เทคโนโลยีการวัดแบบสัมผัสและแบบออปติคอล

เนื่องจากข้อกำหนดคุณภาพของชิ้นส่วนมีการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การตรวจสอบมิติทางเรขาคณิตพร้อมกับเอกสารประกอบที่สามารถเข้าใจได้จึงเป็นสิ่งจำเป็นในกระบวนการผลิตในปัจจุบัน ก่อนที่จะจัดหาระบบการวัด 3D ใหม่ คำถามพื้นฐานที่เกิดขึ้นคือ เทคโนโลยีใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับงานการวัดที่เกี่ยวข้อง จำเป็นต้องใช้ระบบการวัด 3D แบบสัมผัสที่จับทุกจุดการวัดที่เกี่ยวข้องด้วยหัววัดหรือไม่? หรือควรใช้ระบบการวัด 3D แบบออปติคอลที่แปลงพื้นผิวทั้งหมดเป็นดิจิทัลโดยไม่ต้องสัมผัส? ชิ้นงานนี้อธิบายฟังก์ชันพื้นฐานของทั้งสองวิธีและศึกษาข้อดี ความแตกต่าง และขอบเขตการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์

ในด้านการทดสอบมิติของชิ้นงาน เครื่องมือวัดพิกัด (CMMs) เป็นระบบที่รู้จักกันดีที่สุดในเทคโนโลยีการวัดแบบดั้งเดิม CMMs ใช้งานร่วมกับระบบการวัดแบบสัมผัสหรือการวัดแบบสแกน สำหรับการวัด หัววัดจะถูกวางที่จุดการวัดที่ต้องการ สามารถใช้โต๊ะหมุนที่ควบคุมได้เป็นทางเลือกสำหรับการหมุนชิ้นงาน ซอฟต์แวร์การวัดที่ได้รับการเชื่อมต่อจะคำนวณองค์ประกอบทางเรขาคณิตจากจุดที่จับได้และสกัดค่าจริงจากจุดเหล่านี้สำหรับลักษณะของวัตถุที่ต้องตรวจสอบ

เทคโนโลยีการวัดแบบสัมผัสสามารถโน้มน้าวได้โดยเฉพาะกับความแม่นยำสูงสุดที่ยอดเยี่ยม และยังคงเป็นตัวเลือกแรกสำหรับการวัดชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง เครื่องมือวัดพิกัดแบบตั้งโต๊ะ (CMM) สามารถวัดจุดได้ด้วยความแม่นยำถึงพันส่วนของมิลลิเมตร จนถึงวันนี้ ความแม่นยำระดับนี้ยังไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีการวัด 3D แบบออปติคอล

เทคโนโลยีการวัด 3D แบบออปติคอลเหมาะอย่างยิ่งหากข้อกำหนดความแม่นยำอยู่ในช่วงร้อยส่วนมิลลิเมตร หากคุณต้องการจัดหาระบบการวัดใหม่และไม่แน่ใจว่าจะเลือกแบบสัมผัสหรือแบบออปติคัล การหาความแม่นยำที่จำเป็นเป็นสิ่งแรกที่ควรทำ กฎเกณฑ์ทั่วไปกล่าวว่า ความแม่นยำของระบบการวัดควรเพิ่มขึ้นเป็นห้าถึงสิบเท่าจากความทนทานสูงสุดที่ต้องการวัด ซึ่งหมายความว่า: หากความทนทานของลักษณะเป็น 0.1 มม. ระบบการวัดควรมีความแม่นยำอย่างน้อย 0.02 มม.

ในอุตสาหกรรมยานยนต์ เฟือง เพลาข้อเหวี่ยง และเสื้อสูบเครื่องยนต์ เป็นตัวอย่างคลาสสิกของชิ้นงานที่นิยมใช้การวัดแบบสัมผัส: ความทนทานและความแม่นยำที่ต้องปฏิบัติตามของชิ้นส่วนเหล่านี้ต้องการระดับความแม่นยำสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เฟืองจากอุตสาหกรรมยานยนต์โดยปกติจะต้องการความแม่นยำที่ 1 µ หรือสูงกว่า ความแม่นยำนี้ในปัจจุบันแทบจะไม่สามารถทำได้ด้วยระบบการวัดแบบออปติคอล

สิ่งที่เป็นข้อเสียของเทคโนโลยีการวัดแบบสัมผัสคือการใช้เวลานานหากต้องการความหนาแน่นของข้อมูลที่สูงขึ้น: การตรวจสอบจุดวัดหลายร้อยจุดบนชิ้นงานหนึ่งอาจใช้เวลานาน บางครั้งอาจใช้เวลาหลายชั่วโมง ดังนั้น การตรวจสอบทั้งหมดจึงแทบจะเป็นไปไม่ได้ในการผลิต เนื่องจากการลงทุนเวลาและเนื่องจากเครื่องวัดความแม่นยำเชิงสัมผัส (CMM) หลายเครื่องมักจะไม่สามารถวางไว้ในสายการผลิตได้โดยตรง เพื่อประหยัดเวลา สามารถลดจำนวนจุดวัดลงได้ แต่สิ่งนี้จะมีผลต่อความหนาแน่นของข้อมูล ที่นี่ อัตราส่วนระหว่างการลงทุนเวลาและความหนาแน่นของข้อมูลต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบเสมอ

ไม่ว่าจะจับจุดวัดได้กี่จุดด้วยความระมัดระวังสูงสุด: ไม่สามารถวัดพื้นผิวทั้งหมดของวัตถุที่วัดได้ นี่คือจุดที่เทคโนโลยีการวัดแบบออปติคอลเข้ามามีบทบาท: เทคโนโลยีการวัดแบบออปติคอลไม่เพียงแต่เร็วกว่า แต่ยังสร้างภาพดิจิทัลของวัตถุที่วัดทั้งหมด และทำให้ได้ข้อมูลคุณภาพที่ละเอียดมากกว่าการวัดแบบสัมผัสอีกด้วย

ขั้นตอนการวัดด้วยระบบการวัด 3D แบบออปติคอลนั้นมีความง่ายดายมาก: วัตถุที่วัดจะถูกวางไว้หน้าเซนเซอร์ – ทั้งแบบวางด้วยมือหรือโดยการควบคุมของหุ่นยนต์ จากนั้น การจับภาพจะเริ่มต้นขึ้น: เซนเซอร์การวัดจะจับภาพทีละขั้นตอนจากทุกด้านของวัตถุที่วัด เพื่อจับภาพพื้นผิวทั้งหมด จะต้องเคลื่อนย้ายชิ้นงานเพื่อให้เซนเซอร์สามารถจับภาพทุกพื้นที่ได้ หรือเคลื่อนย้ายเซนเซอร์ไปรอบ ๆ ชิ้นงานเอง จากนั้น ซอฟต์แวร์การวัดที่ได้รับการเชื่อมต่อจะทำการแปลงการวัดแต่ละจุดทั้งหมดเข้าสู่ระบบพิกัดร่วมโดยอัตโนมัติ ผลลัพธ์ที่ได้คือกลุ่มจุดคลาวด์ 3D ที่สมบูรณ์ของพื้นผิวของวัตถุ ข้อมูลการวัดที่สร้างขึ้นสามารถใช้ในการตรวจสอบหลายประเภท เช่น การเปรียบเทียบระหว่างค่าอ้างอิงและค่าที่ได้จากพื้นผิวทั้งหมดของรูปร่างวัตถุ หรือการตรวจสอบองค์ประกอบของ GD&T จากการแสดงผลการเบี่ยงเบนของสี สามารถตรวจพบพื้นที่ที่มีปัญหาได้ง่าย และช่วยให้สามารถปรับปรุงกระบวนการผลิตได้อย่างมีเป้าหมาย ด้วยวิธีนี้ สามารถหลีกเลี่ยงการทำซ้ำในกระบวนการที่ไม่จำเป็นได้

อีกข้อดีของเทคโนโลยีการวัด 3D แบบออปติคอล: ขั้นตอนการวัดมีความรวดเร็วมาก การแปลงเป็นระบบดิจิทัลของชิ้นงานที่ซับซ้อนใช้เวลาเพียงไม่กี่นาที – บางครั้งใช้เวลาแค่ไม่กี่วินาที

ตัวอย่างการใช้เทคโนโลยีการวัด 3D แบบออปติคอลสามารถพบได้มากมายในอุตสาหกรรมยานยนต์: ตั้งแต่การวางแผนกระบวนการสำหรับการวิเคราะห์ความสามารถของเครื่องจักร ไปจนถึงการควบคุมคุณภาพอัตโนมัติในโรงงานขึ้นรูปและการผลิตตัวถังรถยนต์ รวมถึงการตรวจสอบชิ้นส่วนหล่อ ชิ้นส่วนตีขึ้นรูป และชิ้นส่วนพลาสติก จนถึงการปรับปรุงกระบวนการในขั้นตอนการประกอบขั้นสุดท้าย

ตอนนี้ มีระบบการวัดมากขึ้นเรื่อย ๆ ที่ออกสู่ตลาดซึ่งผสมผสานทั้งสองวิธีการวัดเข้าด้วยกัน: เพื่อเร่งกระบวนการวัดและทำให้สามารถวัดพื้นผิวที่ไวต่อการสัมผัสได้ เครื่องวัดความแม่นยำเชิงสัมผัส (CMMs) สามารถติดตั้งเซนเซอร์แบบออปติคอลได้ ในทางกลับกัน ระบบการวัดแบบออปติคอลสามารถขยายด้วยการติดตั้งหัววัด เพื่อให้สามารถจับภาพพื้นที่ของชิ้นงานที่ยากต่อการเข้าถึงแบบออปติคอล เช่น รูเจาะลึก ช่องหรือร่องที่ยากต่อการสแกน ในเรื่องนี้ มีมุมมองที่สำคัญอย่างหนึ่งที่ต้องคำนึงถึง: ความแม่นยำของระบบการวัด 3D แบบออปติคอลไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้จากการเพิ่มหัววัด – แต่สามารถจับลักษณะเพิ่มเติมของวัตถุในโครงสร้างที่ซับซ้อนได้เท่านั้น

สำหรับการตรวจสอบขนาด 3D แบบออปติคอลนั้น ZEISS ได้พัฒนาชุดเครื่องสแกน 3D อุตสาหกรรมรุ่น ATOS: เครื่องสแกน 3D แบบออปติคอลทำงานแบบไม่สัมผัสและให้ภาพดิจิทัลความละเอียดสูงของชิ้นงานได้อย่างรวดเร็ว สำหรับสิ่งนี้ ATOS ผสมผสานฮาร์ดแวร์ล่าสุดเข้ากับซอฟต์แวร์อัจฉริยะ