3D-сканеры в автомобилестроении: 4 преимущества и 4 успешных проекта

3d-scanning-auto-pv
Яков Бондарев
3d-scanning-auto-pv

Какие задачи решает 3D-сканирование | Главные преимущества 3D-сканирования для автоиндустрии | Как выбрать 3D-сканер | Контроль качества на автомобильном производстве | Автоматизированный контроль на конвейере | Реверс-инжиниринг | Создание CAD-моделей и цифровых архивов | На пути к Индустрии 4.0

В материале нашего блога, посвященном применению аддитивных технологий в автопроме, мы подробно рассмотрели их главные преимущества и потенциал для российской отрасли. И если внедрение 3D-печати пока сопряжено с определенными трудностями (например, с необходимостью крупных инвестиций и недостаточной автоматизацией), то трехмерное сканирование видится сегодня наиболее предпочтительной и доступной 3D-технологией для автомобильной промышленности.

3D-сканеры дают возможность в разы сократить время и расходы на этапе разработки, повысить качество выпускаемой продукции и, в конечном счете, ускорить выпуск продукта на рынок. Они могут использоваться на любом этапе управления жизненным циклом продукта и помогут оптимизировать производственный процесс любым предприятиям отрасли – от крупных производителей автомобилей, двигателей, спецтехники и компонентов до небольших компаний, выполняющих тюнинг, техобслуживание и ремонт.

3D-решения для производственного контроля

Устройства для 3D-сканирования позволяют снять многие ограничения, которые есть у традиционного измерительного оборудования. Такие привычные для метролога инструменты, как шаблоны, микрометры, штангенциркули стоят недорого, но отличаются субъективностью показаний и не подходят для сложных измерений. Координатно-измерительные машины обладают большей точностью, чем 3D-сканеры, но они дороже, более габаритны и требуют специальной подготовки оператора.

Оптические системы контроля, к которым относятся 3D-сканеры, – лучшее решение по соотношению цены и качества, так как они обеспечивают:

Благодаря 3D-сканеру существенно облегчается труд дизайнера, технолога, конструктора: выполнение трудоемких сложных измерений и создание дизайна с нуля уходят в прошлое.

В этой статье мы продемонстрируем выгоды этой технологии на конкретных примерах, а на представленных ниже видео вы сможете отследить процесс 3D-сканирования в реальном времени.


Cкачайте бесплатную брошюру: 3D-сканирование в автоматизации измерений объектов сложной геометрии 


Какие задачи решает 3D-сканирование

Процесс 3D сканирования
 
  1. Контроль качества: возможность проверки любых геометрических параметров, включая входной и выходной контроль, метрологический контроль деталей, корпусов и производственной оснастки.
  2. Реверс-инжиниринг автокомпонентов для оперативного получения проектной документации и модернизации продукта.
  3. Проектирование и моделирование в целях автотюнинга, прототипирования и оценки внешнего вида изделий, модернизации производственных цехов и оборудования.
  4. Цифровое архивирование любого необходимого ассортимента (например, снятых с производства деталей). Модели, сохраненные в цифровых библиотеках, доступны удаленно из любой точки Земного шара.

Главные преимущества 3D-сканирования для автоиндустрии

1. Точность

Безусловно, точность – основополагающий критерий для метрологии. 3D-сканеры позволяют эффективно выполнять измерения с метрологической точностью от 20 до 80 микрон (в зависимости от устройства и размеров объекта).

2. Скорость

Быстродействие – это производительность. 3D-сканирование выводит скорость измерений на новый уровень: процесс оцифровки и обработки в ПО такого компонента, как дверь автомобиля, занимает примерно 20 минут вместо 4 часов измерений на КИМ. Вы не только экономите время, но и снижаете производственные издержки.

3. Надежность

Современные профессиональные и промышленные 3D-сканеры отличаются повышенной стабильностью и надежностью. Ручные устройства предназначены для транспортировки на удаленные объекты и могут работать в условиях производственной вибрации. Все портативные 3D-сканеры, которые компания iQB Technologies использует в своей работе, регулярно путешествуют по России и ближнему зарубежью без единой поломки.

4. Простота

Работа с 3D-сканером не требует навыков, и для освоения устройства неопытному пользователю – будь то специалист ОТК, главный инженер, конструктор или технолог – хватит 20 минут. Для обработки облака точек требуется знание программного обеспечения, причем если в штате нет сотрудника с навыками работы с САПР, вы можете отправить результат сканирования на аутсорс по сети.

Как выбрать 3D-сканер

3D-сканер Solutionix в автоиндустрии
Контроль качества гоночных автомобилей Ariel Atom с использованием 3D-сканера Solutionix

3D-сканер – это устройство, предназначенное для быстрого анализа физического объекта и создания его точной компьютерной 3D-модели. Принцип его работы основан на вычислении расстояния до объекта при помощи двух камер. В дополнение к камерам используется подсветка – светодиодная или лазерная. Оба типа сканеров применимы в автомобилестроении.

Компания iQB предлагает решения, которые с успехом работают на ведущих предприятиях по всему миру:

  • Стационарные оптические 3D-сканеры Solutionix для небольших объектов (10-500 мм) со множеством мелких деталей. Позволяют получить погрешность менее 8 микрон.
  • Ручные 3D-сканеры Creaform для оцифровки изделий габаритами от нескольких сантиметров до 4 метров. Младшие модели линейки – Go!SCAN 20 и Go!SCAN 50 – основаны на технологии структурированного подсвета; старшие – HandySCAN 3D и MetraSCAN 3D – лазерные устройства, которые являются сертифицированными метрологическими инструментами промышленного класса. Модель HandySCAN 700 – самый быстрый портативный 3D-сканер на рынке. Продукты Creaform сканируют объекты с объемной точностью до 80 микрон на 16 куб. м.
  • Лазерные промышленные 3D-сканеры Surphaser для сканирования объектов размерами от 1 до 120 м (зданий, цехов, элементов промышленных объектов) с целью получения исполнительной документации, размещения нового оборудования или создания 3D-модели помещений. Обеспечивают быстрое получение сканов с линейной точностью до 70 микрон на 10 м.

Некоторые из вышеуказанных сканеров внесены в реестр измерительных средств Российской Федерации и имеют соответствующие сертификаты.

Введение в 3D-сканирование

Контроль качества на автомобильном производстве

Основная задача 3D-сканирования, которая поможет оптимизировать автомобильное производство, – это контроль геометрии с целью сверки с эталонной моделью. Можно контролировать не только автомобильные компоненты, но и пресс-формы и оснастку, а также выполнять анализ износа оснастки.

Использование 3D-сканеров дает возможность оперативно отслеживать брак деталей, поступающих от поставщиков, а наличие метрологических сертификатов и методик поверки – получить отчет по отклонениям от заявленной геометрии. При обнаружении брака появится возможность найти его причину, сравнить скан с эталонной CAD-моделью и предоставить отчет производителю или сторонней организации.

Результаты 3D сканирования двери автомобиля
Автозавод выполнял измерения с помощью КИМ по контрольным точкам с получением информации в виде числовой таблицы.
Время работы оборудования и обработки результатов: 4 часа.
Решение, предложенное iQB Technologies:
Ручной 3D-сканер Creaform HandyScan 700 + ПО Geomagic Control X.
Время подготовки к работе, включая калибровку и наклейку меток – 7 минут.
Время получения скана двери автомобиля (с учетом работы оператора) – 5 минут.
Инспекционный анализ (сравнение с CAD-моделью) – 10 минут.
Всего затрачено времени: 22 минуты.

Эксперты iQB рекомендуют статью: VXinspect: контроль качества детали за 10 минут


Автоматизированный контроль на конвейере

Автоматизированные сканирующие системы, включающие 3D-сканер, робот-манипулятор и ПО, могут выполнять не только выборочную проверку, но и контролировать все изделия на производственной линии. Как результат – сокращение времени и ресурсов на процедуры контроля качества и значительное снижение процента брака.

Передовые системы автоматизированного контроля качества на конвейере предлагает компания Creaform. Это MetraSCAN 3D-R – оптический 3D-сканер, устанавливаемый на роботе, и CUBE-R – готовое решение, состоящее из поворотного стола, робота-манипулятора со сканером, отслеживающего устройства и стойки управления. Обе системы уже функционируют на предприятии Daimler в Штутгарте и на заводах концерна Renault-Nissan во Франции.

Посмотрите, как MetraSCAN 3D-R позволяет всего за 2 минуты 27 секунд получить скан двери автомобиля с отчетом:

Еще одно подобное решение, не имеющее аналогов в России, разработано нашей компанией. Это автоматизированная сканирующая система, в состав которой входят робот-«рука» Fanuc LR Mate 200iD, портативный 3D-сканер Creaform HandySCAN 700 и программное обеспечение Geomagic Control X. Впервые система была продемонстрирована на выставке «Металлообработка-2018»

Реверс-инжиниринг

Вторая важная производственная задача, решаемая 3D-сканером, – обратное проектирование, или реверс-инжиниринг. Используя 3D-сканирование и специализированное ПО, вы сможете модифицировать существующие изделия без чертежей, в том числе модели, снятые с производства, и модернизировать отдельные детали кузова транспортного средства для быстрого вывода обновленной модели на рынок. К примеру, сканер отлично подошел бы при выпуске новой «Гранты», разработанной на основе «Калины».

Кроме того, реверс-инжиниринг выполняет задачу замены производственного оборудования вследствие устаревания, износа или отсутствия, а также оценки текущего и подбора оптимального размещения производственного оборудования и инженерных коммуникаций в цеху.

Реверс-инжиниринг трактора с помощью 3D сканера
3D-сканирование трактора для разработки навесного оборудования в компании MX

В блоге мы уже писали о внедрении 3D-сканирования во французской компании MX, которая производит погрузочное оборудование для сельскохозяйственных тракторов. Производители тракторов редко делятся информацией о своей новой продукции, а получить CAD-модели этих тракторов еще сложнее, поскольку они являются интеллектуальной собственностью. Однако для разработки и производства такого навесного оборудования, как погрузочные манипуляторы MX, иметь 3D-модели абсолютно необходимо. Поэтому компании приходится выполнять 3D-измерения всех тракторов, для которых она хочет спроектировать и производить навесное оборудование, и до недавнего времени эти задачи решались с помощью манипуляторов для 3D-измерений. Сегодня MX использует технологии 3D-сканирования для оцифровки всех областей, необходимых для проектирования адаптируемых конструкций, включая точки крепления кронштейнов и их окружение. 3D-решения Creaform позволили более чем в 2 раза сократить время измерения, а следовательно, уменьшить срок вывода продукта на рынок.


Эксперты iQB рекомендуют статью: 8 проектов реверс-инжиниринга, которые повысили прибыльность предприятий


Создание CAD-моделей и цифровых архивов

Получение конструкторской документации и чертежей вручную занимает много времени. Цифровая архивация и получение CAD-моделей изделий – одна из возможностей, которые открывают 3D-сканеры. Вы можете взять любую деталь, снятую с производства, быстро выполнить сканирование и получить 3D-модель для дальнейшего репродуцирования и сохранения в архиве. Цифровыми библиотеками очень удобно пользоваться: конструктор или технолог в любой момент и в любом месте получит доступ к необходимой модели и с легкостью внесет в нее корректировки.

При наличии цифровой модели готового изделия вы можете сравнить результат, полученный после функционального тестирования или краш-теста, с первоначальным изделием либо с эталонной CAD-моделью. Это позволит провести анализ повреждений и износа и внести в конструкцию соответствующие доработки.

Храня информацию об отсканированных на производстве объектах, предприятие получает возможность формировать картину выпускаемой продукции, прогнозировать дальнейший производственный цикл и сокращать издержки.

Вот пример из моего личного опыта. Я увлекаюсь мотоциклами и для своего Ducati Monster приобрел на аукционе eBay давно снятый с производства рычаг задней подвески от модели Ducati 888, который имеет меньший вес и ряд регулировок. На видео выше показан процесс сканирования детали, который занял 10 минут. Результат – полигональная модель в формате .stl. Из модели мы получаем эскизные размеры детали и создаем в САПР параметрическую CAD-модель. Затем пишется управляющая программа для станков с ЧПУ, которая передается токарю-фрезеровщику. В итоге мы имеем копию детали, которая перестала выпускаться 25 лет назад, а ее 3D-модель сохранена в цифровом архиве.

На пути к Индустрии 4.0

Наша компания провела исследование среди более 100 автопроизводителей, работающих на российском рынке. Мы выяснили, что 37% применяют, а 32% планируют внедрять 3D-сканирование. Все больше предприятий автомобилестроения задумываются о внедрении инновационных технологий, в том числе 3D-сканеров – в первую очередь это касается российских автозаводов зарубежных производителей. Есть четкое понимание, что без ускорения выпуска продукции не выдержать конкуренции. Можно говорить о том, что отечественная автомобильная промышленность следует общемировому тренду перехода к цифровому производству и готова к переменам.

3D-технологии в автомобилестроении

Airbus с 3D-печатью на борту: бионический дизайн, снижение массы, экономичность
Как контролировать до 660 деталей в день с помощью 3D-сканера

Об авторе

Яков Бондарев
Яков Бондарев

Менеджер уникальных отраслевых проектов по внедрению 3D-технологий в производственный цикл. Ключевое направление работы – автомобилестроение. Яков давно увлечен темой авто- и мотоспорта, коллекционирует мотоциклы, участвовал в любительских соревнованиях. Активно осваивает 3D-моделирование и 3D-печать, современные материалы и технологии в сфере производства. Свободное время Яков посвящает созданию мебели и изделий из дерева, занимается сноубордом и любит путешествовать по России. Девиз: «Учиться никогда не поздно».

Читайте также
Как добиться точных измерений при контроле качества прямо на конвейере
Как добиться точных измерений при контроле качества прямо на конвейере
Как работает центр аддитивных технологий в «ОДК-Сатурн»
Как работает центр аддитивных технологий в «ОДК-Сатурн»
7 признаков того, что для контроля качества вам нужен 3D-сканер
7 признаков того, что для контроля качества вам нужен 3D-сканер

Оставьте комментарий