Многоточечная или одиночная плоскостность: выбираем способ сбора точек

Оценка плоскостности поверхности сводится к получению осевого положения набора точек на ней. Сделать это можно только двумя способами: послать одну головку к каждой точке по очереди либо расставить несколько головок и взять точки одновременно. Первое — сканирование одиночной точкой; второе — многоточечный синхронный съём.

Выходные данные могут выглядеть одинаково. Все существенные различия лежат в процессе: время цикла, стоимость оборудования, сложность калибровки и обслуживания, а также то, как каждый вариант ведёт себя, когда условия далеки от идеальных. Неверный выбор, как правило, проявляется только после запуска производства.

В чём различаются маршруты

Оба маршрута работают на одной платформе оборудования. Если взять в качестве примера применённую здесь интегрированную установку мгновенного измерения точечно-спектральным конфокальным методом, её точность измерения достигает 2 μm — значит, вопрос не в том, способно ли оборудование, а в том, какой метод сбора точек экономичнее при том же бюджете участка.

Как рассчитать время цикла

Общее время сканирования складывается из времени перехода между точками, времени успокоения перед выборкой, собственно времени выборки и накладных расходов на разгон и торможение. Число точек его увеличивает — и часто хуже, чем линейно, поскольку частые пуски и остановки усиливают накладные расходы на разгон.

Многоточечный съём убирает большую часть этого. Все точки берутся вместе, поэтому время на деталь определяется в основном загрузкой и выгрузкой. Поэтому он, как правило, и является единственным реалистичным вариантом для внутрилинейного измерения.

Работает и обратный расчёт. Если линии нужно проверять лишь несколько десятков деталей в день по несколько минут каждая, тратить деньги на несколько головок вряд ли окупится. Одна головка на приличном столе — более экономичный ответ.

Затрата, которую недооценивают: согласование головок между собой

Скрытая тяжесть многоточечных схем в том, что каждая головка должна возвращать сопоставимые значения. Здесь два слоя: работает ли каждая головка в пределах своих заявленных величин и существуют ли систематические различия между головками.

Обычное средство — нормировать все каналы по эталонной поверхности и ввести периодическую процедуру проверки; многоканальное ПО производителя, как правило, предоставляет для этого инструменты. Без этого шага многоточечная карта распределения может в итоге отражать различия между головками, а не деталь, что существенно труднее интерпретировать, чем любую из этих проблем по отдельности.

Смотрите на контроллер, а не только считайте головки. POMEAS публикует 20 kHz для одного канала своего многоканального блока и 4 kHz, когда вместе работают шестнадцать каналов. Число каналов и скорость выборки находятся в прямой обратной зависимости, поэтому рассчитывайте под то число каналов, которое вы реально будете использовать одновременно.

Когда многоточечный съём оправдывает свою стоимость

Преимущества становятся решающими, когда выполняется любое из следующего: время контроля одной детали слишком мало, чтобы вообще допустить перемещения; поверхность велика и требует высокой плотности точек; изделие одной номенклатуры, долговечное и крупносерийное; либо съём должен выполняться на движущейся детали, где сканирование просто недоступно.

Стоит рассмотреть и гибрид: использовать стол для грубого позиционирования и брать локально несколько точек небольшой группой головок параллельно. Это позволяет обменять число точек на время цикла и подходит для средних объёмов на средних площадях.

Когда одиночная точка остаётся лучшим ответом

Обратные условия склоняют к сканированию: широкая номенклатура при малых объёмах с частыми переналадками; изделия, геометрия которых ещё не устоялась, так что зоны могут смещаться; ограниченный бюджет при свободном графике; либо действительно малое число точек, например три позиции, каждая из которых даёт одно показание.

У сканирования есть ещё одно преимущество, которое легко упустить: траекторию можно оптимизировать позже. Если рассеяние в одной области выглядит нестабильным, увеличьте там плотность или добавьте стратегию повторов. Когда положения головок зафиксированы в многоточечной оснастке, смена курса обходится существенно дороже.

Контрольный перечень для решения

Если выбор всё ещё кажется равновесным, его обычно решают шесть вопросов. Сколько секунд на деталь доступно? Сколько точек нужно оценить? Сколько вариантов изделия и какой месячный объём каждого? Будут ли переналадки частыми? Каковы условия по вибрации и температуре на площадке? Сможет ли персонал обслуживания калибровать несколько каналов? Первые четыре взвешивают время и деньги; последние два — выполнимость и то, будет ли система работать через год.

Дополнительные материалы

Метод съёма и его ограничения рассмотрены в статье о прозрачных пластиках; общая процедура выбора вынесена в отдельную статью.

Связанные продукты и примечания по конфигурации

• Многоканальный конфокальный контроллер 20 kHz - Конфигурации 4 / 8 / 12 / 16 головок; 20 kHz на один канал, 4 kHz при шестнадцати каналах
• Четырёхканальный конфокальный контроллер 32 kHz - Четыре канала при 32 kHz на один канал и 8 kHz при синхронной работе четырёх каналов
• Компактный хроматический конфокальный датчик SFS-D606 - Корпус диаметром 20 mm массой около 73 g, подходит для плотных многоточечных компоновок
• POMEAS MX Автоматическая измерительная машина машинного зрения - Многосенсорная платформа, допускающая применение нескольких методов на одной машине

Читайте также

• Контроль плоскостности прозрачной пластиковой детали: что на самом деле показывают два набора данных
• Две зоны плоскостности — два противоположных вердикта на одной детали
• Плоскостность вне допуска: путь поиска причин, который действительно работает
• Что на самом деле означает плоскостность и с чем её чаще всего путают
• Методы измерения плоскостности в сравнении: плита, координатно-измерительная машина, машинное зрение, конфокальный датчик
• Повторяемость — это не точность: как честно читать размах, сигму и Cpk
• Как выбрать оборудование для контроля плоскостности: метод пяти шагов наоборот
• Точечно-спектральный конфокальный метод для прозрачных пластиков: преимущества, ограничения и четыре ошибки
• Откуда берётся коробление литых деталей
• Превращение данных контроля в решения: четыре ступени обработки

Часто задаваемые вопросы

Могут ли несколько головок мешать друг другу?

Оптическая перекрёстная помеха между соседними головками возможна, в зависимости от шага размещения, характера объекта и оптической схемы. Обычные инженерные ответы — разумный шаг, разнесение моментов съёма по времени или изменение угла установки. Есть ли помеха на практике, следует решить на этапе прототипа.

Можно ли добавить головки позже, не меняя контроллер?

Обычно нет. Число каналов контроллера ограничивает количество подключаемых головок, поэтому расширение, как правило, означает ещё один контроллер или другую модель. Закладывайте будущее число головок в исходный план, а не обнаруживайте его позже.

Почему скорость выборки падает при добавлении каналов?

Полоса обработки и передачи внутри контроллера конечна, поэтому больше каналов — меньше полосы на каждый и, следовательно, меньшая скорость на канал. Для многоканальных контроллеров это нормально; всегда указывайте пропускную способность при той параллельности, с которой собираетесь работать.

Может ли точность стола стать ограничивающим фактором?

Да. Результаты сканирования предполагают, что положение каждой точки известно и воспроизводимо, поэтому любая погрешность позиционирования или прерывистое движение входит в результат. При высокой точности точность и стабильность стола должны соответствовать задаче измерения, при необходимости с обратной связью по положению.

Как синхронизоваться с движущимися деталями?

Обычно с помощью энкодера или внешнего запуска, которые задают связь между моментами съёма и положением детали, после чего главное ПО сопоставляет положение с результатом. У большинства многоканальных контроллеров есть входы энкодера и соединения запуска; протоколы и интерфейсы подтвердите на этапе проектирования.

Можно ли оставить оба варианта открытыми?

Да, и это часто разумный путь. Сначала постройте схему сканированием одиночной точкой — утвердите зоны, позиции точек и допуски, — а затем вернитесь к многоточечному варианту, когда объём и время цикла станут известны. Это избавляет от фиксации облика оборудования до того, как изделие окончательно определено.