Benefit of Optical Sensor Solutions

ด้วยแรงกดดันอย่างต่อเนื่องในอุตสาหกรรมยานยนต์ที่ต้องการลดเวลาในการตรวจวัดชิ้นงาน ซึ่งหัวโพรบแบบสัมผัสและเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลเป็นไปอย่างล่าช้าเกินไปที่จะรองรับข้อมูลการวัดทั้งตัวถังและส่วนประกอบโครงสร้างเครื่องยนต์ให้ได้ตามที่ต้องการสำหรับควบคุมกระบวนการผลิตให้ได้ทันท่วงที ดังนั้นผู้ผลิตยานยนต์และผู้ผลิตเครื่องวัดพิกัดสามมิติจะต้องมีวิธีการในการประเมินผล วิเคราะห์และรวบรวมข้อมูลอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ข้อมูลที่ได้รับมีคุณภาพมากที่สุด​

 

อีกหนึ่งวิธีการที่จะมุ่งเน้นในเรื่องการสแกนชิ้นงานความเร็วสูงที่ใช้ร่วมกับ CMMs ซึ่งจะสามารถตรวจวัดรูปร่างและรูปทรงชิ้นงานได้อย่างอัตโนมัติ จาดนั้นเครื่อง CMM จะทำการรวบรวมข้อมูลด้วยระบบ CAD เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกในกระบวนการผลิต การสแกนชิ้นงานความเร็วสูงเป็นวิธีการเก็บข้อมูลที่ทำให้ได้ข้อมูลจำนวนมากโดยอัตโนมัติเพื่อตรวจสอบความถูกต้องแม่นยำของรูปทรงชิ้นงานได้อย่างรวมเร็ว การตรวจวัดแบบไม่สัมผัสดังกล่าว จะเหมาะกับการตรวจวัดในรูปแบบ body-in-white ที่ให้คุณภาพการตรวจสอบที่ดีที่สุด ให้ความยืดหยุ่นในการตรวจวัดที่หลากหลาย และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องตลอดสายการผลิต​

 

หลายปีที่ผ่านมาเครื่อง CMM ถูกนำมาใช้เป็นระบบการตรวจวัดและตรวจสอบชิ้นงานในสายการผลิตเพื่อการตรวจวัดแบบ body-in-white อย่างไรก็ตามในหลายๆกรณี เครื่อง CMM มีการติดตั้งหัวโพรบแบบสัมผัสที่เก็บข้อมูลแบบอนาล็อคในการรวบรวมข้อมูลขนาดของชิ้นส่วนที่ละเอียดแม่นยำมากขึ้น หัวโพรบเล่านี้มีความทนทาน และมีเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิคที่ทนต่อการใช้งานหนักซึ่งให้ผลการตรวจวัดที่มีความแม่นยำสูงถึงแม้ว่าการตรวจวัดจะเป็นไปอย่างล่าช้าก็ตาม​

 

เมื่อเทียบความแตกต่างระหว่างการตรวจวัดด้วยแสงและการตรวจวัดแบบสัมผัสนั้นวิธีการตรวจวัดแบบสัมผัสจะสามารถแสดงขอบมุมของชิ้นงานโดยการคำนวณจุดตัดของพื้นที่และคุณสมบัติอื่นๆโดยขึ้นอยู่กับจำนวนจุดที่สัมผัสกับชิ้นงาน แต่การตรวจวัดด้วยแสงจะสามารถพบขอบมุมของชิ้นงานได้โดยตรง ระบบการตรวจวัดแบบสัมผัสจะถูกจำกัดการวิเคราะห์ข้อมูลด้วยจำนวนจุดที่ทำการตรวจวัด ยิ่งไปกว่านั้นในแต่ละจุดยังกินเวลานานในการตรวจวัดแต่ละรอบนั้นเป็นเพราะการวัดแต่ละครั้งหัวโพรบจะต้องค่อยเคลื่อนที่ไปสัมผัส เคลื่อนที่ออก และเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งอื่นๆ ซึ่งการตรวจวัดด้วยแสงจะสามารถตรวจวัดได้หลายร้อยจุดต่อการวัดแต่ละครั้ง  ซึ่งทำให้การตรวจวัดเป็นไปอย่างรวดเร็วกว่าและให้ความแม่นยำขึ้นเนื่องจากจำนวนข้อมูลที่รวบรวมได้มากกว่า และสามารถทำงานได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นเวลาที่ใช้ในการตรวจวัดแต่ละตำแหน่งจึงสั้นลง​

Putting noncontact sensors to work

 

แม้ว่าการใช้เซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสในการตรวจวัดและตรวจสอบการใช้งานจะมีการประยุกต์ใช้งานอยู่แล้วในปัจจุบัน แต่การนำเทคโนโลยีนี้มาทำการตรวจวัดแบบสามมิติให้กับตัวถังรถยนต์ขนาดใหญ่ในสายการผลิตเป็นสิ่งที่ท้าทายเช่นกัน เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรกและประสบความสำเร็จอย่างมากโดยการใช้เซนเซอร์ชนิดแสงเลเซอร์และกล้อง CCD ในการตรวจวัดขนาดของชิ้นงาน ระบบนี้สามารถตรวจสอบได้ภายในรอบเวลาที่กำหนด ซึ่งให้องค์ประกอบการตรวจวัดอย่างอัตโนมัติที่น่าพอใจตามจำนวนเซนเซอร์ที่ถูกติดตั้งไว้ในเซลล์

 

นอกจากนี้การนำมัลติเซนเซอร์มาใช้ในกระบวนการผลิตยังมีข้อจำกัดบางประการ เนื่องจากด้วยการใช้เซนเซอร์จำนวนมากในการตรวจวัดแต่ละเซลล์จึงทำให้เครื่องดังกล่าวมีราคาค่อนข้างสูง และมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาตามไปด้วย อย่างไรก็ตามด้วยข้อมูลที่มีการตรวจวัดที่มีจำนวนมากกว่าจึงต้องการระบบการจัดเก็บข้อมูลเป็นระยะที่มีความปลอดภัย นอกจากนี้ระบบยังอาจต้องใช้เวลาในการกำหนดค่าการตรวจวัดที่มีความซับซ้อนให้ตอบสนองกับสายการผลิตที่มีความแตกต่างกัน

 

อย่างไรก็ตามโซลูชั่นในการเพิ่มความหลากหลายในการทำงานด้วยการเพิ่มเทคโนโลยีการวัดแบบไม่สัมผัสเข้าไปในระบบในสายการผลิต ทำให้เครื่อง CMM สามารถประยุกต์ใช้ในการตรวจวัดแบบ body-in-white หรืออาจเรียกได้ว่าเป็น"measuring robot" ซึ่งมีการออกแบบออกมาในรูปของเครื่อง horizontal arms โดยมีโครงสร้างที่ให้ความแม่นยำในการเคลื่อนที่แบบไดนามิคสูงให้ความแม่นยำในการทำงานสูง และใช้ช่วงการตรวจวัดที่ยาวกว่าซึ่งเป็นสิ่งที่ต้องการในการตรวจวัดตัวถังรถยนต์ การออกแบบระบบนี้จะเพิ่มความสะดวกในการทำงานซึ่งสามารถเพิ่มแขนที่ส่งในการตรวจวัดหลายๆแกนได้ดังวิธีการดังกล่าวระยะเวลาในกากตรวจวัดต่อรองจะลดลงอย่างมากและสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการรับ ส่ง ข้อมูลและลดข้อผิดพลาดในการวัดได้อีกด้วย

การตรวจวัดด้วยแขนหุ่นยนต์ร่วมกับเซนเซอร์แบบตรวจด้วยแสงนั้น จะให้ความเร็ว ความแม่นยำ และความแข็งแรงในการทำงานได้เช่นกัน ซึ่งระบบนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในการผลิตที่มีสภาพแวดล้อมที่แย่ที่สุด มันสามารถทำงานร่วมกับสายการผลิตได้อย่างง่ายดาย และสามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงบ่อย มีสารปนเปื้อนในอากาศ และมีการสั่นสะเทือน เนื่องจากระบบความดันอากาศภายในตัวเครื่องจะเป็นตัวควบคุมให้ตัวเครื่องสะอาดอยู่เสมอ โครงสร้างเครื่องจักรจะต้องทำจากวัสดุที่มีความคงตัวสูงและทนต่อการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนได้เป็นอย่างดี

With the automotive industry's continuing push to reduce inspection cycle times, traditional tactile probe and data-gathering technology is often too slow to support most full-body and body-assembly inspection requirements for timely process-control applications. Consequently, automakers and coordinate measuring machine manufacturers are continually evaluating improved methods for gathering and analyzing dimensional data.​

 

One new approach focuses on high-speed scanning using CMMs that automatically measure the shape and form of workpieces. The CMMs then incorporate the information with CAD systems to provide insight into the manufacturing operation. High-speed scanning is simply a way of automatically collecting a large number of data points to define a part's shape quickly and accurately. Such noncontact gaging-when used for subassembly and body-in-white inspection applications--offers accurate real-time monitoring of quality output from the production line as well as the flexibility to handle line changes.​

 

For several years, CMMs have been used as in-line measurement and inspection systems for body-in-white applications. In many of these cases, however, CMMs are equipped with tactile analog probes to gather dimensional data. These probes are durable, heavy-duty electronic sensors that provide a high degree of data accuracy, albeit at a relatively slow speed.

 

The significant difference between optical measurement and touch-probe measurement is that the touch-probe method finds the edges of parts by calculating the intersection of planes and other features based on a few points. Optics can find the edges directly. Touch-probe systems are limited in their analysis by the amount of points that they gather. Further, each point eats away at precious measurement cycle time because each measurement requires that the probe approach, contact, withdraw, and reposition. Optics can gather hundreds of points with each snapshot. Any feature that can be measured optically can be measured faster and more accurately due to the amount of information quickly gathered. Programming time for machine positioning is also shortened.

Putting noncontact sensors to work

 

Although noncontact sensors are used in a variety of measurement and inspection applications, applying their technology to the 3-D dimensional control of car bodies on the production line has been challenging. The first relatively successful application of the technology was with a stationary multisensor inspection cell that uses a number of CCD camera/laser light sensors to gather dimensional data. The system meets production cycle-time requirements by simultaneously measuring a number of body elements, determined by the number of sensors installed in the cell.

 

The stationary multisensor approach has some limitations. Due to the large number of sensors required in each cell, it's expensive to manufacture, and maintenance is often complex and costly. The system generates relative, rather than absolute, measurement data and requires gold masters that must be certified and carefully stored to support the periodic certification of cell performance. In addition, the system can't be easily reconfigured to meet varying production-line applications However, the solution in combining CMM flexibility with noncontact sensor data-gathering technology. CMMs used for body-in-white inspections are called "measuring robots." These are generally designed as horizontal arms, the only structure capable of reliable dynamics, high accuracy and the long measuring strokes needed for full car-body inspection. The design is also well-suited for adding a second arm to create a multi-axis inspection cell. With such a configuration, cycle time is dramatically reduced, throughout is maximized and measuring errors are minimized.

 

Measuring robots with optical sensor are fast, accurate and rugged machines designed to operate in the most severe production environments. They can be easily integrated, in-line or side-by-side, with production equipment. They also resist ambient shop-floor conditions such as temperature gradients, airborne contaminants and vibrations. Internal positive air-pressure systems keep critical components clean. Machines are constructed from materials that ensure an optimal rigidity-to-weight ratio and react well to thermal variations.

Source: MEGA Tech Magazine, Jan-Feb 2018

© 2018 Advance Industry Media Plus Co., Ltd. All Rights Reserved.​​

Advance Industry Media Plus Co., Ltd.
1104/339 Pattanakarn Road Suanluang, Suanluang, Bangkok, 10250 Thailand

Tel. +66 2136 1406-7

Fax. +66 2187 2899

www.aimplus.co.th   

info@aimplus.co.th​

Ms. Khemruji Pruankaewmanee

Tel: +66 2 136 1406-7
Email: khemruji@aimplus.co.th​

aimplus.co.th

Reader voices

Advertisers

Subscribe

ADVERTISE WITH US 

LINKS

FOLLOW US ON SOCIAL MEDIA

megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
www.digigate.co.th