Opublikowane przez UNIMETRO | Rozwiązania z zakresu metrologii precyzyjnej dla zaawansowanej produkcji

Wprowadzenie: Kiedy precyzja produkcji staje się wymaganiem systemowym

Robotyka przemysłowa i elektronika precyzyjna zmierzają w kierunku większej integracji, miniaturyzacji i bardziej rygorystycznych tolerancji produkcyjnych. Złącza robotyczne, elementy przekładni, płytki PCB, zespoły optyczne i złącza elektroniczne opierają się na kontrolowanej dokładności wymiarowej i powtarzalnych procesach produkcyjnych, aby osiągnąć stabilną wydajność i długą żywotność.

W nowoczesnej, zaawansowanej produkcji precyzyjny pomiar nie jest już samodzielną procedurą kontroli końcowej. Przekształciło się w podstawową zdolność produkcyjną, która łączy specyfikacje projektowe, dokładność obróbki i niezawodność montażu końcowego. Dla producentów robotyki i elektroniki precyzyjnej głównym wyzwaniem nie jest jedynie pomiar miniaturowych elementów, ale zbudowanie identyfikowalnego, stabilnego systemu pomiarowego w celu kontrolowania odchyleń geometrycznych i zapewnienia stałej jakości produktu.

Jako podstawowe urządzenia do precyzyjnej metrologii, współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) i wizyjne maszyny pomiarowe (VMM) zapewniają uzupełniające się możliwości kontroli 3D i 2D, wspierając kontrolę jakości w zaawansowanej robotyce i produkcji precyzyjnej elektroniki.

1. Precyzyjna wartość pomiaru w produkcji robotyki

Nowoczesne systemy robotyczne, zwłaszcza roboty humanoidalne i precyzyjne ramiona robotów przemysłowych, integrują dziesiątki komponentów mechanicznych i elektronicznych. Odchylenia wymiarowe i geometryczne w przekładniach, reduktorach, wałach i elementach konstrukcyjnych mogą kumulować się w łańcuchu montażowym, potencjalnie wpływając na dokładność pozycjonowania, spójność ruchu i ogólną wydajność systemu.

Produkcja robotyki wymaga kompleksowej weryfikacji dokładności wymiarowej i tolerancji geometrycznych, obejmującej koncentryczność, płaskość, prostopadłość, dokładność profilu, dopasowanie otworu do wału i zależności przestrzenne montażu. Konsekwentne zastosowanie niektórych konwencjonalnych metod kontroli do cienkościennych konstrukcji, miniaturowych części i złożonych powierzchni o swobodnych kształtach, powszechnie spotykanych w komponentach robotów, może stanowić wyzwanie.

Wysoce precyzyjne maszyny współrzędnościowe radzą sobie z tymi wyzwaniami, ustanawiając ujednolicone układy współrzędnych, porównując dane pomiarowe z modelami inżynieryjnymi CAD i generując możliwe do prześledzenia wyniki kontroli wymiarowej i geometrycznej, aby wesprzeć optymalizację procesów producentów i ocenę jakości.

2. Od kontroli wymiarowej do weryfikacji geometrycznej

W miarę jak systemy robotyczne stają się coraz bardziej zintegrowane, wymagania dotyczące kontroli w coraz większym stopniu wykraczają poza indywidualne wymiary i obejmują geometryczne zależności między cechami funkcjonalnymi.Komponent może spełniać indywidualne wymagania wymiarowe, a mimo to nie można go zmontować lub działać zgodnie z przeznaczeniem, ponieważ zależności geometryczne pomiędzy cechami funkcjonalnymi nie mieszczą się w specyfikacji.

Nowoczesna robotyka kontroli jakości koncentruje się na systematycznej weryfikacji geometrycznej, w tym względnej relacji położenia między otworami montażowymi a powierzchniami odniesienia, współosiowości pasujących wałów i otworów, ogólnej tolerancji profilu panew redukcyjnych oraz dokładności dopasowania przestrzennego zespołów wieloelementowych. Maszyny współrzędnościowe dobrze nadają się do tego typu kontroli, umożliwiając pomiar wielu cech funkcjonalnych w jednym ustawieniu w ramach wspólnego odniesienia, co umożliwia wszechstronną weryfikację geometryczną złożonych części robotów.

3. Wysoce precyzyjna kontrola CMM głównych komponentów robotów

Maszyny współrzędnościowe zapewniają niezawodne możliwości kontroli geometrycznej 3D złożonych komponentów robotów, obejmujące wszystkie podstawowe pomiary cech:

• Dziury i dziury

• Cylindry i wały

• Płaszczyzny i powierzchnie

• Krzywe i złożone profile

• Struktury szczelin i rowków

• Wzory pozycjonowania montażowego

• Zależności przestrzenne pomiędzy cechami funkcjonalnymi

Maszyny współrzędnościowe zapewniają ukierunkowaną weryfikację jakości trzech podstawowych kategorii części robotycznych:

Precyzyjne obudowy konstrukcyjne

Powłoka robota i części konstrukcyjne zawierają wiele powierzchni odniesienia, gniazd montażowych łożysk i otworów pozycjonujących. Inspekcja CMM może zweryfikować położenie elementów i tolerancje geometryczne, pomagając zidentyfikować potencjalne ryzyko montażowe związane z odchyleniami konstrukcyjnymi.

Elementy przekładni

Podstawowe części przekładni, takie jak koła zębate, reduktory harmonicznych, reduktory RV i precyzyjne wały, decydują o dokładności ruchu robota. Maszyny współrzędnościowe mogą weryfikować krytyczne cechy wymiarowe i geometryczne, takie jak średnice elementów, odległości między środkami, koncentryczność, tolerancje położenia i odpowiednie tolerancje profili, zapewniając stabilne i dokładne przenoszenie mocy.

Narzędzia i osprzęt montażowy

Precyzyjna powtarzalność narzędzi jest podstawą spójnej produkcji seryjnej. Inspekcja CMM może zweryfikować płaskość osprzętu, dokładność pozycjonowania i zależności przestrzenne, wspierając ustandaryzowany i powtarzalny montaż komponentów robotycznych.

4. Pomiary wizyjne w produkcji precyzyjnej elektroniki

Precyzyjne komponenty elektroniczne, w tym płytki PCB, złącza, części do mikrowytłaczania i optyczne części konstrukcyjne, charakteryzują się miniaturowymi rozmiarami, cienkościennymi strukturami i gęstymi mikroelementami. Pomiar kontaktowy może powodować problemy związane z deformacją lub kontaktem z powierzchnią podczas kontroli cienkościennych lub delikatnych komponentów, co sprawia, że ​​bezkontaktowy pomiar optyczny jest korzystny w niektórych zastosowaniach.

Bezdotykowy pomiar optyczny VMM pozwala sprostać tym wyzwaniom, umożliwiając szybką i powtarzalną kontrolę delikatnych elementów elektronicznych. Oprócz bezkontaktowego wykrywania, jego podstawowa wartość polega na szybkim pozyskiwaniu obrazu, automatycznym rozpoznawaniu krawędzi, powtarzalnych procedurach pomiarowych i programowalnych przepływach pracy kontroli partii, wspierając wydajną i powtarzalną kontrolę w masowej produkcji elektroniki.

VMM są szeroko stosowane do kontroli wymiarów i profili obudów elektronicznych, mikrozłączy, elementów obwodów PCB, części cienkowarstwowych i miniaturowych precyzyjnych komponentów z tworzywa sztucznego/metalu.

5. CMM kontra VMM: wybór właściwej technologii pomiarowej

Technologie CMM i VMM uzupełniają się, a nie konkurencyjnie. Maszyny współrzędnościowe doskonale nadają się do wysoce precyzyjnej kontroli geometrycznej 3D, natomiast maszyny VMM szczególnie nadają się do wydajnej kontroli partii mikroelementów 2D. Poniższe udoskonalone porównanie zapewnia dokładne odniesienia techniczne dla zespołów ds. jakości produkcji:

Producenci mogą wybrać odpowiedni sprzęt pomiarowy w oparciu o strukturę części, standardy tolerancji, wielkość produkcji i cele kontroli, aby zbudować ukierunkowany precyzyjny system pomiarowy.

6. Metrologia osadzona w procesie: od kontroli pasywnej do aktywnej kontroli

Podstawowym trendem we współczesnej metrologii przemysłowej jest przejście od kontroli poprodukcyjnej pozytywnej/negatywnej w stronę kontroli procesu opartej na pomiarach. Zamiast polegać wyłącznie na kontroli końcowej, producenci coraz częściej włączają dane pomiarowe do procesu produkcyjnego:

Produkcja→Pomiar→Analiza danych→Dostosowanie procesu→Produkcja iteracyjna

Dane pomiarowe nie są już wykorzystywane wyłącznie do weryfikacji jakości gotowego produktu. Kiedy dane ujawniają stopniowy dryf wymiarowy lub potencjalne trendy w procesie, zespoły ds. jakości mogą zidentyfikować pojawiającą się niestabilność procesu, zanim doprowadzi to do powstania znacznej liczby produktów niezgodnych. Umożliwia to monitorowanie procesów, analizę przyczyn źródłowych i ciągłą optymalizację produkcji.

7. Od kontroli pojedynczej części do weryfikacji jakości na poziomie złożenia

Rosnąca integracja robotyki i precyzyjnych produktów elektronicznych oznacza, że ​​sama kontrola wymiarowa pojedynczej części może nie odzwierciedlać w pełni jakości na poziomie montażu.Poszczególne części mogą spełniać odpowiednie wymagania wymiarowe, a mimo to stwarzać problemy montażowe lub funkcjonalne, jeśli krytyczne zależności geometryczne nie są odpowiednio kontrolowane.

Produkcja robotyki wymaga weryfikacji pasujących powiązań między silnikami i reduktorami, wałami i gniazdami łożysk oraz interfejsami zespołów wieloprzegubowych. Produkcja precyzyjnej elektroniki wymaga kontroli rozmieszczenia komponentów, wyrównania złączy, dokładności instalacji PCB i precyzji łączenia modułów optycznych. Systematyczne pomiary na poziomie montażu pomagają zweryfikować krytyczne interfejsy i zapewniają stałą wydajność produktu końcowego.

8. Cyfrowa kontrola jakości oparta na CAD: wizualizacja odchyleń i racjonalna weryfikacja GD&T

Metrologia cyfrowa oparta na CAD stała się ważną częścią nowoczesnej kontroli jakości produkcji. Porównując zmierzone dane z nominalnymi modelami CAD, inżynierowie mogą wizualizować odchylenia geometryczne, oceniać charakterystykę profili i analizować wyniki poszczególnych cech.

Należy podkreślić podstawową zasadę zawodową:Mapa odchyleń CAD jest wizualizacją odchyleń geometrycznych—samo w sobie nie jest wynikiem akceptacji GD&T.Lokalne odchylenie geometryczne samo w sobie nie określa, czy część jest niezgodna.

Solidny system kontroli musi uwzględniać obowiązującą strukturę danych, wymagania GD&T, niepewność pomiaru i wymagania funkcjonalne podczas dokonywania oceny jakości. Ta ustandaryzowana logika pozwala uniknąć błędnej oceny części o wysokiej precyzji i zapewnia niezawodne wsparcie danych na potrzeby iteracji inżynieryjnych.

9. Budowanie niezawodnej strategii precyzyjnych pomiarów

Niezawodna strategia metrologiczna zaczyna się od rzeczywistych wymagań kontrolnych, a nie od wyboru sprzętu na podstawie samych specyfikacji. Producenci muszą opracować ukierunkowane rozwiązania pomiarowe w oparciu o podstawowe cechy produktu:

• Zidentyfikuj cechy funkcjonalne, które bezpośrednio wpływają na montaż i wydajność produktu

• Dopasuj możliwości pomiarowe i dokładność do wymaganych tolerancji

• Wybierz kontaktowe lub bezkontaktowe metody pomiaru w oparciu o strukturę i materiał części

• Skonfiguruj schematy automatyzacji łączące wielkość produkcji i częstotliwość kontroli

• Uwzględnij wymagania dotyczące analizy danych i integracji systemu w celu optymalizacji procesów

Dlatego też odpowiedni system metrologiczny nie jest definiowany wyłącznie na podstawie nominalnej dokładności maszyny. Należy go ocenić pod kątem pełnych wymagań inspekcji, w tym niepewności pomiaru, dostępności funkcji, możliwości czujnika, przepustowości, przepływu pracy oprogramowania, potrzeb w zakresie automatyzacji i długoterminowych wymagań aplikacji.

Wniosek

Robotyka i produkcja elektroniki precyzyjnej mają wspólne podstawowe wymagania przemysłowe: precyzja musi być mierzalna, powtarzalna i możliwa do kontrolowania w całym procesie produkcyjnym.

CMM i VMM realizują zróżnicowane i uzupełniające się zadania inspekcyjne.Maszyny współrzędnościowe obsługują precyzyjną weryfikację geometryczną 3D złożonych komponentów robotycznych, natomiast maszyny VMM umożliwiają wydajną kontrolę seryjną miniaturowych elementów 2D w precyzyjnych częściach elektronicznych.Razem stanowią one podstawową infrastrukturę zaawansowanej kontroli jakości produkcji.