Внедрение системы лазерного проецирования для разметки черновой детали перед механической обработкой при производстве литых металлоконструкций с использованием системы оцифровки

Рассмотрено технологическое решение, применяемое в АО «Силовые Машины» для ускорения процедур разметки под механическую обработку литых металлических деталей, с применением системы лазерного проецирования «Маяк Оптимум» и системы оцифровки поверхности «AM.TECH TrackScan».

Ключевые слова: система лазерного проецирования, система оцифровки поверхностей, механическая обработка.

Основной областью применения систем лазерного проецирования считается производство изделий из полимерных композитных материалов. На таких производствах, лазерные проекторы используются для отображения на поверхности обратной матрицы контуров, которые указывают рабочему-укладчику, куда, в каком порядке и какие детали из предварительно раскроенного композитного материала (стекло- и углеволокно, препреги на их основе и другие материалы) нужно укладывать.

Компании «Нева Технолоджи» засчет тесного сотрудничества с заказчиками и производителями и применения иных технологий из области цифровой метрологии и реверс-инжиниринга, имеющихся в расположении ООО «Нева Технолоджи», удалось расширить сферу применения лазерных систем и разработать готовые решения для ускорения процедур разметки, сварки и сборки металлоконструкций.

Далее описывается интеграция лазерной системы в машиностроительное производство для решения задачи разметки черновой литой детали для последующей механической обработки.

На каждой секции должны быть контрольные линии, параллельные основным плоскостям заказа, в соответствии со схемой, выпускаемой для данного проекта судна.

Контрольные линии не должны совпадать с линиями разметки и установки набора секции. Желательно располагать их как можно ближе к монтажным кромкам секции. На «Адмиралтейских верфях» они располагаются на расстоянии 50 мм от стыков и пазов секций.

Контрольные линии должны иметь заданные координаты в системе координат корабля. Например:

• КЛ 75 шп +250 мм,
• КЛ батокса 3000 мм от диаметральной плоскости,
• КЛ ватерлинии 8050 мм от основной плоскости.

Контрольные линии вносятся в чертежи секции, размечаются при разметке деталей и сохраняются до окончания формирования корпуса. При ручной разметке они являются базовыми линиями для построения размерных цепей, при механизированной разметке нанесенные на деталях и узлах линии служат ориентиром для правильного совмещения элементов между собой.

^{Рис. 1 Деталь, рассматриваемая в данной задаче.}

Оператору системы лазерного проецирования на разметку поступает необработанная литая деталь. Оператору (он же разметчик) требуется нанести разметку под обработку резанием ответственных поверхностей: плоскость разъема, вырезы под уплотнения на плоскости разъема, высоту и диаметр фланцев, пазы для стыковки детали с остальными корпусными деталями. Задача системы лазерного проецирования в этом процессе – заменить собой используемые ранее аналоговые методы измерения и нанесения разметки (штангенциркуль, рейсмус); ускорить процесс нанесения разметки и обеспечить более высокую точность и повторяемость.

Ключевой особенностью работы с системой лазерного проецирования является набор данных, необходимый для организации работы. Обычно в него входит:

• Математическая модель объекта, с которым проводятся работы.
• База данных точек привязки, коррелирующая с объектом и его математической моделью – рабочий объект должен быть оснащен видимыми для проектора точками привязки – светоотражающими марками, которые приклеиваются, ставятся на магниты или вставляются в заранее предусмотренные отверстия.
• Набор контуров для высвечивания – как правило, связанный с математической моделью и сформированный на ее основании.

При решении задачи разметки, наиболее сложная подзадача – это совмещение математической модели, точек привязки и контуров. В отличие от предыдущих поколений систем лазерной разметки, управляющая программа системы «Маяк Оптимум» не требует использования других программ для формирования контуров. Так как металлоконструкции намного более простые в обращении, нежели матерчатые композиты, дополнительные программы, такие как «Fiber SIM» или «САРУС+ Композиты» не нужны, а контуры можно сформировать на базе математической модели в управляющей программе лазерного проектора Маяк Оптимум.

При решении задачи разметки, наиболее сложная подзадача – это совмещение математической модели, точек привязки и контуров. В отличие от предыдущих поколений систем лазерной разметки, управляющая программа системы «Маяк Оптимум» не требует использования других программ для формирования контуров. Так как металлоконструкции намного более простые в обращении, нежели матерчатые композиты, дополнительные программы, такие как «Fiber SIM» или «САРУС+ Композиты» не нужны, а контуры можно сформировать на базе математической модели в управляющей программе лазерного проектора Маяк Оптимум.

Для набора базы данных точек привязки необходимо использовать измерительное оборудование. В рамках представленного решения в качестве такого оборудования выступает система оцифровки поверхностей «AM.TECH TrackScan», также поставляемая компанией «Нева Технолоджи». Эта система позволяет и отсканировать деталь, и снять положение светоотражающих марок. Скан детали также понадобится для учета геометрических погрешностей отливки, так как ее форма сильно отличается от математической модели. Управляющая программа системы оцифровки поверхностей позволяет совместить скан детали с ее математической моделью, тем самым позволяя перенести контрольную геометрию (оси, плоскости сечения, базовые поверхности) с математической модели на фактическую поверхность объекта. Далее, контуры набираются в этой же программе. Это позволяет связать контуры именно с фактической формой объекта и, благодаря этому, обеспечить точность.

В рамках инструктажа после поставки оборудования, специалисты ООО «Нева Технолоджи» не только показывают пользователю системы основы работы с оборудованием, но и прорабатывают меры применения оборудования в контексте задачи пользователя: помогают решить задачу с помощью оборудования, работая с производственными деталями. Во время инструктажа, для разметчика, которому предстоит работать с системой, был определен следующий порядок проведения работ:

1. Деталь устанавливается, клеятся светоотражающие марки;
2. Деталь вместе с марками сканируется;
3. Скан детали совмещается с математической моделью детали;
4. Формируются контуры разметки;
5. Базы данных, содержащие контуры и точки привязки, выгружаются в систему проецирования;
6. Проектор привязывается к детали, контуры высвечиваются;
7. Пользователь наносит разметку в соответствии с высвеченными контурами.

На примере рассмотренной задачи доказано, что система лазерного проецирования не только применима в контексте производства металлических конструкций, но и может оказаться наиболее оптимальным и технологичным способом решения задач разметки. Применение системы способно сократить время, затрачиваемое на производственный этап, и обеспечивает повторяемость. К другим, менее очевидным плюсам применения системы лазерного проецирования относятся:

• Выявление недостатков предыдущих этапов производства – если высвечивать контуры, набранные с идеальной модели, отклонения становятся видны на проекции.
• Оптимизация производства засчет систематизации труда разметчика – у работника имеется единый алгоритм для обработки любых деталей.
• Сбор дополнительных данных об изделии.
• Гибкость применения – система способна работать с деталями любых размеров и форм.
• Устранение необходимости применения специализированных инструментов, таких как оснастки для позиционирования (более актуально для задач сборки и сварки).
• Потенциал к расширению комплектации системы при необходимости.

Для изучения возможности и необходимости интеграции системы лазерного проецирования в производство рекомендуется проводить пилотный проект на производственной площадке.