Mittaus
Mittalaitteiden kehitys tuo lisää tarkkuutta työpajolle
Uusi tekniikka tarjoaa teollisuuden käyttöön yhä nopeampia, tarkempia ja helppokäyttöisempiä mittauskoneita. Skannausteknologia tekee vahvasti tuloaan, mutta myös perinteisiä mittalaitteita edelleen tarvitaan ja käytetään monenlaisissa tilanteissa.
Myynti- ja mittausinsinööri Eetu Siitonen MLT Finland Oy:stä kertoo, että erilaisia mittauksia tarvitaan konepajoilla niin kappaleiden valmistusta kuin laaduntarkkailuakin varten.
”Kun valmistetaan vanhaa kappaletta vastaava uusi osa, ei ehkä ole olemassa piirustuksia tai mallia, ja silloin tarvitaan täsmälliset mitat eri valmistusvaiheita varten”, Siitonen mainitsee.
”Menetelminä käytetään tyypillisesti 3D-skannausta ja koordinaattimittausta.”
Nykytekniikan avulla mittauskoneesta saadut tiedot voidaan siirtää suoraan tietokoneelle, jolloin mittausten perusteella voidaan suunnitteluohjelmassa tehdä kappaleesta CAD-malli.
”Kun käytetään 3D-skannausta, saadaan kolmioverkkomesh- malli, joka on suoraan käytettävissä 3D-printterillä ja jopa joillain työstökoneilla.”
Mittaustekniikkaa moneen käyttöönbr> Määritelmän mukaan 3D-skannaus on tekniikka, jonka avulla fyysinen objekti muutetaan kolmiulotteiseksi tietokonemalliksi.
Skannaus on nopea ja tarkka tapa kehittää 3D-malli. Skannaamalla malli voidaan saada muutamissa minuuteissa siirretyksi tietokoneelle. Erilaisia 3D-skannereita ja skannaustyyppejä on useita.
Koskettavilla koordinaattimittalaitteilla etäisyyden erottelutarkkuus voi olla vaikkapa 0,1 μm (mikrometriä) ja mittaustarkkuus vastaavasti 1 μm. Tällaisten tarkkojen ja hyvin suojattujen mittalaitteiden toiminta perustuu esimerkiksi lasiskaalaan ja CMOS-tekniikkaan. Koordinaattimittakoneet soveltuvat erityisen hyvin tarkkojen koneistettujen kappaleiden mittatarkastuksiin.
mittatarkastuksiin. Tulostaminen 3D-printterillä on prosessi, jossa digitaalinen 3D-malli muutetaan fyysiseksi objektiksi. Silloin 3D-tulostimen tulostustekniikka valitaan käyttötarkoitukseen sopivaksi.
Alun perin 3D-tulostusta käytettiin prototyyppien valmistamiseen, jolloin konepajoilla voitiin säästää aikaa ja materiaaleja sekä testata tulostetun mallin toimivuutta. Sittemmin 3D-tulostimet ovat kehittyneet, joten niillä on mahdollista valmistaa lopullisiakin tuotteita, esimerkiksi varastosta loppuneita varaosia.
CMM-skanneri toimii vaikeissa mittauskohteissa
Nykyaikaisia CMM-skannereita (CMM = Coordinate Measuring Machines) voidaan käyttää monenlaisissa tuotantotiloissa, sillä ulkopuoliset tekijät eivät vaikuta niiden mittaustarkkuuteen.
”Ne ovat nopeita laitteita. Niillä pystytään skannaamaan ilman pintakäsittelyä myös kiiltäviä ja mustia pintoja, jotka aiemmin ovat olleet vaikeasti skannattavia”, Siitonen kehuu uutta tekniikkaa.
”Lopputuloksena saadaan valmis kolmioverkko-pintamalli, joka on heti valmis mitattavaksi tai mallinnuksen lähtötiedoksi. Enää ei tarvita työlästä jälkikäsittelyä skannaustiedostoille.
Tiedosto voidaan viedä myös 3D-tulostimelle, jolloin sen avulla voidaan tuottaa kolmiulotteisia prototyyppikappaleita.”
Uuden sukupolven CMM-skannerit tulivat Siitosen mukaan markkinoille noin vuosi sitten.
”Myimme ensimmäiset tällaiset laitteet alkuvuodesta 2017. CMM-tekniikka on herättänyt muun muassa messuilla paljon kiinnostusta, ja nyt niitä on myyty jo useampiakin”, hän sanoo.
Toimintaperiaatteeltaan CMM-skannerit ovat 3D-skannereita.
Rakenteeltaan 3D-skannerilaitteet voivat olla helposti liikuteltavia tai suurikokoisia ja kiinteästi paikalleen asennettuja. Työpajaympäristöön soveltuvat hyvin esimerkiksi pienikokoiset kannettavat mallit, joilla pystytään mittaamaan tarkasti ulkoisista häiriötekijöistä kuten värähtelyistä tai lämpötilan muutoksista huolimatta. Pienikokoisillakin käsiskannereilla päästään verstasolosuhteissa 0,03 mm:n mittatarkkuuteen.
Mittaukset nopeutuvat
Hiljattain markkinoille on tullut useitakin 3D-konepajamittauksiin soveltuvia mittaus- ja skannauslaitteita. Esimerkkeinä Siitonen mainitsee Creaform Inc.:n tuoteperheeseen kuuluvat CMM-koordinaattimittakoneet ja kannettavat 3D- skannerit.
”Creaformin HandyProbe Next on siirreltävä CMMkoordinaattimittakone, jossa ei tarvita mekaanista nivelvartta. Tekniikka perustuu optiseen mittaukseen, jossa kamerayksikkö seuraa mitta-anturin ja mitattavan kappaleen sijaintia dynaamisesti. Laitteella päästään 20 μm:n mittatarkkuuteen.”
Siitonen arvioi, että laitteen uusi optinen mittaustekniikka nopeuttaa ja helpottaa mittausten suorittamista.
”Saman valmistajan kannettava MetraScan 3D -skanneri on esimerkki järjestelmästä, jossa tarkkuus säilyy samana riippumatta siitä, tehdäänkö mittaus testihuoneessa, työpajassa vai suoraan tuotantolinjalla. Skanneria voidaan käyttää yhdessä HandyProben koskettavan mittapään kanssa esimerkiksi laadunvalvonnan mittausjärjestelmänä.”
Mahdollisia käyttökohteita ovat tuotannon työkalujen, jigien, osakokoonpanojen ja valmiiden tuotteiden mittatarkastukset. Mitattavat kappaleet voivat olla kooltaan 0,1m - 6m ja mittatarkkuus jopa 64 μm.
Erilaisia tekniikoita voidaan yhdistellä
Vaikka optiset mittauskoneet yleistyvät, ne eivät Siitosen arvion mukaan syrjäytä perinteisiä mittalaitteita.
”Mittaukset kannattaa aina tehdä sopivimmalla laitteella. Kun perinteiset mittalaitteet eivät riitä, otetaan käyttöön 3D-skannaukset ja muu uusi tekniikka, joka tukee ja helpottaa vaikeissa mittauksissa”, Siitonen neuvoo.
”Jos mitattavana on isoja kappaleita, mittalaitteiden kokorajoitukset voivat tulla vastaan. Silloin on kenties käytettävä apuna fotogrammetriaa: mitataan valokuvista tietyt pisteet ja skannataan vain osa kappaleesta. Eri mittausmenetelmien hyviä puolia voidaan yhdistää tilanteen mukaan.”
Mikäli konepaja tarvitsee erikoismittauksia esimerkiksi vain muutaman kerran vuodessa, niihin soveltuvia mittalaitteita ei ehkä kannata ostaa. Alan yritykset tekevät myös ostopalveluna muun muassa LaserTracker-mittauksia, joissa käytetään tarkkaa siirrettävää koordinaattimittauskonetta tarkkoja asennusmittauksia varten.
Siitonen vakuuttaa, että uudet mittauskoneet eivät juuri tarvitse huoltoa.
”Niissä ei ole kovin paljon huollettavia osia. Laitteiden kalibrointia suositellaan kerran vuodessa.”
”Laserskanneria oppii käyttämään jo puolessa päivässä, mutta mittaus- ja mallinnusohjelmistojen oppimiseen tarvitaan enemmän aikaa ja kokemusta. Mittalaitetoimituksen yhteydessä annetaan aina perehdytys niin laitteistolle kuin ohjelmistolle ”, Siitonen kertoo.
Teksti: Merja Kihl ja Ari Mononen
Kuvat: MLT Finland Oy
