Integration of a laser scanner into a machine tool for an in-process 3D measurement

Abstract

In the actual state of the manufacturing technology, the new products are gaining more details and therefore becoming increasingly complex. Not to mention the range of fragile products. The turbine blades are an example for big, fragile and highly strained machine parts. At the same time the quality process needs to be thorough and with small tolerances. Nowadays, most of the components processed on a machine tool, are inspected after the machine process. In a another environment a quality inspection is made, which in turn brings additional costs with transportation, machine setup, not counting the time that were spent during all this cycle. The introduction of a new tool, that could inspect the parts, into the machine-tool could give more agility and less costs during the whole fabrication and inspection of the manufactured parts. A well-spread inspection tool, who attend the all of the short requirements, is the laser scanning technology. Using this solution, it will be automatically employed a non-contact measuring procedure to the quality inspection process. This document will describe the research, analysis and the development of a possible implementation a laser scanning measurement-processes into the machine-tool, looking forward to inspect the quality of components, just after the machining process.

Foram três as tecnologias que ao se desenvolverem, enunciaram a visionários o surgimento de uma nova era na tecnologia que muitos estudiosos chamam de a nova era da indústria. São elas: as máquinas ferramenta, a automação e a informática. A revolução industrial pode ser dita que se iniciou com o escocês James Watt (projetando a máquina a vapor), deste modo ele também criou a necessidade pela indústria de máquinas ferramenta. Pois ficou bastante óbvio que sem uma máquina ferramenta que usinasse cilindros com razoável precisão ele não poderia construir motores, porque não havia meios de usinar cilindros nos seus primeiros empenhos. Ainda neste mesmo contexto histórico, houve outro desenvolvimento necessário para a introdução das ferramentas controladas por números, o desenvolvimento de controles automáticos. É nesta brecha que a automação e a informática se inserem na tecnologia de comandos numéricos associadas as máquinas ferramenta. A partir dai, o mundo destas máquinas vem mudando a cada dia mais, novas ferramentas e funções tem sido integradas a uma única máquina. Máquinas que atualmente são chamadas, e verdadeiramente são centros de usinagem. É no intuito de novamente inovar e agregar uma nova função aos centros de usinagem que este projeto busca se posicionar. Neste, é colocado como objetivo a introdução de uma nova ferramenta para inspeção de qualidade em peças recém usinadas. Para isto, o Instituto de pesquisa e desenvolvimento WZL, através de parcerias firmadas com fabricantes alemães de máquinas CNC e scanner laser, propõem o desenvolvimento deste novo projeto para a integração de um sistema de inspeção pós usinagem. Desta maneira, o projeto visa minimizar os custos envolvidos no transporte da peça, tendo em vista uma vistoria dos seus padrões de qualidade. Mais do que isto, a integração do scanner laser busca flexibilizar o processo de controle de qualidade. Devido a característica do processo de escaneamento v laser ser não táctil tanto, peças frágeis ou robustas, podem ser processadas sem causar danos como riscos ou quebras. Este trabalho contém as atividades desenvolvidas pelo acadêmico João Paulo de Moraes Paludo, referente à integração de um laser scanner Nokra Taglio à máquina CNC Hermle modelo C 800 U. Este projeto visa descobrir, limitações, dificuldades, soluções e resultados que podem ser impostos ao se integrar dois dispositivos não interconectáveis. No princípio do documento, será apresentada uma revisão objetiva dos conceitos e fundamentos que levaram ao advento dos equipamentos. Também é descrito o contexto onde se insere o projeto, que visa empregar a metrologia dentro das máquinas ferramentas através da tecnologia laser. O capítulo três descreve em particular a máquina CNC e o scanner laser utilizados durante o projeto. Tendo em vista que cada um possui suas características e um princípio específico. No decorrer do capítulo quatro, demostra-se os esforços necessários para as diferentes integrações que tiveram de ser efetuadas para que os modelos 3D pudessem ser gerados. Primeiramente são descritos os artifícios usados para uma integração de hardware entre os dois aparelhos. E logo em seguida, uma apresentação das transformações e modelo cinemático da máquina CNC são expostos. Assim, finalizando o capítulo quatro, a integração de software necessária para aquisição de dados e tratamento dos mesmos para a construção de um modelo 3D do objeto escaneado. No capítulo cinco, discute-se brevemente os resultados obtidos analisando os problemas e possíveis soluções. Finaliza-se o documento com uma conclusão a respeito do que foi alcançado, e sugestões para o desenvolvimento de futuros passos a serem seguidos afim de alcançar resultados ainda melhores.