Разбор координатно-измерительной системы ScanLine TrackerScan Pro W
В продуктовой линейке компании ScanLine система TrackerScan Pro W уже занимает одну из ключевых позиций. Это решение успешно применяется на реальных производствах для задач, где обычные ручные сканеры или громоздкие стационарные КИМ неэффективны. В данном материале мы проведем подробный разбор системы: шаг за шагом объясним, как она устроена, как работает и какие именно производственные задачи помогает решать. А начнём с основной информации.
Что такое КИС (оптическая координатно-измерительная система)
Координатно-измерительная система (КИС) – это высокоточный «цифровой измеритель», способный анализировать детали любой формы. Если обычная линейка или штангенциркуль измеряют лишь длину или ширину, то КИС оцифровывает объект в 3Д пространстве с точностью до микронов.
Классический пример: необходимо проверить геометрию крупногабаритной детали, например, элемента самолетного двигателя. Раньше инженеры были вынуждены делать это вручную с помощью щупов или использовать громоздкие стационарные станки. Обычные ручные 3Д сканеры в таких задачах неэффективны: пришлось бы оклеивать всю деталь специализированными метками, что занимает часы.
Именно для решения этой проблемы была разработана TrackerScan Pro W. Система сочетает оптическую технологию трекинга и портативный 3Д сканер, что позволяет измерять крупные объекты с минимальными временными затратами и без тотального маркирования поверхности.
Трекер
Как устроена система?
Ключевым элементом выступает оптический трекер, внешне напоминающий камеру на штативе. Он непрерывно отслеживает положение сканера и щупа в пространстве с точностью до сотых долей миллиметра. Для этого на измерительных инструментах зафиксированы специальные отражающие маркеры, по которым трекер определяет точное местоположение прибора в каждый момент времени.
3Д сканер
Сам 3Д сканер в составе такой системы функционирует по классической схеме: проецирует на деталь лазерные линии, а встроенные камеры фиксируют мельчайшие искажения этих линий на поверхности объекта.
Когда же возникает необходимость измерить глухое отверстие или кромку, недоступную для оптического захвата сканером, применяется контактный щуп. Достаточно аккуратно поднести его к нужной точке и нажать кнопку – трекер мгновенно зафиксирует координаты этой позиции.
Что касается настройки беспроводного режима: оператор подключает 3Д сканер к ноутбуку, при этом оба устройства должны находиться в одной сети WI-FI. Входящий в комплект роутер обеспечивает синхронизацию оборудования в единой сети без задержек для предотвращения потери данных при высокоскоростном сканировании. Мы рекомендуем соединять роутер с ноутбуком кабелем для максимальной стабильности связи, однако на практике нам также удавалось успешно сканировать объекты при беспроводном подключении роутера.
Щуп
Калибровка
Перед началом любого процесса сканирования инженер выполняет калибровку оборудования. Эта процедура необходима для адаптации устройства к конкретным условиям помещения: уровню освещённости, влажности и температуре.
Для ручных и стационарных сканеров традиционно применяется калибровочная пластина. Пользователь устанавливает ее в заданном положении и следует подсказкам программного обеспечения.
При работе с ручным 3Д сканером его перемещают под различными углами, пока сам прибор считывает информацию с калибровочной пластины. Стационарные 3Д сканеры в перемещении не нуждаются, калибровочную пластину размещают перед камерами устройства на поворотном столе, который вращается согласно заложенной программе.
TrackerScan Pro W же сочетает в себе ручной сканер и оптический трекер, поэтому для калибровки этих двух компонентов применяются различные технологии и инструменты. Сам 3Д сканер настраивается по стандартной схеме, аналогичной другим устройствам подобного класса – с использованием калибровочной пластины. При калибровке трекера применяется калибровочный жезл: инженер располагается перед трекером и перемещает жезл в пространстве, выполняя указания программного обеспечения.
Отдельного внимания заслуживает калибровка контактного щупа. Перед трекером устанавливается специальная база с метками, чтобы трекер мог отслеживать ее положение в пространстве. В базе предусмотрено коническое углубление для насадки щупа. Поместив наконечник в это углубление, оператор следует инструкциям ПО, направляя щуп под различными углами. Процедура не представляет сложности и выполняется достаточно оперативно.
Области применения
Контроль качества. На производстве оператор сканирует готовую деталь, а ПО автоматически сравнивает её с исходной САПР-моделью и показывает цветовую карту расхождений. Именно таким способом в автомобильной промышленности проверяют качество кузовов, а в авиакосмической отрасли – лопатки турбин и элементы обшивки.
Реверс-инжиниринг. Если у устаревшей запчасти отсутствуют чертежи, её можно оцифровать, доработать в специализированном ПО до полноценной САПР-модели и запустить в производство.
Pro W позволяет проводить измерения непосредственно на месте, будь-то цех или строительная площадка. Отпадает необходимость транспортировать деталь к громоздкому стационарному оборудованию. Более того, оптический трекер обеспечивает возможность сканирования объектов размером до 10 метров без применения дополнительных маркеров. 3Д сканер собирает необходимые данные за считанные минуты, тогда как при использовании контактной КИС на это ушли бы часы. Важно отметить, что если требуются измерения как контактным, так и бесконтактным способом, TrackerScan Pro W позволяет выполнять обе задачи в рамках единой системы.
Безусловно, не существует технологий без определенных ограничений, и Pro W не является исключением. Как мы упоминали ранее, благодаря трекеру мы можем сканировать крупногабаритные детали, однако для этого устройству необходима прямая видимость. Если оператор зайдет со сканером за угол, трекер «потеряет» инструмент до тех пор, пока он не вернется в зону видимости.
Заявленная точность измерений до ±46 мкм. Как и в случае с любыми 3Д сканерами, для достижения максимальной точности систему необходимо корректно настроить и откалибровать. Также следует учитывать, что яркий свет или вибрации могут негативно сказываться на результатах наиболее точных измерений.
Сертификация и метрология
Для нас важно, чтобы оборудование соответствовало самым строгим стандартам. Модель TrackerScan Pro W сертифицирована Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии как средство измерения и внесена в государственный реестр под номером 94419-25. Эта сертификация гарантирует, что точность системы отвечает требованиям промышленных и метрологических стандартов РФ, что позволяет использовать сканер в государственных учреждениях и для документирования объектов в юридически значимых целях.
После ознакомления с общей информацией перейдем к конкретике и рассмотрим работу TrackerScan Pro W в деталях.
ScanLine TrackerScan Pro W
Беспроводная функциональность особенно востребована при сканировании в стеснённых пространствах, на высотных объектах или в производственных цехах, где кабели могут ограничивать мобильность оператора или создавать дополнительные риски. Например, при исследовании конструкций под мостами или внутри трубопроводов отсутствие проводов существенно ускоряет процесс и снижает вероятность повреждения оборудования.
Главное конкурентное преимущество модели – гибридная система трекинга. Она позволяет сканировать объекты в движении, сохраняя точность даже при работе в сложных производственных условиях. Встроенная IMU-система (инерциальные датчики) компенсирует вибрации, благодаря чему повышается точность измерений, а также уменьшается объем артефактов и шумов.
Pro W использует ИК-камеры и особенности объекта, поэтому работает без маркеров и позволяет перемещать объект во время процесса динамического сканирования. Таким образом, пользователь получает качественные отсканированные данные даже при перепадах уровня освещения и в сложных промышленных условиях.
Комплектация
Давайте рассмотрим, что входит в стандартный комплект поставки:
- Трекер TrackerScan Pro W – 1 шт.
- Сканер TE25 – 1 шт.
- Щуп ScanLine TrackerScan (опционально) – 1 шт.
- Штатив – 1 шт.
- Концентратор – 1 шт.
- Адаптер питания от сети переменного тока – 1 шт.
- Комплект соединительных кабелей – 1 шт.
- Комплект калибраторов системы – 1 шт.
- USB-накопитель с ПО – 1 шт.
- Руководство по эксплуатации на русском языке – 1 экз.
- Кейс для транспортировки – 2 шт.
- Внешний аккумулятор (опционально, в зависимости от логистики)*
*Комплектация внешним аккумулятором возможна только в случае доставки оборудования наземным путем по причине запрета на авиаперевозку аккумуляторов.
Технические характеристики
| Источник света | Трекер: Инфракрасный LED, Сканер: 50 перекрестных лазерных линий, 7 параллельных лазерных линий, 1 одиночная лазерная линия | |
| Зона сканирования | 650 мм x 580 мм | |
| Рабочее расстояние | 300 мм (HD сканирование 200 мм) | |
| Скорость сканирования | Трекер: до 5 500 000 точек/с Щуп: 100 изм/с | |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений геометрических размеров малогабаритных объектов | Сканер: ±0,039 мм Щуп: ±0,020 мм | |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений геометрических размеров объектов при проведении комбинированных измерений, с использованием фотограмметрии | ± (0,039 + 0,012 L)* (границы допускаемой абсолютной погрешности изменений беспроводным измерительным щупом не превышают значений, соответствующих границам допускаемой абсолютной погрешности системы в данном режиме измерений) | |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений геометрических размеров объектов лазерным сканером при выборе режима измерений без трекера | ± (0,014 + 0,025 L)* | |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений геометрических размеров объектов лазерным сканером при выборе режима измерений без трекера, с использованием фотограмметрии | ± (0,014 + 0,012 L)* | |
| Разрешение | 0.01 ~ 10 мм | |
| Глубина резкости | 400 мм | |
| Зона сканирования | 650 мм x 580 мм (макс.) | |
| Особенности | Беспроводное сканирование | |
| Класс лазера | Класс II (безопасно для глаз) | |
| Рабочая температура | От -10 до +45°C | |
| Габариты | Трекер：1023 мм x 198 мм x 126 мм, Сканер：281 мм x 283 мм x 290 мм. Щуп: 90 мм x 150 мм x 450 мм | |
| Интерфейсы | USB3.0, IEEE802.11n/ac, IEEE802.3ab | |
| Вес нетто | Трекер：8.4 кг, Сканер：1.618 кг, Щуп: 0.5 кг | |
*L — длина объекта в метрах.
Опыт использования: тесты от наших партнеров
Лучше всего о возможностях любой системы рассказывают реальные полевые условия. Поэтому мы привлекли к независимой экспертизе наших надёжных партнеров – компанию 3DVision. Коллеги протестировали TrackerScan Pro W на объектах самых разных форм и материалов и поделились с нами результатами.
Ракетный двигатель
Партнеры отсканировали макет ракетного двигателя, напечатанный на SLM-принтере (размером φ621 × 1361 мм), для последующего сравнения с эталонной САПР-моделью. Перед стартом система была прогрета и откалибрована. Для такого объекта коллеги выбрали разрешение 1 мм, это оптимальный баланс скорости и детализации. Они отметили, что благодаря хорошему трекингу и минимальным требованиям к меткам, им удалось без лишних перенастроек уверенно захватить геометрию даже внутренних полостей.
Классический мотоцикл
Партнеры высоко оценили, как система справилась с обилием черных и хромированных поверхностей мотоцикла. Они подчеркнули, что гибкая настройка яркости лазерной подсветки в нашем ПО позволила легко адаптироваться к сложным отражающим материалам.
Двигатель V6
Следующий тест от наших партнеров был направлен на оценку работы с узкими отверстиями. Благодаря гибкости режимов подсветки, заложенной в cканере, специалисты 3DVision точно захватили геометрию в зонах с ограниченным доступом и сложным освещением. Результатом стала полная и безошибочная реконструкция внутренней структуры.
Подъёмник
На последнем этапе коллеги из 3DVision проверили устойчивость алгоритма к тонким, прозрачным и решетчатым объектам. Тест подтвердил, что даже при минимальной толщине элементов система сохранила целостность формы, не упустив ни одной детали. TrackerScan Pro W выходит за рамки стандартных задач и позволяет получать точные модели самых хрупких объектов.
Заключение
TrackerScan Pro W был создан как оптимальное решение для промышленных задач, где критически важен баланс между мобильностью и метрологической точностью. Поэтому модель особенно востребована в отраслях, где необходимо оперативно получать данные о геометрии средне- и крупногабаритных объектов без тотального маркирования.
В реальных цеховых условиях наш сканер демонстрирует: стабильность за счет встроенной IMU-системы, гасящей вибрации; адаптивность к различным материалам и условиям как в закрытом цеху, так и на открытых площадках. А поддержка различных сканирующих модулей позволяет адаптировать систему под задачи конкретного клиента: от мелкой механики до крупных конструкций.