Innovatieve productie voor geavanceerde technologie: een casestudy over componenten van 3D-laserscansystemen

Hoe precisie-CNC-bewerking snelle prototyping van een kritische rotatie-assemblage voor 3D-laserscansysteem RS100-RTK Mobile Mapping Systems mogelijk maakte

Overzicht van het project

Over de klant en het product

Dit 3D-laserscansysteem op professioneel en industrieel niveau is een pionier in mobiele 3D-laserscansystemen, die gebruikmaken van Simultane Localisatie en Mapping (SLAM) -technologie.Het RS100-RTK-systeem is hun vlaggenschipproduct., waarbij SLAM wordt gecombineerd met RTK-differentiële positionering voor nauwkeurigheid op cm-niveau in zowel GNSS-geweigerde als buitenomgevingen.

Deze casestudy richt zich op de roterende laser scanner kop behuizing, de kerncomponent die:

• 650,000 punten/seconde gegevensverzameling
• 120 meter meetbereik
• 360°×285° ultrabreed gezichtsveld
• Geïntegreerde RTK-correctiecapaciteiten

De behuizing vereiste precisieproductie om een relatieve nauwkeurigheid van 1 cm te behouden en tegelijkertijd een stabiele werking te garanderen op mobiele, rugzak, UAV en voertuigplatforms.

De juiste productiemethode kiezen

Voor deze cruciale rotatiecomponent zijn verschillende productiebenaderingen geëvalueerd:

• Investment Casting: niet in staat om de vereiste precisie te bereiken voor optische uitlijningskenmerken
• Additieve vervaardiging (metalen 3D-printen): Onvoldoende oppervlakkige kwaliteit en dimensie stabiliteit
• 5-assige CNC-draaien/frezen: geselecteerd voor ongeëvenaarde precisie, optimalisatie van de rotatie-symmetrie en mogelijkheid om ±0,01 mm toleranties te behouden

Waarom 5-assig CNC-draaien/frezen ideaal was:

• Eenvoudig bewerken: volledige vervaardiging zonder herpositionering, gewaarborgde concentrisiteit < 0,005 mm
• Dynamische balancering geïntegreerd: het balanceren op de machine heeft het niveau G0.4 bereikt (meer dan de industriestandaard)
• Thermisch beheer: geoptimaliseerde materiaalverwijdering met optimale warmteafvoer
• Compatibiliteit met ruimtevaartmaterialen: 7075-aluminium zorgt voor sterkte terwijl de rotatiemassa tot een minimum wordt beperkt

Belangrijkste uitdagingen en oplossingen in de productie van scannerkoppen

1Ultra-precieze rotatiebalans

Uitdaging: trillingsvrije rotatie bij 5-20 RPM voor nauwkeurige puntwolkverzameling

Oplossing

• Geïntegreerde dynamische balancering: balancering op de machine tijdens de eindbewerking
• Asymmetrische massa-optimalisatie: strategisch materiaal verwijderen om een perfect rotatiebalans te bereiken

2Optische uitlijning nauwkeurigheid

Uitdaging: handhaving van de nauwkeurigheid van de laseremissie/ontvangstpad gedurende de 360°-rotatie

Oplossing

• Monolytische constructie: ontwerp van één stuk dat assemblagefouten elimineert
• Referentiebedrijfsbewerking: alle optische bevestigingsoppervlakken die in dezelfde opstelling zijn bewerkt.

3. Compatibiliteit met meerdere platforms

Uitdaging: een consistente prestatie garanderen voor rugzakken, UAV's en voertuigmontage

Oplossing

• Unified Mounting Interface: Precision flange ontwerp compatibel met alle platform adapters
• Trillingsdempende eigenschappen: geoptimaliseerde structurele geometrie die harmonische trillingen vermindert

4Milieubescherming

Uitdaging: IP67-equivalente afdichting met behoud van rotatiefunctionaliteit

Oplossing

• Geïntegreerde afdichtingsgaten: met precisiebewerking bewerkte afdichtingsgaten voor driedubbele afdichtingen
• Optimalisatie van het oppervlak: harde anodisering die corrosiebestendigheid en slijtage biedt

Kwaliteitsvalidatie en -tests

Het prototype is aan een strenge validatie onderworpen die voldoet aan de vereisten van GoSLAM op het terrein:

Metrologische verificatie:

• CMM-inspectie: alle kritieke kenmerken binnen ±0,01 mm
• Optische uitlijning: afwijking van het laserpad < 0,005° bij volledige rotatie

Dynamische prestatietests:

• Rotatiebalans: G0.4 bereikt (industrie-norm: G2.5)
• Vibratie-analyse: verplaatsing < 5 μm bij bedrijfsomwentelingen per minuut

Omgevingsonderzoek:

• Thermische cyclus (-30 °C tot +70 °C): geen vervorming of afname van de prestaties
• IP67-test: geen binnendringing na 30 minuten onderdompeling

Veldvalidatie:

• Succesvolle integratie met het RS100-RTK-systeem
• Onderhouden relatieve nauwkeurigheid van 1 cm bij operationele tests

Klantfeedback en toekomstige toepassingen

Het prototype overtrof de technische eisen van de opdrachtgever:

25% vermindering van de rotatiemassa ten opzichte van het vorige ontwerp

Verbetering van de warmteafvoer met 40%

Perfecte integratie met bestaande RS100-RTK-systemen

De cliënt heeft ingestemd:

Ontwerp van productiewerktuigen voor de productie van kleine partijen (50-100 eenheden)

Aanpassing van het ontwerp voor scanners van de volgende generatie van de T-serie

Langetermijnpartnerschap voor voortdurende ontwikkeling van componenten