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

Hoe precisie CNC-bewerking snelle prototyping van een kritische roterende assemblage voor 3D-laserscansysteem RS100-RTK mobiele karteringssystemen mogelijk maakte

Projectoverzicht

Over de klant en het product

Dit professionele en industriële 3D-laserscansysteem is een pionier op het gebied van mobiele 3D-laserscansystemen, dat gebruik maakt van Simultaneous Localization and Mapping (SLAM)-technologie. Het RS100-RTK-systeem vertegenwoordigt hun vlaggenschip, dat SLAM combineert met RTK-differentiële positionering voor cm-nauwkeurigheid in zowel GNSS-loze als buitenomgevingen.

Deze casestudy richt zich op de behuizing van de roterende laserscan-kop - de kerncomponent die mogelijk maakt:

• 650.000 punten/seconde data-acquisitie
• 120 meter meetbereik
• 360°×285° ultra-breed gezichtsveld
• Geïntegreerde RTK-correctiemogelijkheden

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 selecteren

Voor deze kritische roterende component werden verschillende productiebenaderingen geëvalueerd:

• Investeringsgieten: Niet in staat om de vereiste precisie te bereiken voor optische uitlijningskenmerken
• Additieve productie (metaal 3D-printen): Onvoldoende oppervlaktekwaliteit en maatvastheid
• 5-assig CNC draaien/frezen: Geselecteerd voor ongeëvenaarde precisie, optimalisatie van rotatiesymmetrie en het vermogen om ±0,01 mm toleranties te handhaven

Waarom 5-assig CNC draaien/frezen ideaal was:

• Machinale bewerking in één opstelling: Volledige fabricage zonder herpositionering zorgde voor concentriciteit<0,005 mm
• Integratie van dynamisch balanceren: Balanceren op de machine bereikte niveau G0.4 (boven de industriestandaard)
• Thermisch beheer: Geoptimaliseerde materiaalverwijdering zorgde voor ideale warmteafvoereigenschappen
• Compatibiliteit met luchtvaartmateriaal: 7075-Aluminium zorgde voor sterkte en minimaliseerde tegelijkertijd de rotatiemassa

Belangrijkste uitdagingen en oplossingen bij de productie van de scankop

1. Ultra-precisie roterende balans

Uitdaging: Trillingsvrije rotatie bij 5-20 RPM voor nauwkeurige puntwolkcollectie

Oplossing:

• Geïntegreerd dynamisch balanceren: Balanceren op de machine tijdens de laatste bewerkingsbewerkingen
• Asymmetrische massa-optimalisatie: Strategische materiaalverwijdering om een perfecte roterende balans te bereiken

2. Precisie optische uitlijning

Uitdaging: Nauwkeurigheid van het laseremissie/ontvangstpad behouden tijdens 360° rotatie

Oplossing:

• Monolithische constructie: Eén-delig ontwerp dat montagefouten elimineert
• Referentie-oppervlakbewerking: Alle optische montageoppervlakken bewerkt in dezelfde opstelling

3. Multi-platform compatibiliteit

Uitdaging: Consistente prestaties garanderen op rugzak-, UAV- en voertuigmontage

Oplossing:

• Uniforme montage-interface: Precisie flensontwerp compatibel met alle platformadapters
• Trillingsdempende kenmerken: Geoptimaliseerde structurele geometrie die harmonische trillingen vermindert

4. Milieubescherming

Uitdaging: IP67-equivalent afdichten met behoud van roterende functionaliteit

Oplossing:

• Geïntegreerde afdichtingsgroeven: Precisie-bewerkte groeven voor drievoudige lipafdichtingen
• Oppervlakte-optimalisatie: Hard anodiseren dat corrosiebestendigheid en slijtvastheid biedt

Kwaliteitsvalidatie en -testen

Het prototype onderging rigoureuze validatie die overeenkomt met de veldeisen van GoSLAM:

Metrologische verificatie:

• CMM-inspectie: Alle kritische kenmerken binnen ±0,01 mm
• Optische uitlijning: Laserpad-afwijking <0,005° door volledige rotatie

Dynamische prestatietests:

• Roterende balans: G0.4-niveau bereikt (industriestandaard: G2.5)
• Trillingsanalyse: <5μm verplaatsing bij operationele RPM

Omgevingstests:

• Thermische cycli (-30°C tot +70°C): Geen vervorming of prestatievermindering
• IP67-testen: Geen binnendringing na 30 minuten onderdompeling

Veldvalidatie:

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

Feedback van de klant en toekomstige toepassingen

Het prototype overtrof de technische eisen van de klant:

25% reductie in rotatiemassa in vergelijking met het vorige ontwerp

40% verbetering van de warmteafvoerefficiëntie

Perfecte integratie met bestaande RS100-RTK-systemen

De klant is begonnen met:

Ontwerp van productiegereedschap voor kleine batchproductie (50-100 eenheden)

Ontwerpaanpassing voor scanners van de volgende generatie T-serie

Langdurige samenwerking voor voortdurende componentontwikkeling