Fabrication innovante pour une technologie de pointe: une étude de cas sur les composants d'un système de balayage laser 3D

Comment la fabrication mécanique CNC de précision a permis le prototypage rapide d'un assemblage rotatif critique pour le système de balayage laser 3D RS100-RTK Mobile Mapping Systems

Aperçu du projet

À propos du client et du produit

Ce système de balayage laser 3D de niveau professionnel et industriel est un pionnier des systèmes de balayage laser 3D mobiles, utilisant la technologie de localisation et de cartographie simultanées (SLAM). Le système RS100-RTK représente leur produit phare, combinant SLAM avec le positionnement différentiel RTK pour une précision au centimètre près dans les environnements extérieurs et sans GNSS.

Cette étude de cas se concentre sur le boîtier de la tête de balayage laser rotative, le composant central permettant :

• L'acquisition de données à 650 000 points/seconde
• Une portée de mesure de 120 mètres
• Un champ de vision ultra-large de 360°×285°
• Des capacités de correction RTK intégrées

Le boîtier nécessitait une fabrication de précision pour maintenir une précision relative de 1 cm tout en assurant un fonctionnement stable sur les plateformes mobiles, sac à dos, UAV et véhicules.

Sélection de la bonne méthode de fabrication

Pour ce composant rotatif critique, plusieurs approches de fabrication ont été évaluées :

• Moulage à la cire perdue : Incapable d'atteindre la précision requise pour les caractéristiques d'alignement optique
• Fabrication additive (impression 3D métal) : Qualité de surface et stabilité dimensionnelle insuffisantes
• Tournage/fraisage CNC 5 axes : Sélectionné pour une précision inégalée, l'optimisation de la symétrie rotationnelle et la capacité à maintenir des tolérances de ±0,01 mm

Pourquoi le tournage/fraisage CNC 5 axes était idéal :

• Usinage en une seule configuration : La fabrication complète sans repositionnement assurait la concentricité <0,005 mm
• Intégration de l'équilibrage dynamique : L'équilibrage sur machine a atteint le niveau G0.4 (supérieur à la norme industrielle)
• Gestion thermique : L'enlèvement de matière optimisé a fourni des propriétés idéales de dissipation de la chaleur
• Compatibilité des matériaux aérospatiaux : L'aluminium 7075 a fourni de la résistance tout en minimisant la masse rotationnelle

Principaux défis et solutions dans la fabrication de la tête de balayage

1. Équilibre rotationnel ultra-précis

Défi : Rotation sans vibration à 5-20 tr/min pour une collecte précise du nuage de points

Solution :

• Équilibrage dynamique intégré : Équilibrage sur machine pendant les opérations d'usinage finales
• Optimisation de la masse asymétrique : Enlèvement stratégique de matière pour obtenir un équilibre rotationnel parfait

2. Précision de l'alignement optique

Défi : Maintenir la précision du trajet d'émission/réception laser sur 360° de rotation

Solution :

• Construction monolithique : Conception monobloc éliminant les erreurs d'assemblage
• Usinage de la surface de référence : Toutes les surfaces de montage optique usinées dans la même configuration

3. Compatibilité multi-plateformes

Défi : Assurer des performances constantes sur les montages sac à dos, UAV et véhicules

Solution :

• Interface de montage unifiée : Conception de bride de précision compatible avec tous les adaptateurs de plateforme
• Caractéristiques d'amortissement des vibrations : Géométrie structurelle optimisée réduisant les vibrations harmoniques

4. Protection de l'environnement

Défi : Étanchéité équivalente à IP67 tout en maintenant la fonctionnalité de rotation

Solution :

• Rainures d'étanchéité intégrées : Rainures usinées avec précision pour les joints à triple lèvre
• Optimisation de la surface : Anodisation dure offrant une résistance à la corrosion et une surface d'usure

Validation et tests de qualité

Le prototype a subi une validation rigoureuse correspondant aux exigences sur le terrain de GoSLAM :

Vérification métrologique :

• Inspection CMM : Toutes les caractéristiques critiques à ±0,01 mm
• Alignement optique : Déviation du trajet laser <0,005° sur toute la rotation

Tests de performance dynamique :

• Équilibre rotationnel : Niveau G0.4 atteint (norme industrielle : G2.5)
• Analyse des vibrations : <5μm de déplacement à la vitesse de fonctionnement

Tests environnementaux :

• Cyclage thermique (-30°C à +70°C) : Aucune déformation ni dégradation des performances
• Tests IP67 : Aucune pénétration après 30 minutes d'immersion

Validation sur le terrain :

• Intégration réussie avec le système RS100-RTK
• Maintien d'une précision relative de 1 cm lors des tests opérationnels

Commentaires des clients et applications futures

Le prototype a dépassé les exigences techniques du client :

Réduction de 25 % de la masse rotationnelle par rapport à la conception précédente

Amélioration de 40 % de l'efficacité de la dissipation thermique

Intégration parfaite avec les systèmes RS100-RTK existants

Le client a lancé :

Conception d'outillage de production pour la fabrication en petites séries (50 à 100 unités)

Adaptation de la conception pour les scanners de la série T de nouvelle génération

Partenariat à long terme pour le développement continu de composants