Produzione Innovativa per Tecnologia all'Avanguardia: Un Caso di Studio sui Componenti di un Sistema di Scansione Laser 3D

Come la lavorazione CNC di precisione ha consentito la prototipazione rapida di un gruppo rotante critico per il sistema di scansione laser 3D RS100-RTK Mobile Mapping Systems

Panoramica del progetto

Informazioni sul cliente e sul prodotto

Questo sistema di scansione laser 3D di livello professionale e industriale è un pioniere nei sistemi di scansione laser 3D mobili, che utilizza la tecnologia Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). Il sistema RS100-RTK rappresenta il loro prodotto di punta, che combina SLAM con il posizionamento differenziale RTK per una precisione a livello di cm sia in ambienti senza GNSS che all'aperto.

Questo studio di caso si concentra sull'alloggiamento della testa di scansione laser rotante, il componente principale che consente:

• Acquisizione dati a 650.000 punti/secondo
• Portata di misurazione di 120 metri
• Campo visivo ultra-ampio di 360°×285°
• Funzionalità di correzione RTK integrate

L'alloggiamento richiedeva una produzione di precisione per mantenere una precisione relativa di 1 cm garantendo al contempo un funzionamento stabile su piattaforme mobili, zaino, UAV e veicolari.

Selezione del metodo di produzione corretto

Per questo componente rotante critico, sono stati valutati diversi approcci di produzione:

• Fusione a cera persa: Impossibile ottenere la precisione richiesta per le caratteristiche di allineamento ottico
• Produzione additiva (stampa 3D in metallo): Qualità superficiale e stabilità dimensionale insufficienti
• Tornitura/fresatura CNC a 5 assi: Selezionata per precisione senza pari, ottimizzazione della simmetria rotazionale e capacità di mantenere tolleranze di ±0,01 mm

Perché la tornitura/fresatura CNC a 5 assi era ideale:

• Lavorazione a configurazione singola: La fabbricazione completa senza riposizionamento garantiva la concentricità <0,005 mm
• Integrazione del bilanciamento dinamico: Il bilanciamento sulla macchina ha raggiunto il livello G0.4 (superiore allo standard del settore)
• Gestione termica: La rimozione ottimizzata del materiale ha fornito proprietà ideali di dissipazione del calore
• Compatibilità con materiali aerospaziali: L'alluminio 7075 ha fornito resistenza riducendo al minimo la massa rotazionale

Sfide chiave e soluzioni nella produzione della testa di scansione

1. Equilibrio rotazionale di ultra-precisione

Sfida: Rotazione senza vibrazioni a 5-20 RPM per una raccolta accurata della nuvola di punti

Soluzione:

• Bilanciamento dinamico integrato: Bilanciamento sulla macchina durante le operazioni di finitura
• Ottimizzazione della massa asimmetrica: Rimozione strategica del materiale per ottenere un perfetto equilibrio rotazionale

2. Precisione di allineamento ottico

Sfida: Mantenimento della precisione del percorso di emissione/ricezione laser durante la rotazione di 360°

Soluzione:

• Costruzione monolitica: Design monoblocco che elimina gli errori di assemblaggio
• Lavorazione della superficie di riferimento: Tutte le superfici di montaggio ottiche sono lavorate nella stessa configurazione

3. Compatibilità multipiattaforma

Sfida: Garantire prestazioni costanti su montaggio su zaino, UAV e veicolare

Soluzione:

• Interfaccia di montaggio unificata: Design a flangia di precisione compatibile con tutti gli adattatori di piattaforma
• Caratteristiche di smorzamento delle vibrazioni: Geometria strutturale ottimizzata che riduce le vibrazioni armoniche

4. Protezione ambientale

Sfida: Tenuta equivalente a IP67 mantenendo la funzionalità rotazionale

Soluzione:

• Scanalature di tenuta integrate: Scanalature lavorate con precisione per guarnizioni a triplo labbro
• Ottimizzazione della superficie: Anodizzazione dura che fornisce resistenza alla corrosione e superficie di usura

Convalida e test della qualità

Il prototipo è stato sottoposto a rigorosa convalida corrispondente ai requisiti sul campo di GoSLAM:

Verifica metrologica:

• Ispezione CMM: Tutte le caratteristiche critiche entro ±0,01 mm
• Allineamento ottico: Deviazione del percorso laser <0,005° attraverso la rotazione completa

Test delle prestazioni dinamiche:

• Equilibrio rotazionale: Livello G0.4 raggiunto (standard del settore: G2.5)
• Analisi delle vibrazioni: <5μm di spostamento a RPM operativi

Test ambientali:

• Cicli termici (-30°C a +70°C): Nessuna deformazione o degrado delle prestazioni
• Test IP67: Nessuna infiltrazione dopo 30 minuti di immersione

Convalida sul campo:

• Integrazione riuscita con il sistema RS100-RTK
• Mantenuta una precisione relativa di 1 cm nei test operativi

Feedback del cliente e applicazioni future

Il prototipo ha superato i requisiti tecnici del cliente:

Riduzione del 25% della massa rotazionale rispetto al design precedente

Miglioramento del 40% dell'efficienza di dissipazione del calore

Perfetta integrazione con i sistemi RS100-RTK esistenti

Il cliente ha avviato:

Progettazione di utensili di produzione per la produzione di piccoli lotti (50-100 unità)

Adattamento del design per scanner di prossima generazione della serie T

Partenariato a lungo termine per lo sviluppo continuo dei componenti