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

Come l'usinatura CNC di precisione ha permesso la prototipazione rapida di un assemblaggio di rotazione critica per il sistema di scansione laser 3D RS100-RTK Mobile Mapping Systems

Visualizzazione del progetto

Il cliente e il prodotto

Questo sistema di scansione laser 3D di livello professionale e industriale è un pioniere nei sistemi di scansione laser 3D mobili, utilizzando la tecnologia di localizzazione e mappatura simultanea (SLAM).Il sistema RS100-RTK rappresenta il loro prodotto di punta, combinando SLAM con posizionamento differenziale RTK per una precisione a livello di cm sia in ambienti GNSS negati che all'aperto.

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

• 650,000 punti/seconda di acquisizione dei dati
• Distanza di misurazione di 120 metri
• 360°×285° campo visivo ultra-ampio
• Capacità integrate di correzione RTK

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 veicoli.

Scegliere il giusto metodo di fabbricazione

Per questa componente critica di rotazione sono stati valutati diversi approcci di produzione:

• Fusione di investimento: non è possibile ottenere la precisione richiesta per le caratteristiche di allineamento ottico
• Fabbricazione additiva (stampa 3D metallica): qualità superficiale insufficiente e stabilità dimensionale
• 5-Axis CNC Turning/Milling: selezionato per una precisione senza pari, ottimizzazione della simmetria di rotazione e capacità di mantenere tolleranze ± 0,01 mm

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

• Macchine per la lavorazione a singola impostazione: fabbricazione completa senza riposizionamento, concentricità garantita < 0,005 mm
• Integrazione del bilanciamento dinamico: il bilanciamento in macchina raggiunge il livello G0.4 (che supera lo standard del settore)
• Gestione termica: rimozione ottimizzata del materiale con proprietà di dissipazione del calore ideali
• Compatibilità del materiale aerospaziale: 7075-Aluminio ha fornito resistenza riducendo al minimo la massa di rotazione

Sfide e soluzioni chiave nella fabbricazione di teste di scansione

1. Balance di rotazione ultra-precisione

Sfida: rotazione senza vibrazioni a 5-20 giri al minuto per una raccolta accurata delle nuvole di punti

Soluzione:

• bilanciamento dinamico integrato: bilanciamento in macchina durante le operazioni di lavorazione finali
• Ottimizzazione asimmetrica della massa: rimozione strategica del materiale per ottenere un perfetto equilibrio di rotazione

2Precisione di allineamento ottico

Sfida: mantenere la precisione del percorso di emissione/ricezione del laser durante la rotazione a 360°

Soluzione:

• Costruzione monolitica: progettazione in un solo pezzo che elimina gli errori di assemblaggio
• Fabbricazione di superfici di riferimento: tutte le superfici di montaggio ottiche lavorate nella stessa configurazione

3Compatibilità multipiattaforma

Sfida: garantire prestazioni coerenti tra zaino, UAV e montaggio di veicoli

Soluzione:

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

4. Protezione dell'ambiente

Sfida: sigillamento IP67 equivalente mantenendo la funzionalità di rotazione

Soluzione:

• Fabbricazione a partire da prodotti di cui al punto 1 del presente allegato
• Ottimizzazione della superficie: anodizzazione dura che fornisce resistenza alla corrosione e superficie di usura

Validazione e collaudo della qualità

Il prototipo è stato sottoposto a una validazione rigorosa in linea con i requisiti di campo del GoSLAM:

Verifica metrologica:

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

Test di prestazione dinamica:

• Bilancio di rotazione: livello raggiunto di G0.4 (norma industriale: G2.5)
• Analisi delle vibrazioni: spostamento < 5 μm a giri operativi/min

Test ambientali:

• Ciclo termico (da -30°C a +70°C): nessuna deformazione o degrado delle prestazioni
• Test IP67: non penetrazione dopo 30 minuti di immersione

Validazione dei campi:

• Integrare con successo il sistema RS100-RTK
• Accuratezza relativa di 1 cm mantenuta nelle prove operative

Feedback dei clienti e applicazioni future

Il prototipo ha superato i requisiti tecnici del cliente:

Riduzione del 25% della massa di rotazione rispetto al progetto precedente

Miglioramento del 40% dell'efficienza di dissipazione del calore

Perfetta integrazione con i sistemi RS100-RTK esistenti

Il cliente ha avviato:

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

Adaptazione del progetto per gli scanner della serie T di prossima generazione

Partenariato a lungo termine per lo sviluppo continuo di componenti