Innowacyjna produkcja dla najnowocześniejszych technologii: badanie przypadku składników systemu skanu laserowego 3D

Jak Precyzyjna Obróbka CNC Umożliwiła Szybkie Prototypowanie Krytycznego Zespołu Obrotowego dla Systemu Skanowania Laserowego 3D RS100-RTK Mobile Mapping Systems

Przegląd Projektu

O Kliencie i Produkcie

Ten Profesjonalny i Przemysłowy System Skanowania Laserowego 3D jest pionierem w systemach mobilnego skanowania laserowego 3D, wykorzystując technologię Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). System RS100-RTK reprezentuje ich flagowy produkt, łączący SLAM z pozycjonowaniem różnicowym RTK dla dokładności na poziomie cm zarówno w środowiskach pozbawionych GNSS, jak i na zewnątrz.

Niniejsze studium przypadku koncentruje się na obudowie głowicy skanowania laserowego obrotowego — kluczowym komponencie umożliwiającym:

• Akwizycję danych z prędkością 650 000 punktów/sekundę
• Zasięg pomiaru 120 metrów
• Ultra-szerokie pole widzenia 360°×285°
• Zintegrowane możliwości korekcji RTK

Obudowa wymagała precyzyjnej produkcji, aby utrzymać względną dokładność 1 cm, zapewniając jednocześnie stabilną pracę na platformach mobilnych, plecakowych, UAV i pojazdowych.

Wybór Właściwej Metody Produkcji

Dla tego krytycznego elementu obrotowego oceniono kilka podejść produkcyjnych:

• Odlewanie Inwestycyjne: Niezdolność do osiągnięcia wymaganej precyzji dla elementów wyrównania optycznego
• Produkcja Addytywna (Drukowanie 3D Metalami): Niewystarczająca jakość powierzchni i stabilność wymiarowa
• Toczenie/Frezowanie CNC 5-osiowe: Wybrane ze względu na niezrównaną precyzję, optymalizację symetrii obrotowej i zdolność do utrzymania tolerancji ±0,01 mm

Dlaczego Toczenie/Frezowanie CNC 5-osiowe Było Idealne:

• Obróbka Jednoetapowa: Kompletna produkcja bez zmiany położenia zapewniła współosiowość <0,005 mm
• Integracja Wyważania Dynamicznego: Wyważanie na maszynie osiągnęło poziom G0.4 (przekraczając standard branżowy)
• Zarządzanie Cieplne: Zoptymalizowane usuwanie materiału zapewniło idealne właściwości rozpraszania ciepła
• Kompatybilność Materiałów Lotniczych: Aluminium 7075 zapewniło wytrzymałość, minimalizując jednocześnie masę obrotową

Kluczowe Wyzwania i Rozwiązania w Produkcji Głowicy Skanującej

1. Ultra-precyzyjne Wyważenie Obrotowe

Wyzwanie: Obrót bez wibracji przy 5-20 obr./min dla dokładnego zbierania chmury punktów

Rozwiązanie:

• Zintegrowane Wyważanie Dynamiczne: Wyważanie na maszynie podczas końcowych operacji obróbki
• Optymalizacja Asymetrycznej Masy: Strategiczne usuwanie materiału w celu uzyskania idealnego wyważenia obrotowego

2. Precyzja Wyrównania Optycznego

Wyzwanie: Utrzymanie dokładności ścieżki emisji/odbioru lasera podczas obrotu o 360°

Rozwiązanie:

• Konstrukcja Monolityczna: Konstrukcja jednoczęściowa eliminująca błędy montażu
• Obróbka Powierzchni Referencyjnych: Wszystkie powierzchnie montażowe optyki obrabiane w tym samym ustawieniu

3. Kompatybilność Wieloplatformowa

Wyzwanie: Zapewnienie spójnej wydajności na platformach plecakowych, UAV i pojazdowych

Rozwiązanie:

• Ujednolicony Interfejs Montażowy: Precyzyjna konstrukcja kołnierza kompatybilna ze wszystkimi adapterami platform
• Elementy Tłumiące Wibracje: Zoptymalizowana geometria strukturalna redukująca wibracje harmoniczne

4. Ochrona Środowiskowa

Wyzwanie: Uszczelnienie równoważne IP67 przy jednoczesnym zachowaniu funkcjonalności obrotowej

Rozwiązanie:

• Zintegrowane Rowki Uszczelniające: Precyzyjnie obrobione rowki dla uszczelnień potrójnych
• Optymalizacja Powierzchni: Twarde anodowanie zapewniające odporność na korozję i powierzchnię ścierną

Walidacja i Testowanie Jakości

Prototyp przeszedł rygorystyczną walidację odpowiadającą wymaganiom terenowym GoSLAM:

Weryfikacja Metrologiczna:

• Kontrola CMM: Wszystkie krytyczne elementy w granicach ±0,01 mm
• Wyrównanie optyczne: Odchylenie ścieżki lasera <0,005° podczas pełnego obrotu

Testy Wydajności Dynamicznej:

• Wyważenie obrotowe: Osiągnięto poziom G0.4 (standard branżowy: G2.5)
• Analiza wibracji: <5μm przemieszczenia przy roboczych obr./min

Testy Środowiskowe:

• Cykle termiczne (-30°C do +70°C): Brak deformacji lub pogorszenia wydajności
• Test IP67: Brak wnikania po 30 minutach zanurzenia

Walidacja Terenowa:

• Pomyślna integracja z systemem RS100-RTK
• Utrzymano względną dokładność 1 cm w testach operacyjnych

Informacje Zwrotne od Klienta i Przyszłe Zastosowania

Prototyp przekroczył wymagania techniczne Klienta:

25% redukcja masy obrotowej w porównaniu z poprzednim projektem

40% poprawa wydajności rozpraszania ciepła

Idealna integracja z istniejącymi systemami RS100-RTK

Klient zainicjował:

Projekt oprzyrządowania produkcyjnego dla produkcji małoseryjnej (50-100 sztuk)

Adaptacja projektu dla skanerów serii T nowej generacji

Długoterminowa współpraca w zakresie bieżącego rozwoju komponentów