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, łącząc 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
• Bardzo 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 z metalu): Niewystarczająca jakość powierzchni i stabilność wymiarowa
• 5-osiowe toczenie/frezowanie CNC: Wybrane ze względu na niezrównaną precyzję, optymalizację symetrii obrotowej i zdolność do utrzymania tolerancji ±0,01 mm

Dlaczego 5-osiowe toczenie/frezowanie CNC było idealne:

• Obróbka w jednym ustawieniu: Kompletna produkcja bez zmiany położenia zapewniła współosiowość <0,005 mm
• Integracja dynamicznego wyważania: Wyważanie na maszynie osiągnęło poziom G0,4 (przekraczający standard branżowy)
• Zarządzanie termiczne: Zoptymalizowane usuwanie materiału zapewniło idealne właściwości rozpraszania ciepła
• Kompatybilność z materiałami lotniczymi: Aluminium 7075 zapewniło wytrzymałość, minimalizując jednocześnie masę obrotową

Kluczowe wyzwania i rozwiązania w produkcji głowic skanujących

1. Ultraprecyzyjne wyważenie obrotowe

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

Rozwiązanie:

• Zintegrowane dynamiczne wyważanie: 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 referencyjnej: Wszystkie powierzchnie montażowe optyczne obrabiane w tym samym ustawieniu

3. Kompatybilność z wieloma platformami

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 konstrukcyjna redukująca wibracje harmoniczne

4. Ochrona środowiska

Wyzwanie: Uszczelnienie o stopniu ochrony 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 dynamiczne:

• 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 w terenie:

• 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 nowej generacji serii T

Długoterminowa współpraca w zakresie ciągłego rozwoju komponentów