Инновационное производство для передовых технологий: тематическое исследование компонента системы 3D-лазерного сканирования

Как прецизионная CNC обработка обеспечила быстрое прототипирование критически важной вращающейся сборки для системы 3D лазерного сканирования RS100-RTK Mobile Mapping Systems

Обзор проекта

О клиенте и продукте

Эта профессиональная и промышленная система 3D лазерного сканирования является пионером в системах мобильного 3D лазерного сканирования, использующей технологию одновременной локализации и картографирования (SLAM). Система RS100-RTK представляет собой их флагманский продукт, сочетающий SLAM с дифференциальным позиционированием RTK для точности на уровне см как в условиях отсутствия GNSS, так и на открытом воздухе.

Данное тематическое исследование посвящено корпусу вращающейся лазерной сканирующей головки — основному компоненту, обеспечивающему:

• Сбор данных со скоростью 650 000 точек/секунду
• Диапазон измерений 120 метров
• Сверхширокое поле зрения 360°×285°
• Интегрированные возможности коррекции RTK

Корпус требовал прецизионного производства для поддержания относительной точности 1 см, обеспечивая при этом стабильную работу на мобильных, рюкзачных, БПЛА и транспортных платформах.

Выбор правильного метода производства

Для этого критически важного вращающегося компонента было оценено несколько производственных подходов:

• Литье по выплавляемым моделям: Невозможно достичь требуемой точности для оптических выравнивающих элементов
• Аддитивное производство (3D-печать металлом): Недостаточное качество поверхности и стабильность размеров
• 5-осевая CNC токарная/фрезерная обработка: Выбрана для непревзойденной точности, оптимизации вращательной симметрии и способности поддерживать допуски ±0,01 мм

Почему 5-осевая CNC токарная/фрезерная обработка была идеальным решением:

• Обработка за одну установку: Полное изготовление без переустановки обеспечило концентричность<0,005 мм
• Интеграция динамической балансировки: Балансировка на станке достигла уровня G0.4 (превышающего отраслевой стандарт)
• Терморегулирование: Оптимизированное удаление материала обеспечило идеальные свойства рассеивания тепла
• Совместимость с авиационными материалами: Алюминий 7075 обеспечил прочность при минимизации вращающейся массы

Основные проблемы и решения при производстве сканирующей головки

1. Ультра-прецизионный вращательный баланс

Задача: Вращение без вибраций со скоростью 5-20 об/мин для точного сбора облака точек

Решение:

• Интегрированная динамическая балансировка: Балансировка на станке во время заключительных операций обработки
• Оптимизация асимметричной массы: Стратегическое удаление материала для достижения идеального вращательного баланса

2. Точность оптического выравнивания

Задача: Поддержание точности пути излучения/приема лазера во время вращения на 360°

Решение:

• Монолитная конструкция: Цельная конструкция, исключающая ошибки сборки
• Обработка опорной поверхности: Все поверхности для крепления оптики обработаны в одной установке

3. Совместимость с несколькими платформами

Задача: Обеспечение стабильной работы на рюкзачных, БПЛА и транспортных платформах

Решение:

• Унифицированный интерфейс крепления: Прецизионная конструкция фланца, совместимая со всеми адаптерами платформ
• Элементы виброгашения: Оптимизированная структурная геометрия, уменьшающая гармонические вибрации

4. Защита окружающей среды

Задача: Герметизация, эквивалентная IP67, при сохранении вращательной функциональности

Решение:

• Интегрированные канавки для уплотнений: Прецизионно обработанные канавки для тройных уплотнений
• Оптимизация поверхности: Твердое анодирование, обеспечивающее коррозионную стойкость и износостойкость поверхности

Контроль качества и тестирование

Прототип прошел строгую проверку, соответствующую требованиям GoSLAM:

Метрологическая проверка:

• Контроль КИМ: Все критические элементы в пределах ±0,01 мм
• Оптическое выравнивание: Отклонение лазерного луча <0,005° при полном вращении

Тестирование динамических характеристик:

• Вращательный баланс: Достигнут уровень G0.4 (отраслевой стандарт: G2.5)
• Анализ вибрации: Смещение <5μм при рабочих оборотах

Экологическое тестирование:

• Термоциклирование (-30°C to +70°C): Отсутствие деформации или ухудшения характеристик
• Тестирование IP67: Отсутствие проникновения после 30-минутного погружения

Полевая проверка:

• Успешная интеграция с системой RS100-RTK
• Поддержание относительной точности 1 см при эксплуатационных испытаниях

Отзывы клиентов и будущие применения

Прототип превзошел технические требования клиента:

Снижение вращающейся массы на 25% по сравнению с предыдущей конструкцией

Улучшение эффективности рассеивания тепла на 40%

Идеальная интеграция с существующими системами RS100-RTK

Клиент инициировал:

Разработку оснастки для мелкосерийного производства (50-100 единиц)

Адаптацию конструкции для сканеров T-серии следующего поколения

Долгосрочное партнерство для постоянной разработки компонентов