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

Как прецизионная обработка с помощью ЧПУ позволила быстрое создание прототипов критической вращающейся сборки для 3D лазерной сканирующей системы RS100-RTK Mobile Mapping Systems

Обзор проекта

О клиенте и продукте

Эта система 3D лазерного сканирования профессионального и промышленного уровня является пионером в области мобильных 3D лазерных сканирующих систем, использующих технологию одновременной локализации и картографирования (SLAM).Система RS100-RTK представляет собой их флагманский продукт, объединяющий SLAM с дифференциальным позиционированием RTK для точности на уровне сантиметров как в среде GNSS, так и на улице.

В данном тематическом исследовании основное внимание уделяется корпусу вращающейся лазерной сканирующей головки, основного компонента, позволяющего:

• 650,000 пунктов/секунда сбора данных
• Диапазон измерений 120 метров
• 360°×285° сверхширокое поле зрения
• Интегрированные возможности коррекции RTK

Для корпуса требовалось точное изготовление, чтобы поддерживать относительную точность 1 см, обеспечивая при этом стабильную работу на мобильных, рюкзачных, БПЛА и транспортных платформах.

Выбор правильного способа изготовления

Для этого критического компонента вращения были оценены несколько подходов к производству:

• Инвестиционное литье: Невозможно достичь требуемой точности для оптических особенностей выравнивания
• Аддитивное изготовление (металл 3D-печать): недостаточное качество поверхности и размерная стабильность
• 5-осевое обращение / фрезерная обработка с помощью ЧПУ: выбран для непревзойденной точности, оптимизации ротационной симметрии и способности поддерживать допуска ± 0,01 мм

Почему идеально подходит 5-осевое CNC-обработка:

• Одноразовая обработка: полная изготовление без перестановки, гарантированная концентричность < 0,005 мм
• Интеграция динамического балансирования: балансирование на машине достигло уровня G0.4 (превышает отраслевой стандарт)
• Тепловое управление: оптимизированное удаление материала обеспечивает идеальные свойства рассеивания тепла
• Совместимость аэрокосмических материалов: 7075-Алюминий обеспечивает прочность при минимизации массы вращения

Ключевые проблемы и решения в производстве сканирующих голов

1Ультраточное вращательное равновесие

Проблема: безвибрационное вращение при 5-20 оборотах в минуту для точного сбора точечных облаков

Решение:

• Интегрированное динамическое балансирование: балансирование на станке во время окончательных операций обработки
• Асимметричная оптимизация массы: стратегическое удаление материала для достижения идеального баланса вращения

2Точность оптического выравнивания

Проблема: сохранение точности пути лазерного излучения/приёма на протяжении всего 360° вращения

Решение:

• Монолитное строительство: конструкция из одной части, исключающая ошибки сборки
• Обработка эталонной поверхности: все оптические монтажные поверхности, обрабатываемые в одной и той же установке.

3. Многоплатформенная совместимость

Проблема: обеспечение постоянной производительности в рюкзаке, БПЛА и установке на транспортном средстве

Решение:

• Единый интерфейс установки: конструкция высокоточного фланца совместима со всеми адаптерами платформы
• Характеристики сдерживания вибраций: оптимизированная структурная геометрия, уменьшающая гармонические вибрации

4. Охрана окружающей среды

Проблема: герметичность, эквивалентная IP67, при сохранении функций вращения

Решение:

• Интегрированные канавы уплотнения: высокоточные механические канавы для трехствольных уплотнений
• Оптимизация поверхности: твердое анодирование, обеспечивающее коррозионную стойкость и поверхность износа

Валидация качества и тестирование

Прототип прошел тщательную проверку, соответствующую требованиям GoSLAM:

Метрологическая проверка:

• Проверка CMM: все критические признаки в пределах ±0,01 мм
• Оптическое выравнивание: отклонение лазерного пути < 0,005° при полном вращении

Динамические испытания производительности:

• Ротационный баланс: достигнутый уровень G0.4 (отраслевой стандарт: G2.5)
• Анализ вибрации: смещение <5μm при рабочем обороте в минуту

Экологические испытания:

• Тепловой цикл (от -30°C до +70°C): без деформации или ухудшения производительности
• Испытание IP67: отсутствие проникновения после 30 минут погружения

Подтверждение поля:

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

Отзывы клиентов и будущие приложения

Прототип превысил технические требования заказчика:

Уменьшение массы вращения на 25% по сравнению с предыдущей конструкцией

Улучшение эффективности рассеивания тепла на 40%

Совершенная интеграция с существующими системами RS100-RTK

Клиент инициировал:

Проектирование производственного инструментария для производства малых партий (50-100 единиц)

Приспособление конструкции для сканеров нового поколения серии T

Долгосрочное партнерство для непрерывной разработки компонентов