Fabricación innovadora para tecnología de vanguardia: un estudio de caso de componentes de sistemas de escaneo láser 3D

Cómo el mecanizado CNC de precisión permitió la creación de prototipos rápidos de un conjunto de rotación crítica para el sistema de escaneo láser 3D RS100-RTK Sistemas de mapeo móvil

Resumen del proyecto

Sobre el cliente y el producto

Este sistema de escaneo láser 3D de nivel profesional e industrial es un pionero en sistemas móviles de escaneo láser 3D, utilizando tecnología de localización y mapeo simultáneos (SLAM).El sistema RS100-RTK representa su producto insignia, que combina el SLAM con el posicionamiento diferencial RTK para una precisión a nivel de centímetros tanto en entornos sin GNSS como al aire libre.

Este estudio de caso se centra en la carcasa de la cabeza de escaneo láser rotacional, el componente central que permite:

• 650,000 puntos/segundo de adquisición de datos
• Rango de medición de 120 metros
• 360°×285° campo de visión muy amplio
• Capacidades integradas de corrección RTK

La carcasa requería una fabricación de precisión para mantener una precisión relativa de 1 cm mientras se garantizaba un funcionamiento estable en plataformas móviles, mochilas, UAV y vehículos.

Elegir el método de fabricación adecuado

Para este componente de rotación crítico, se evaluaron varios enfoques de fabricación:

• En el caso de las máquinas de la categoría M1 y M2, el valor de las emisiones de gases de efecto invernadero es el valor de las emisiones de gases de efecto invernadero, que es el valor de las emisiones de gases de efecto invernadero.
• Fabricación aditiva (impresión 3D de metales): calidad de superficie y estabilidad dimensional insuficientes
• Torsión/molino CNC de 5 ejes: seleccionado por su precisión sin igual, optimización de la simetría de rotación y capacidad para mantener tolerancias de ±0,01 mm

¿Por qué el giro/molido CNC de 5 ejes era ideal?

• Mecanizado de un solo conjunto: fabricación completa sin reposicionamiento, con concentricidad garantizada < 0,005 mm
• Integración del equilibrio dinámico: el equilibrio en la máquina alcanza el nivel G0.4 (superando el estándar de la industria)
• Gestión térmica: eliminación de material optimizada proporcionada propiedades ideales de disipación de calor
• Material aeroespacial Compatibilidad: 7075-Aluminio proporcionó resistencia mientras se minimiza la masa de rotación

Desafíos y soluciones clave en la fabricación de cabezas de escáner

1Balanza de rotación de alta precisión

Desafío: Rotación libre de vibraciones a 5-20 RPM para una recopilación precisa de nubes puntuales

Solución:

• Balanceamiento dinámico integrado: Balanceamiento en la máquina durante las operaciones finales de mecanizado
• Optimización de masa asimétrica: eliminación estratégica de material para lograr un equilibrio de rotación perfecto

2Precisión de alineación óptica

Desafío: Mantener la precisión de la trayectoria de emisión/recepción del láser a lo largo de la rotación de 360°

Solución:

• Construcción monolítica: diseño de una sola pieza que elimina errores de ensamblaje
• Mecanizado de superficies de referencia: todas las superficies de montaje óptico mecanizadas en la misma configuración.

3Compatibilidad multi-plataforma

Desafío: Garantizar un rendimiento constante en mochilas, UAV y montaje de vehículos

Solución:

• Interfaz de montaje unificada: diseño de brida de precisión compatible con todos los adaptadores de plataforma
• Características de amortiguación de vibraciones: Geometría estructural optimizada que reduce las vibraciones armónicas

4Protección del medio ambiente

Desafío: sellado equivalente a IP67 manteniendo la funcionalidad de rotación

Solución:

• Las hojas de sellado integradas: hojas mecanizadas de precisión para sellos de tres lados
• Optimización de la superficie: Anodizado duro que proporciona resistencia a la corrosión y superficie de desgaste

Validación y pruebas de calidad

El prototipo fue sometido a una validación rigurosa que coincide con los requisitos de campo de GoSLAM:

Verificación metrológica:

• Inspección CMM: todas las características críticas dentro de ±0,01 mm
• Alineación óptica: desviación de la trayectoria del láser < 0,005° durante la rotación completa

Pruebas de rendimiento dinámico:

• Balance de rotación: nivel G0.4 alcanzado (norma industrial: G2.5)
• Análisis de vibraciones: desplazamiento < 5 μm a RPM operativas

Pruebas ambientales:

• Ciclo térmico (-30°C a +70°C): sin deformación ni deterioro del rendimiento
• Prueba IP67: No hay penetración después de 30 minutos de inmersión

Validación del campo:

• Integración exitosa con el sistema RS100-RTK
• Se mantiene una precisión relativa de 1 cm en las pruebas operativas

Comentarios de los clientes y futuras aplicaciones

El prototipo excedió los requisitos técnicos del cliente:

Reducción del 25% de la masa de rotación respecto al diseño anterior

Mejora del 40% de la eficiencia de disipación de calor

Integración perfecta con los sistemas RS100-RTK existentes

El cliente ha iniciado:

Diseño de herramientas de producción para la fabricación de lotes pequeños (50-100 unidades)

Adaptación del diseño para los escáneres de la próxima generación de la serie T

Asociación a largo plazo para el desarrollo continuo de componentes