• Urządzenia i maszyny pomiarowe działające bezpośrednio w hali produkcyjnej różnią się znacząco od tych sprzed kilkunastu lat.
• Czas wykonywania pomiarów w przemyśle jest coraz krótszy.
• Rosnąca rola skanerów 3D, tomografów komputerowych czy metrologii w skali mikro i nano.
• Przewidywany jest dalszy dynamiczny rozwój układów optycznych, opartych przede wszystkim na świetle lasera.
• Coraz ważniejsza będzie także rola zaawansowanego oprogramowania służącego do obróbki danych pomiarowych.

Powiązane firmy

Dotykowe i bezdotykowe, uniwersalne i specjalistyczne, manualne i wysoce zautomatyzowane, wykorzystujące wiązkę lasera bądź głowice optyczne – urządzeń i maszyn pomiarowych do zastosowań przemysłowych jest bardzo wiele, zaś wybór konkretnego jest uzależniony od wielu różnych czynników.

Jak zmieniała się metrologia przemysłowa

Witold Siemieniako, prezes zarządu firmy Hexagon Manufacturing Intelligence, zwraca uwagę, że aby lepiej zrozumieć, jak zmieniały się technologie pomiarowe, należałoby zacząć od tego, że procesy pomiarowe mogą być wykonywane w laboratoriach metrologicznych – takie pomiary w starej nomenklaturze nazywane są „pomiarami odległości i kąta” – oraz bezpośrednio w hali produkcyjnej – obok lub w linii. O ile laboratoria mają swoje specyficzne potrzeby i są bardziej konserwatywne w zakresie stosowanych metod, o tyle pomiary w hali produkcyjnej różnią się bardzo od tych stosowanych jeszcze kilkanaście lat temu.

Wraz z nastaniem rewolucji cyfrowej, dla której za przełomowy uznaje się rok 2005, na popularności zyskały dwa kierunki metrologii przemysłowej: popularyzacja systemów optycznych (takich jak kamery CCD oraz głowice laserowe, głównie skanujące) w procesach zbierania punktów pomiarowych oraz zastosowanie robotów antropomorficznych do realizacji pomiarów w liniach produkcyjnych. Chociaż obie te technologie były znane już wcześniej, ich stosowanie ograniczało się wówczas do pojedynczych wdrożeń.

– Początkowo oczekiwano, że połączenie obu wyżej wymienionych technologii pozwoli przyspieszyć pomiary przy jednoczesnej oszczędności miejsca, ale stało się to możliwe dopiero po wspomnianym przełomie w rozwoju technologii IT, który pozwolił na otrzymywanie rezultatów w czasie rzeczywistym – zauważa Witold Siemieniako. – Umożliwiło to szybkie i niezawodne pozyskiwanie dużych ilości danych, którymi w końcu dało się zarządzać, tj. zarówno otrzymywać czytelne rezultaty, jak i powiązać je z całym procesem produkcyjnym przez odpowiednie sprzężenia zwrotne – począwszy od stadium projektowania po niezwykle pomocną statystykę procesu produkcyjnego. 

Urządzenia pomiarowe coraz szybsze i z większą liczbą pomiarów

Według Tomasza Danyluka, dyrektora ds. wdrożeń i rozwoju w firmie Lenso, w ostatnich latach zauważalne jest przede wszystkim skrócenie czasu wykonywania pomiarów i przeliczania programów pomiarowych. Dzięki zastosowaniu optycznych przyrządów pomiarowych zwiększyła się ilość danych pomiarowych, dzięki czemu użytkownik uzyskuje więcej informacji o mierzonej części, a co za tym idzie – o swoim procesie technologicznym. Mechaniczne systemy pomiarowe pozyskują dane w sposób punktowy lub liniowy, zaś optyczne systemy pomiarowe mierzą odchyłki między rzeczywistymi współrzędnymi 3D a danymi CAD na całej powierzchni. Dane te, oprócz reprezentacji odchyłek powierzchni w stosunku do danych CAD, zawierają kompletne informacje o przedmiocie. Na ich podstawie oprogramowanie automatycznie określa inne szczegółowe dane, takie jak kształt/położenie (GD&T) czy położenie otworów.

Jako że systemy optyczne gwarantują precyzyjne pomiary całej powierzchni badanych elementów, zyskują coraz więcej zwolenników, takich jak choćby Gedia czy BMW. – Przejście z dotykowej na optyczną technologię pomiarową wynika z faktu, że pozwala ona uzyskać zrozumiałe wyniki. Widoczny jest również trend stosowania w firmach automatycznych systemów pomiarowych, które przyspieszają pracę oraz gwarantują większą powtarzalność pomiarów – podkreśla Tomasz Danyluk. 

Metrologia przemysłowa z nowoczesnymi rozwiązaniami

Najbardziej dynamiczny, a według Kazimierza Pollaka – dyrektora generalnego w firmie ITA, nawet rewolucyjny rozwój metrologii przemysłowej miał miejsce na przestrzeni ostatnich dziesięciu lat. Nowości z dziedziny elektroniki, a zwłaszcza wszelkiego rodzaju detektory i sensory, oraz wzrost mocy obliczeniowych układów procesorowych dają możliwość zagospodarowania do tej pory dziewiczych obszarów. Za tym wszystkim idzie również gwałtowny rozwój oprogramowania metrologicznego oraz opracowywanie nowych algorytmów obliczeniowych.

– Dobrym tego przykładem jest rozwój skanerów 3D, które jeszcze na początku tego wieku były raczej ciekawostką techniczną lub ewentualnie wsparciem dla inżynierii odwrotnej. Obecnie są to uznane na całym świecie, szeroko rozpowszechnione systemy metrologiczne, które znajdują zastosowanie w każdej gałęzi przemysłu. Dziś urządzenia te coraz śmielej wychodzą z laboratoriów do hali produkcyjnej i instalowane są w liniach wytwórczych – dodaje Kazimierz Pollak. Przy okazji wskazuje też na kolejny ważny trend ostatnich lat: coraz częściej metrologia wykorzystywana jest bezpośrednio w produkcji – i to zazwyczaj przy użyciu układów zautomatyzowanych z minimalnym udziałem człowieka.

Kolejnym przykładem tego trendu jest tomografia rentgenowska (CT), która w ostatnich kilku latach przeniknęła z ośrodków badawczych do firm produkcyjnych. Okazuje się, że urządzenia CT potrafią odpowiedzieć na pytania, na które do tej pory nie było odpowiedzi, a jedyną alternatywą dla nich są metody niszczące – zazwyczaj i tak mało skuteczne.

Dyrektor generalny ITA zwraca też uwagę, że ostatnie lata przyniosły także szybki rozwój metrologii w skali mikro i nano: – Znalazło to wyraz we wzroście roli urządzeń opartych na takich metodach optycznych jak interferometria, mikroskopia konfokalna, a zwłaszcza różnicowanie ogniskowe. Rosnąca potrzeba ich stosowania jest oczywistą konsekwencją światowego wyścigu technologicznego we wszystkich obszarach gospodarki.

Kierunki dalszych zmian: Przemysł 4.0

Tempo rozwoju czwartej rewolucji przemysłowej będzie w dużym stopniu zależne od zaawansowanych technologii z obszaru metrologii przemysłowej: dostarczane przez nie wyniki pomiarów będą bowiem coraz częściej stanowiły podstawę do podejmowania decyzji związanych z funkcjonowaniem systemów i ich elementów. Kazimiesz Pollak zwraca uwagę na kilka najistotniejszych elementów związanych z rolą pomiarów w rozwoju koncepcji Przemysłu 4.0. Na pewno wielce pożądane staną się szybkie i dokładne systemy pomiarów bezkontaktowych. Stąd przewidywany jest dalszy, gwałtowny rozwój układów optycznych, w tym przede wszystkim opartych na świetle lasera.

Przewiduje się także gwałtowny rozwój szeroko pojętych układów sensorycznych – ze szczególnym uwzględnieniem systemów multisensorycznych, dzięki którym podczas jednego pomiaru można zebrać wiele cech pomiarowych z różnych sensorów, nierzadko wykorzystujących różnorodne metody pomiarowe. W efekcie decyzje co do parametrów produkcji będą podejmowane przez inteligentne układy procesorowe na podstawie macierzy, a nie pojedynczych danych.

– Oczywistym wydaje się również dużo większa obecność metrologii bezpośrednio w procesach produkcyjnych oraz budowanie kompletnych układów umożliwiających automatyczne sterowanie parametrami produkcji na podstawie wyników pomiarów wykonywanych w trybie online – mówi Kazimierz Pollak. – Naturalną tego konsekwencją będzie zapewne wyścig producentów o to, aby ich sprzęt pomiarowy był coraz szybszy, odporny na trudne warunki przemysłowe oraz coraz dokładniejszy.

Niezbędne zaawansowane oprogramowanie urządzeń pomiarowych

Zdaniem Witolda Siemieniako coraz większą rolę w kolejnych latach odgrywać będzie odpowiednie oprogramowanie służące do obróbki danych pomiarowych (szybka praca z chmurami punktów i ich statystyczna obróbka), jak również połączenie całego procesu produkcji w jeden ciąg obejmujący wszystkie etapy wytwórcze – od projektowania (tzw. production software), przez wirtualne testowanie wyrobu (design & engineering software), po oprogramowanie pomiarowe bezpośrednio zintegrowane z urządzeniem pomiarowym. Zaś same systemy pomiarowe będą rozwijane tak, aby oferować nieograniczone możliwości przesyłania danych.

Tomasz Danyluk zwraca uwagę na dwa kierunki rozwoju oprogramowania pomiarowego: po pierwsze, z uwagi na różnorodność mierzonych komponentów decydujący aspekt produkcji stanowić będzie opracowywanie i wdrażanie programów pomiarowych i kontrolnych. A to wymaga, aby ścieżki robotów i pozycje czujników były wyliczane automatycznie i niezależnie od użytkownika.

– Funkcje zintegrowanego oprogramowania GOM, takie jak wirtualna sala pomiarowa (VMR) czy autonauczanie, stanowią doskonałe rozwiązanie w tym zakresie. Rozwój oprogramowania koncentruje się obecnie na automatyzacji procesów oraz uproszczeniu jego obsługi – tłumaczy dyrektor wdrożeń i rozwoju w firmie Lenso. – Dzięki VMR użytkownik może korzystać z systemu bez konieczności posiadania umiejętności z zakresu programowania robotów. Wszystkie ruchy robota są symulowane i sprawdzane pod kątem bezpieczeństwa przed ich realizacją w rzeczywistym środowisku.

Drugim istotnym kierunkiem rozwoju metrologii przemysłowej jest dokonywanie pomiarów tuż przy linii technologicznej. Coraz więcej klientów interesuje się systemami atline/inline, które z założenia pozwalają na pomiary w sposób ciągły i dostarczają szybką informację zwrotną o wytworzonym produkcie.

Urządzenia pomiarowe ważne bez względu na branże przemysłowe

Obecnie nie ma praktycznie gałęzi przemysłowej, która nie korzystałaby z pomiarów, choć oczywiście potrzeby w tym zakresie są bardzo zróżnicowane. Kazimierz Pollak wymienia dwie branże, z którymi firma ITA współpracuje najczęściej. Pierwszą z nich jest sektor motoryzacyjny, w tym zwłaszcza producenci podzespołów. Ze względu na masowy charakter produkcji, zautomatyzowany montaż poszczególnych komponentów oraz bardzo wysokie wymagania dokładnościowe takich układów, jak np. jednostki napędowe, trudno dziś wyobrazić sobie wydajną produkcję pojazdów bez szerokiego stosowania metrologii: – Chciałbym zwrócić uwagę na to, że przyszłość pomiarów w tej branży należeć będzie do układów automatycznych, w tym przede wszystkim robotów, oraz pomiarów bezpośrednio w liniach produkcyjnych.

Odmiennie sytuacja przedstawia się w sektorze lotniczym, który ze swojej natury jest branżą raczej konserwatywną. Ze względów bezpieczeństwa wszelkie zmiany wymagają tu długiego wdrożenia oraz skomplikowanego procesu certyfikacji. Ale i ta branża nie pozostaje obojętna na najnowsze zdobycze techniki. – Obserwujemy ostatnio coraz większe zainteresowanie szeroko pojętymi pomiarami optycznymi i trend ten wydaje się nabierać dużego rozpędu – zauważa Kazimierz Pollak. – Producenci coraz wyżej cenią sobie takie zalety optycznych technik pomiarowych jak szybkość, bezkontaktowy charakter oraz dokładność.

Również firma Lenso potwierdza, że przemysł motoryzacyjny i lotniczy należą do tych branż, w których najczęściej wdraża nowoczesne, precyzyjne systemy pomiarowe firmy GOM. Wynika to z faktu, że w tych sektorach liczy się precyzja oraz szybka informacja zwrotna o przebiegu procesu technologicznego. – Cykl życia produktu, zwłaszcza w motoryzacji, znacznie się skrócił. Co roku pojawiają się nowe modele samochodów, a co za tym idzie – wprowadzenie nowego produktu na rynek musi odbywać się bardzo szybko i sprawnie – tłumaczy Tomasz Danyluk.

Bardzo dobrym przykładem z polskiego rynku jest fabryka Volkswagena we Wrześni, gdzie produkowane są samochody dostawcze Crafter. Systemy GOM stosuje się tu m.in. do precyzyjnej kontroli modułów montażowych, powłok nadwozia, a także powleczonych nadwozi. Wyniki pomiarów są wykorzystywane do pełnej inspekcji geometrii 3D, łącznie z liniami granicznymi i układem otworów, w drodze porównania wymiarów nominalnych i faktycznych.

– Oprócz tych dwóch gałęzi przemysłu widzę coraz większe zainteresowanie nowoczesnymi technikami pomiarowymi w branży medycznej oraz produkcji AGD – dodaje Tomasz Danyluk.

Z kolei Witold Siemieniako wśród potencjalnych odbiorców nowoczesnych systemów kontrolnych poza przemysłem samochodowym i lotnictwem wymienia także m.in. transport kolejowy, wytwarzanie energii i produkcję obrabiarek. W branżach tych urządzenia pomiarowe są głównie stosowane w procesach kontroli obróbki mechanicznej. Sektorem ciągle zwiększającym swoje zapotrzebowanie na urządzenia pomiarowe jest także produkcja urządzeń medycznych, gdzie bardzo często stosuje się bezstykowe metody pomiaru, oraz firmy produkujące urządzenia telekomunikacyjne, które coraz częściej korzystają ze zrobotyzowanych systemów optycznych.