ARIS技术提升3D扫描精度 助力汽车质量控制

ARIS技术致力于改进3D扫描应用

尽管众多汽车零部件制造商已采用3D扫描，但在质量控制（QC）领域的应用仍受限。主要瓶颈在于：

1. 3D扫描多为人工操作；
2. 现有“所谓”的自动化3D扫描系统生产效率低下；
3. 3D扫描试图成为全能方案，但接触式测量机（CMM）在特定测量任务上仍具不可替代性。

攻克人工3D扫描痛点

购买独立3D扫描仪后，厂商通常还需采购Geomagic或Polyworks等图像处理软件、二轴转台、三脚架等配套设备。操作人员需接受大量培训：

• 扫描仪操作（开关机、参数设置等）
• 针对特定零件的最佳扫描角度、距离把握
• 根据表面特性（如反射率）设定曝光参数
• 多帧扫描数据拼接与处理
• 扫描数据与CAD模型对比的图像处理技术
• 校准、夹具基准建立等其他操作

这意味着每个新项目都面临陡峭的学习曲线：新零件检测需重新学习扫描技巧；旧型号复产时，员工须回顾或重学。尽管现成软件不断改进，但仍无从根本上消除这一门槛。

ARIS协作系统凭借其软件简洁的用户体验（UX），实现了新零件的轻松建立。

ARIS系统的优势所在

许多企业尝试用机器人自动化降低3D扫描劳动强度，但现有方案存在局限：

• 硬件锁定：多数方案由3D扫描仪OEM提供，绑定特定品牌/类型。例如某热门方案采用结构蓝光，对高反光表面表现差（需喷粉），基线长导致窄孔扫描受限，且常需贴标记点，反而增加人工干预。
• 灵活性不足：生产线变更时，可能需更换扫描仪、机器人、软件，意味着全新的系统集成、再培训、重新标定。
• ARIS破局之道：依托专有软件产品——
  • 模块化集成平台：推荐最优市场验证过的传感器与机器人，完成集成实施；
  • 自动化运行软件：让受训较少的工人也能重复执行编程检测；
  • 建立软件：支持新程序快速建立与扫描后分析，适应制造商不断演进的需求。

ARIS系统如何互补CMM

3D扫描秒级采集百万级数据点，分辨率高、周期短；但在透明/半透明、高反光表面或内部细节测量上不如CMM。单个零件的所有关注点可能需同时使用CMM与3D扫描。

CMM厂商虽将扫描仪装于测量臂，但速度慢、效率低；在检测实验室引入工业机器人也不够优化。ARIS通过集成协作机器人与高速多线激光扫描解决此问题：精度略低于面阵扫描（如结构蓝光）的ARIS系统，但极大提升速度与生产力，且在反光表面表现优于其他3D扫描方式。借助外部跟踪机制，机器人运动中实时拼接图像，可高效扫描大型零件且不失精度。协作机器人特性使其可部署于现有人工工序区域，紧邻CMM实现实时互补测量。

精度系统实测案例

利用参考ARIS系统对压铸件生成全检报告，涵盖质量保障所需的各类标注点，并进行Gage R&R研究，测试精度（重复性与再现性）并对比行业公认标准。

该测试旨在验证自动化3D扫描系统能否从实验室走向生产现场，用于首件检验（FAI）和生产中检测，从而大幅降低成本。

3D扫描仪选型往往比机械臂更关键，因公差、表面处理、尺寸差异需不同光学精度/视野设备。高精度大视野设备价格昂贵（±2.5μm级设备轻超10万美元），ARIS集成软件的即插即用多扫描仪能力，在预算内实现所需精度与节拍至关重要。

扫描仪与机器人安装接线后，ARIS自动化软件一键完成相对位置标定；扫描仪日标定（尤其温漂时）也由软件自动完成，人工干预极少。参考系统初始标定人工耗时不足15分钟。

结果显示：即使在生产环境下，小投入即可达到接近CMM的精度。精度略逊于实验室CMM，但优于便携式CMM。鉴于高精度实验室CMM常需混凝土地基、恒温抗震环境，3D扫描对外部环境低敏感性，彰显了自动化机器人3D扫描质检方案的灵活性与效率优势。

ARIS系统可融入汽车制造商现有基础设施，无需替换现有CMM流程，即可通过协作式ARIS系统获得高投资回报率（ROI）。

本文由年鉴编辑Bill Koenig根据ARIS技术提供的资料编辑整理。