Il Nikon MCT225 e Tamron

Il Nikon MCT225 è un apparecchio prodotto e sviluppato da Nikon Metrology.

Nikon Metrology è una sussidiaria di Nikon con sede in Europa che si occupa dello sviluppo di attrezzature di misura per l'industria.
Macchine a raggi X, sistemi laser, scanner 3D, microscopi e sistemi di misura in generale.
In particolare è molto avanti nell'introspezione interna, ovvero l'analisi strutturale dei materiali.

Con sistemi a raggi X è possibile verificale la qualità interna di una stampa in materiale plastico e metallico, valutare la tenuta nel tempo di una giunzione o di una saldatura.
Con sistemi laser è possibile misurare con precisione strutture anche di grandi dimensioni.
Con gli scanner è possibile elaborare modelli tridimensionali per studiare materiali o riprodurre minuziosamente manufatti già esistenti.

Tornando al MCT225, si tratta di un apparecchio complesso - del peso di oltre 4 tonnellate, in grado di contenere manufatti di oltre 2 metri di dimensione massima operante con una sorgente a raggi X da 225 Watt/225 kVolt.

Usato internamente, ha in pratica rivoluzionato la produzione dei materiali plastici. Quelli che vengono per esempio utilizzati negli obiettivi Nikkor.

La tecnologia di tomografia computerizzata a raggi X (CT) fornita da Nikon ha consentito al produttore di componenti ottici Tochigi Nikon di ottenere una soluzione rivoluzionaria che ha trasformato il mondo dello stampaggio a iniezione di precisione della plastica.

Tochigi Nikon, con sede in Giappone, ha dovuto affrontare un problema a livello di settore: produrre componenti cilindrici in plastica come gli obiettivi delle fotocamere era un'operazione scrupolosa poiché questi prodotti richiedono cerchi estremamente accurati nella loro produzione, il più vicino possibile alla perfezione. Modificare la forma dello stampo per ottenere questo risultato è stato un lavoro intenso e dispendioso in termini di tempo, che spesso richiedeva tecnici qualificati e molteplici cicli di correzione.

Oggi, Tochigi Nikon ha ottimizzato il processo di correzione dello stampo utilizzando la tecnologia CT di Nikon, con conseguenti notevoli risparmi sui costi e guadagni di efficienza in un lasso di tempo notevolmente breve; Gli ingegneri Tochigi Nikon si sono adattati al nuovo paradigma in soli tre mesi.

Tochigi Nikon, fondata nel 1961 come consociata interamente controllata da Nikon, produce componenti e moduli ottici all'interno del gruppo Nikon globale. Con una tecnologia di produzione avanzata nella lavorazione di lenti di precisione, Tochigi Nikon ha sviluppato un'ampia gamma di lenti ottiche utilizzate nelle industrie di tutto il mondo.

Il Nikon MCT225 e i Nikkor Z prodotti a Tochigi (made in Japan)

All'interno di Tochigi Nikon, il primo dipartimento di ingegneria di produzione si concentra sugli obiettivi per fotocamere mirrorless, mentre il settore di ingegneria è responsabile della produzione in serie di parti stampate a iniezione di resina, comprese quelle utilizzate negli obiettivi per fotocamere mirrorless.

tre obiettivi Nikkor Z progettati e prodotti in Giappone

Le parti stampate a iniezione di resina della lente richiedono un cerchio che deve essere mantenuto quanto più perfettamente rotondo possibile. Tuttavia, le limitazioni del settore fanno sì che queste parti si formino in uno stato che non è un cerchio perfetto e richiede ulteriore attenzione.

Per risolvere questo problema, la forma dello stampo viene modificata per correggere la componente plastica non circolare, avvicinandola ad una forma circolare perfetta. Questo processo di “correzione dello stampo” viene in genere ripetuto due o tre volte, migliorando gradualmente la precisione con il tempo e lo sforzo.

Miglioramento della correzione della forma con l'imaging CT di Nikon

Ma quella non era l’unica sfida. Negli ultimi anni, le parti stampate a iniezione di resina sono diventate più complesse nella forma a causa delle dimensioni ridotte, della riduzione del peso e della funzionalità migliorata.

Anche misurare queste parti con macchine CMM convenzionali e macchine di misura di immagini non è semplice, poiché il programma di misurazione e la creazione di istruzioni per la modifica dello stampo aumentano l’intero carico di lavoro, rendendo il processo ancora più dispendioso in termini di tempo e denaro.

Tochigi Nikon, alla ricerca di una soluzione a queste sfide, ha conosciuto il modello MCT225 di Nikon e ha subito capito come avrebbe potuto contribuire a semplificare il processo di correzione degli stampi per risparmiare sui costi e aumentare l'efficienza.

"Uno dei motivi per cui abbiamo scelto le tomografie computerizzate a raggi X industriali di Nikon è che Nikon detiene la quota maggiore nella classe delle sorgenti di raggi X microfocus, che è il mercato più grande al mondo", spiega Shota Miyamoto, ingegnere Nikon di Tochigi.

La tomografia computerizzata di misurazione (MCT) di Nikon è una sorgente di raggi X microfocus ad alta potenza sviluppata e prodotta da Nikon, che offre un'elevata qualità dell'immagine e una lunga durata operativa. Sfruttando appieno questo aspetto, l'MCT225 di Nikon offre funzionalità di misurazione altamente accurate, con una precisione di 9+L/50μm quando si misura un singolo campione di materiale grossolano.

Uno dei suoi principali vantaggi è la capacità di misurare in modo efficiente sia le dimensioni interne che quelle esterne dei prodotti senza alcun contatto fisico o restrizione, spiega Miyamoto. Questo approccio di misurazione senza contatto è conforme allo standard VDI/VDE2630 stabilito dall'Associazione tedesca dei tecnici, garantendo misurazioni dimensionali affidabili e precise.

Automatizzazione della misurazione degli stampi con MCT225 di Nikon

Lo scopo della compensazione dello stampo è modificare le dimensioni delle parti prodotte dallo stampo per adattarle alle dimensioni previste. In passato, dopo la creazione dei prodotti di prova, il flusso di correzione dello stampo prevedeva misurazioni manuali utilizzando micrometri digitali, calibri e altri strumenti, oltre ai risultati di misurazione automatica provenienti da macchine CMM e di misurazione delle immagini.

Lo stampo è stato poi corretto e, ripetendo i cicli di misurazione e correzione utensile, è stata progressivamente aumentata la precisione dei pezzi.

l'installazione del MCT225 nella fabbrica Nikon di Tochigi

"Con l'utilizzo di MCT225, quando si crea un programma di misurazione per pezzi stampati, è possibile creare un programma di misurazione solo con dati CAD", spiega Miyamoto. “Oltre al fatto che non è necessario preparare i campioni fisici, ritengo che una soluzione importante sia anche il fatto che non sono necessarie maschere precise per posizionare le parti.

"Inoltre, non è più necessario creare un programma di misurazione utilizzando molteplici posture della sonda che richiedono abilità, o rielaborare il programma controllando lo stato della misurazione, e il carico di lavoro è stato notevolmente ridotto."

Semplificazione dei flussi di lavoro di compensazione dello stampo

I dati acquisiti dall'MCT225 vengono automaticamente convertiti in formato STL tramite l'elaborazione batch. I dati STL e i programmi di misura sono memorizzati su un server. Agli operatori viene quindi semplicemente richiesto di leggere le condizioni di registrazione e posizionare le parti, riducendo il tempo necessario per la scansione TAC a raggi X a soli cinque minuti.

"Ora possiamo leggere i dati STL e i programmi di misurazione dal server ed eseguire misurazioni alla nostra scrivania, il che ha ridotto significativamente il carico di lavoro e il tempo degli operatori rispetto al sistema precedente", afferma Miyamoto. "Tochigi Nikon ha sviluppato una macro interna specializzata nella misurazione cilindrica, che ha ridotto il tempo di creazione del programma pezzo di misurazione e il tempo di modifica del programma fino al 50% rispetto al metodo precedente."

L'implementazione dell'MCT225 di Nikon al posto delle CMM convenzionali e dei metodi di misurazione manuale ha migliorato l'efficienza complessiva del processo di modifica dello stampo.

I dati STL ottenuti con MCT225 possono essere utilizzati con il software di misurazione 3D Polyworks Inspector per determinare la quantità di compensazione dello stampo dai dati 3D visualizzati da una mappa di colori, semplificando notevolmente l'analisi post-misurazione. Miyamoto afferma che il suo team di ingegneri è riuscito a eseguire lavori di misurazione in soli tre mesi grazie all'MCT225.

“Inoltre, semplificando la creazione di programmi di misurazione e la preparazione delle istruzioni per la correzione dello stampo, abbiamo ridotto il tempo necessario per completare la correzione dello stampo fino a otto settimane, il che rappresenta una riduzione del 30%”.

L'MCT225 di Nikon apporta innovazione al processo di misurazione

L'MCT225 consente la misurazione di dati 3D di qualsiasi forma, anche in spazi ristretti, senza elementi mancanti. Ciò è molto utile quando si misurano parti stampate a iniezione di resina. Ad esempio, se una parte planare, fondamentale in termini di funzionalità dell'obiettivo, non è centrata, diventa difficile misurare con una CMM.

"MCT225 converte l'intera immagine in uno spazio 3D e non ci sono restrizioni di forma per la misurazione, la libertà di misurazione è elevata e i dati mancanti sono pari a zero", afferma Miyamoto. “È possibile sparare senza contatto o restrizioni, senza la necessità di uno strumento jig dedicato, e il tiro in sé non richiede competenze specialistiche. Funziona con Microsoft Excel e con le misurazioni tradizionali. Ritengo che l’MCT225 abbia apportato un’innovazione significativa al processo di misurazione.”

Nei risultati dell’anno fiscale 2020, Tochigi Nikon ha ottenuto una riduzione dei costi pari a circa l’80%, derivante da numerosi vantaggi, tra cui tempi di creazione del programma di misurazione più brevi, periodi di correzione più brevi, dipendenti multiqualificati e costi di subappalto ridotti.

"In futuro vorremmo lavorare sull'elaborazione di superfici a forma libera con correzione della geometria da parte di Volume Graphics", afferma Miyamoto. “Grazie al reverse engineering della misurazione CT, della correzione della geometria e della lavorazione dello stampo, possiamo aumentare la precisione delle parti lavorando superfici a forma libera e migliorare l’efficienza attraverso l’uso efficace del 3D”.

Il futuro della produzione di stampi a iniezione di plastica è destinato a subire una trasformazione significativa, guidata dal passaggio dalle CMM convenzionali e dalle macchine di misurazione delle immagini verso una tecnologia CT a raggi X più avanzata e misurabile. Poiché produttori come Tochigi Nikon abbracciano questo approccio trasformativo, sono ben posizionati per sbloccare notevoli guadagni di produttività, rafforzando il loro vantaggio competitivo in un mercato globale sempre più esigente.

Il Nikon MCT225 e Tamron

Nikon Imaging è cliente Tamron dalla quale compra semilavorati.
Ma Tamron è cliente di Nikon Metrology da oltre 10 anni.

La tecnologia di tomografia computerizzata a raggi X (CT) di Nikon ha consentito al famoso marchio di obiettivi per fotocamere digitali Tamron di acquisire informazioni senza precedenti sulle complessità dei suoi componenti leader del settore.

Tamron, con sede in Giappone, ha dovuto affrontare sfide nell'analisi accurata della deformazione dei componenti delle lenti stampate in plastica. Il sistema MCT225 di Nikon ha risolto questo problema consentendo all'azienda di creare modelli 3D da scansioni CT, che possono essere confrontati direttamente con modelli CAD e risultati di analisi utilizzando il software VGSTUDIO MAX.

Ciò ha comportato una serie di vantaggi, ha eliminato la necessità di allineare più punti di misurazione e ha consentito l'osservazione dell'orientamento delle fibre nella plastica rinforzata con fibre di Tamron, uno sviluppo cruciale che ha migliorato la precisione dell'analisi.

Immagine CT di un obiettivo intercambiabile prodotto da Tamron. Anche dopo il completamento è possibile valutare gli interni senza contatto.

Con sede a Saitama City, Tamron ha costantemente perseguito la tecnologia ottica avanzata, combinando creatività e forza tecnica per sviluppare e fornire prodotti di alta qualità apprezzati dagli utenti di tutto il mondo.

Tamron ha una storia di oltre settant'anni. È stata fondata nel 1950 con il nome Taisei Optical Equipment Manufacturing e inizialmente forniva tecnologia per la lucidatura di lenti per fotocamere e binocoli.

Man mano che la loro esperienza cresceva, Tamron si avventurò nella produzione di obiettivi intercambiabili per fotocamere reflex. Nel 1958 registrarono il loro marchio e nel 1970 la società cambiò ufficialmente il nome in Tamron.

MCT225 di Nikon presso la sede Tamron. Attualmente sono in funzione due unità.

Nel corso degli anni, Tamron si è evoluta in un produttore completo di apparecchiature ottiche, gestendo una struttura aziendale integrata a livello globale che comprende ricerca e sviluppo, pianificazione, progettazione, produzione, vendita e supporto. La loro gamma di prodotti si è ampliata per includere obiettivi intercambiabili di marca per fotocamere reflex digitali destinate ai consumatori generali, prodotti OEM e componenti ottici che servono vari campi industriali.

MCT225 fornisce approfondimenti sulla qualità del prodotto finito

Nell'aprile 2014, Tamron ha adottato il sistema metrologico TC a raggi X MCT225 di Nikon, insieme a due computer ricondizionati. Questa configurazione iniziale ha consentito a Tamron di acquisire immagini e valutare la qualità delle parti stampate in plastica e dei componenti meccanici critici delle proprie unità ottiche. Tamron ha potuto valutare la qualità del prodotto finito confrontando le specifiche di progettazione con le misurazioni effettive ottenute tramite l'imaging CT utilizzando il software VGSTUDIO MAX.

 Gli utenti possono confrontare il modello di scansione TC con il modello CAD. La distorsione della forma può essere chiaramente identificata dal colore.

L'MCT225 di Nikon consente inoltre di controllare l'interno del prodotto per individuare eventuali vuoti precedentemente non rilevati.

Nel corso del tempo, il sistema MCT225 si è rivelato prezioso, portando Tamron ad espandere le proprie capacità nell'ottobre 2023 aggiungendo una seconda unità MCT225 e un ulteriore computer ricondizionato.

Quando si mette a fuoco e si zooma con un obiettivo intercambiabile, gli elementi dell'obiettivo si muovono avanti e indietro mentre gli anelli di messa a fuoco e zoom ruotano. Un meccanismo a “camma scanalata” converte questo movimento rotatorio in movimento lineare. Combinando dati di scansione e modelli CAD, è possibile valutare in modo completo anche meccanismi complessi di scanalature a camma.

Le informazioni ottenute da queste valutazioni sono state poi reinserite nei risultati dell'analisi del flusso, consentendo a Tamron di migliorare continuamente la precisione dei propri processi di analisi. Oltre a valutare la qualità del prodotto finito, i sistemi MCT225 hanno anche facilitato la valutazione della variabilità nei prodotti stampati, rilevando vuoti e crepe, osservando l'orientamento delle fibre nella plastica rinforzata, indagando sui difetti negli stati di assemblaggio, analizzando i prodotti della concorrenza ed esaminando i difetti nei substrati elettronici.

Eseguendo la scansione del meccanismo della scanalatura della camma e convertendolo in dati, gli utenti possono verificarlo utilizzando un'immagine bidimensionale, che facilita anche il rilevamento dei vuoti.

"Troviamo sia il sistema che il software dell'MCT225 molto facili da usare", afferma il portavoce di Tamron. “La risposta agli aiuti con la manutenzione regolare o la risoluzione dei problemi è sempre stata rapida. Mi sento inoltre rassicurato dalla possibilità di noleggiare la sala misurazioni di Nikon quando il sistema non può essere utilizzato per un determinato periodo di tempo, ad esempio durante la manutenzione o in caso di un problema urgente."

Un motore passo-passo ruota in passi angolari fissi, come le lancette di un orologio, azionato da segnali elettrici. Il passo preciso della vite è fondamentale e ora è più facile da valutare. Gli utenti possono anche ispezionare gli elementi magnetici per individuare eventuali crepe.

Segnando il traguardo di un decennio con MCT225

Intorno al 2021, la divisione di produzione di Tamron ha iniziato a utilizzare PolyWorks, un software di misurazione 3D, per misurare i prodotti stampati. L'anno successivo, nel 2022, hanno ampliato ulteriormente le proprie capacità sfruttando la funzione di correzione della geometria di VGSTUDIO MAX per correggere gli stampi.

Questi strumenti e software all'avanguardia hanno trovato ampia applicazione in più divisioni dell'azienda. La Divisione Ricerca e Sviluppo, la Divisione Progettazione Prodotto, la Divisione Produzione Stampi e la Divisione Controllo Qualità hanno tutte incorporato queste tecnologie nei loro flussi di lavoro, a testimonianza dell'impegno di Tamron nello sviluppo tecnologico.

È passato un decennio da quando Tamron ha acquisito il suo primo sistema MCT225, una pietra miliare che ha segnato l'inizio di un percorso di trasformazione. Questo sistema ha svolto un ruolo fondamentale nel supportare lo sviluppo tecnologico dell'azienda: Tamron li ha persino incorporati nei tour dei visitatori per dimostrare il suo approccio innovativo alla produzione e al controllo qualità.

Il modo in cui le fibre fluiscono nello stampo è un punto importante nel processo di stampaggio. Convertendo i dati della scansione TC in dati, è possibile analizzare anche il delicato orientamento delle fibre.

"Prima di adottare l'MCT225, stavamo cercando un modo per valutare tridimensionalmente la deformazione delle parti stampate in plastica, che sono componenti meccanici delle unità lenti, in modo simile all'analisi del flusso", spiega il portavoce di Tamron. “Per ridurre il numero di correzioni sugli stampi, era necessario migliorare la precisione predittiva dell’analisi del flusso, ma i risultati delle misurazioni puntuali con dispositivi di misurazione a contatto e dell’analisi tridimensionale non erano molto compatibili”.

Per valutare con precisione la deformazione delle parti stampate in plastica, Tamron ha creato modelli 3D tramite scansioni CT. Hanno confrontato questi modelli 3D con i risultati dell'analisi CAD e 3D utilizzando il software VGSTUDIO MAX. Questo approccio ha eliminato la necessità di misurare più punti e di allinearli con i dispositivi di misurazione del contatto. Invece, il confronto diretto tra l’elemento reale e l’analisi a livello di modello ha aumentato notevolmente l’efficienza della verifica. Inoltre, poiché Tamron utilizza plastica rinforzata con riempitivi, l'osservazione dell'orientamento delle fibre tramite scansioni TC ha migliorato la precisione dell'analisi.

Tamron ha inoltre adottato tecniche per ridurre gli artefatti, un tipo di rumore dell'immagine, utilizzando filtri metallici durante l'imaging.

Le tecnologie Nikon si rivelano popolari in tutta Tamron

"Inizialmente, a scopo di valutazione, utilizzavamo principalmente l'attrezzatura per l'imaging di gruppi ottici e prodotti stampati utilizzata nella divisione Sviluppo, ma presto abbiamo iniziato a ricevere richieste da altre divisioni e l'utilizzo all'interno dell'azienda è aumentato rapidamente", afferma il portavoce di Tamron.

Nel 2017, Tamron ha aggiunto un'altra licenza per VGSTUDIO MAX; nel 2019, l'azienda ha introdotto un'unità PolyWorks per la scansione elicoidale e l'utilizzo nella divisione di produzione.

“Nel 2021, Nikon e Volume Graphics hanno fornito congiuntamente supporto di consulenza per un progetto di riduzione delle ore di lavoro di misurazione nella divisione di produzione utilizzando la funzione macro MCT225 e la correzione della geometria di VGSTUDIO MAX, e per l'implementazione CAE utilizzando dati di imaging di assemblaggio, ottenendo determinati risultati in ciascun caso ”, spiega il portavoce di Tamron. "Questo è stato un fattore decisivo per l'introduzione della seconda unità."

La proposta di Nikon ha consentito a Tamron di superare le sfide nella valutazione dei prodotti stampati per migliorare la precisione dell'analisi del flusso.

I workshop MCT225 di Nikon hanno formato oltre 100 dipendenti Tamron

Il sistema MCT225 è ora ampiamente utilizzato dalle divisioni Tamron per la valutazione dell'assemblaggio e il rilevamento di difetti nei componenti stampati. Da giugno 2017, i laboratori MCT225 hanno formato oltre 100 dipendenti di tutte le divisioni per padroneggiarne il funzionamento.

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Nikon con le sue divisioni e sussidiarie, sviluppa e produce attrezzature e macchinari per l'industria sin dal 1917.
Siano impianti ottico-elettronici per la fotolitografia siano sistemi di misura e controllo di precisione.
Il primo cliente Nikon è Nikon stessa. Ma Nikon fornisce anche le principali industrie di precisione del mondo.
Tamron é tra queste, eppure sarebbe un concorrente di Nikon sul piano della produzione degli obiettivi.

Ma anche Sony è cliente Nikon. Come Nikon è cliente Sony.

Come lo sono Samsung, Intel, Omnivision.

La complessità delle relazioni intersocietarie giapponesi deve essere ben compresa prima di fare analisi o affermazioni inattuali.