ÚCHYLKY TVARU A POLOHY Doplněná inovovaná přednáška Zpracoval: Přemysl Pokorný Pracoviště: KVS Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.
In-TECH 2, označuje společný projekt Technické univerzity v Liberci a jejích partnerů - Škoda Auto a.s. a Denso Manufacturing Czech s.r.o. Cílem projektu, který je v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OP VK) financován prostřednictvím MŠMT z Evropského sociálního fondu (ESF) a ze státního rozpočtu ČR, je inovace studijního programu ve smyslu progresivních metod řízení inovačního procesu se zaměřením na rozvoj tvůrčího potenciálu studentů. Tento projekt je nutné realizovat zejména proto, že na trhu dochází ke zrychlování inovačního cyklu a zkvalitnění jeho výstupů. ČR nemůže na tyto změny reagovat bez osvojení nejnovějších inženýrských metod v oblasti inovativního a kreativního konstrukčního řešení strojírenských výrobků. Majoritní cílovou skupinou jsou studenti oborů Inovační inženýrství a Konstrukce strojů a zařízení. Cíle budou dosaženy inovací VŠ přednášek a seminářů, vytvořením nových učebních pomůcek a realizací studentských projektů podporovaných experty z partnerských průmyslových podniků. Délka projektu: 1.6.2009 31.5. 2012
Přesný laserový systém pro měření: - přímosti - rovinnosti - rovnoběžnosti - kolmosti Systém se obvykle používá pro: - měření přímosti, justáž vedení, vyrovnávání konstrukcí - měření rovnoběžnosti, seřizování tratí, vřeten - měření kolmosti a vyrovnávání - vyrovnání a justáž ložiskových lůžek - polohování dílů - dlouhodobé sledování deformací, odchylek, pohybů
Sestava: - laserový vysílač kvalitní HeNe laser s vysokou bodovou stabilitou - přijímač s PSD senzorem - propojovací modul s PC - dálkové ovládání - software pro PC - nabíječka - kabely
Přijímač: - velmi přesný optoelektronický příjmač - citlivý digitalizační obvod - výstup signálu rádiovým vysílačem - dobíjitelné bateriové napájení - mechanicky přizpůsobený pro upínání Propojovací modul s PC: obsahuje rádiový přijímač pro příjem naměřených dat příjem do 300 metrů
Jak systém pracuje: Z laserového vysílače je vysílán laserový paprsek do příjmače Příjmač zachytává paprsek do záměrného pole Příjmač při pohybu přesně měří polohu paprsku v záměrném poli Z těchto údajů a z údajů o poloze a kroku přijímače je systém schopen provádět výpočet požadovaných geometrických parametrů měřeného objektu. X - Y + Y- X +
Příklad použití systému pro měření přímosti vedení:
vysílač laserový paprsek měřený objekt příjmač laserový paprsek = nulová přímka
Měření rovnoběžnosti: ÚCHYLKY TVARU A POLOHY 1. Provede se změření první referenční dráhy A ustavené přes optický hranol vysíl ač optický hranol laserový paprsek referenční dráha A příjmač měřená dráha B 2. Provede se změření druhé porovnávané dráhy B s posunutým optickým hranolem (s vysílačem se nesmí pohnout!) vysíl ač optický hranol referenční dráha laserový A paprsek měřená dráha B příjmač
Měření rovnoběžnosti: 3. Software spolu porovná obě měření referenční dráha A laserový paprsek měřená dráha B 4. Software provede výpočet rovnoběžnosti dle ISO referenční dráha Rovnoběžnos A měřená t dráha B
Měření kolmosti: 1. Provede se měření první referenční dráhy A 2. Přes ustavený optický hranol se provede měření druhé porovnávané dráhy B 3. Software spolu porovná obě naměřené dráhy 4. Software provede výpočet kolmosti stejným způsobem jako u rovnoběžnosti a přidá 90º 1. vysílač 2. vysílač laserový paprsek referenční dráha A laserový paprsek referenční dráha A příjmač měřená dráha B příjmač měřená dráha B optický hranol
Měřící sondy na obráběcím stroji
Přehled geometrických prvků ÚCHYLKY TVARU A POLOHY
Data Capture Vendors
Popis vybraných metod bezkontaktního měření: - metoda jednotlivých bodů - metoda s využitím laserového nebo světelného proužku - geodetická metoda fotometrií povrchu
Metoda měření jednotlivých bodů metoda jednotlivých bodů Měření, které využívá nejmodernější pulsní laserovou technologii, která detekuje přirozený povrch na určitou vzdálenost, s optikou, která umožňuje až 1000 000 měřených bodů v několika minutách. Princip měření laserovým skenerem: Laserový skener pracuje na stejném principu jako např. sonar, využívá se vlastností laserového paprsku. Vlastní skenování spočívá v tom, že se proti předmětu vyšle laserový paprsek, který se od něho odrazí a vrátí se zpět do skenovacího zařízení, kde se vyhodnotí. Skener laserovým paprskem,,obkrouží celé těleso, popř. těleso se otáčí a skenovací zařízení stojí.
Přesnost měření: metoda jednotlivých bodů Střední chyba v prostorové poloze je 6 mm, pokud je zaměřovaný bod vzdálen od přístroje v rozmezí 1 50 m. Kvalita zdigitalizovaného tělesa je dána hustotou, s jakou laserový paprsek pokryl plochu reálného tělesa. Výhody: Vysoká rychlost zaměření (stavařské měřítko) Přesnost řádově 5-20 mm (stavařské měřítko) Pokročilý stupeň automatizace při zpracování Možnost měření v nepřístupných podmínkách nebo nebezpečných provozech Vyloučení možných chyb oproti klasickým metodám Úspora nákladů Nevýhody: Malá přesnost (strojařské měřítko) ÚCHYLKY TVARU A POLOHY Metoda měření jednotlivých bodů
metoda jednotlivých bodů Využití: stavebnictví archeologie architektura ochrana památek topografie a důlní průmysl 3d vizualizace Metoda měření jednotlivých bodů Např. pozemní laser-scanningscanning je moderní metoda pořizování přesné dokumentace prostorově složitých objektů, jako jsou fasády historických budov, průmyslové provozy a zařízení, konstrukce, nebo podzemní prostory, štoly a tunely. Jeho nasazení umožňuje řešení takových úloh, které by při použití klasických metod představovaly neúměrně vysoké náklady.
Metoda měření jednotlivých bodů Lasery jsou použity ve velkém rozsahu aplikací. U měření se využívá možnost přesného určení vodorvné a svislé polohy, úrovně a vzdálenosti. Otáčivé lasery generují rotující 360 stupňů paprsek, který je použit pro záznam horizontální a vertikální pozice např. u obtížně měřitelných konstrukcí. Lasery rovněž měří vzdálenosti s vysokou přesností Skenovací rozsah 360 * 300 stupňů Dosah 50 80 m Max rozlišení 0,002 stupně Rychlost skenování 54 000 bodů za sekundu Délková přesnost 1,2 mm nma 30 m
Metoda měření jednotlivých bodů Ukázky využití: metoda jednotlivých bodů
Metoda měření jednotlivých bodů metoda jednotlivých bodů Výstupy měření: mračno bodů (point coud) CAD plán 3D model fotorealistický 3D model
Tracker 3 Omnitrac API Laserová hlavice se stojanem a sondou na skryté obrysy. Využívá odrazového zrcátka v přesné kouli.
Metoda měření jednotlivých bodů API Laser Tracker s pomocí Intelliprobe umožní měření velkého rozsahu dokonce skrytých obrysů na velkých konstrukcích a montážních celcích.
Metoda měření jednotlivých bodů Trimble CX scanner je lehký mobilní umožňující snadné přemísťování. Použitá WAVEPULSE technologie kombinuje vysokou citlivost s možností použití do značných vzdáleností. Současně se provádí prostorová fotografie
Měření laserovým (světelným) proužkem Měření laserovým (světelným) proužkem Měření laserovým proužkem Měření využívá projekci laserového (světelného) proužku na měřené těleso a snímání tohoto proužku deformovaného dopadem na toto těleso. Princip měření projekcí laserového proužku: 3D scanner pracuje na principu projekce plošného laserového (světelného) pruhu na povrch sledovaného objektu. Mimo osu tohoto světelného zdroje je umístěna kamera (jedna nebo dvě), která snímá povrch s deformovaným světelným proužkem. Rovinný světelný laserový pruh může být jak horizontální, tak vertikální. Na základě znalosti vzájemné polohy kamery a roviny světla a předpokládané polohy každého obrazového bodu je možné určit 3D souřadnice jednotlivých bodů na povrchu sledovaného tělesa.
ATOS Měření laserovým (světelným) proužkem Systémy pracující na tomto principu: Měření laserovým proužkem T-Scan (www.steinbichler.com) ModelMaker ModelMaker (www.descam.de) (www.metris.com) FastSCAN (www.polhemus.com) HANDYSCAN 3D MobileScan3D (www.descam.de)
ATOS ÚCHYLKY TVARU A POLOHY Měření laserovým (světelným) proužkem Měření laserovým proužkem Systém pracující s projekcí světelného rastru Systém je založen na principech optické triangulace, fotogrammetrii a fringe projection. Proces měření: Na povrch objektu jsou promítány pruhy světla, které jsou snímány pomocí dvou kamer s CCD čipem. Software z těchto záběrů vypočítá prostorové souřadnice jednotlivých bodů. Automatické složení jednotlivých záběrů do jednoho celku je zajištěno pomocí referenčních značek umístěných na objektu nebo mimo něj. Za účelem naskenování celého objektu lze pohybovat skenerem i měřeným objektem.
Měření laserovým (světelným) proužkem Měření laserovým proužkem Přesnost měření: Systémem ATOS může být objekt změřen v krátkém čase a s vysokou hustotou dat (velká rozlišitelnost detailů). Hustota dat je daná použitým přístrojem a pohybuje se v rozmezí od 800 000 až do 4 000 000 bodů na 1 záběr.
Měření laserovým (světelným) proužkem Přednosti systému: flexibilita zařízení vysoké rozlišení (až 33 bodů na 1mm) mobilita jednoduchost ovládání (automatický přepočet transformací) hmotnost a velikost měřeného objektu je prakticky neomezená po úpravě povrchu lze měřit i lesklé a průhledné objekty (zmatnění povrchu pomocí křídových sprejů) lze měřit i měkké materiály Využití: kontrola kvality Datové výstupy: Reverse Engineering optimalizovaná polygonální síť (STL) Rapid Prototyping mrak bodů Virtual Reality řezy (body) přímé obrábění obrysové křivky (body) simulace vstřikování plastů protokol o měření kvality (HTML) simulace tažení plechu kontrola kolizí dílu Měření laserovým proužkem
Měření laserovým (světelným) proužkem Systémy pracující s projekcí laserového proužku Měření laserovým proužkem Podobné systémy: ATOS I, ATOS II, ATOS III, ATOS SO, ATOS XL Princip měření: Princip je stejný jako u systému ATOS. Namísto projekce světelného rastru je použit laserový proužek
Geodetická metoda fotometrií povrchu Geodetická metoda Fotogrammetrie se zabývá rekonstrukcí tvarů, měřením rozměrů a určováním polohy předmětů, které jsou zobrazeny na fotografických snímcích. Jinak lze fotogrammetrii definovat jako vědní obor, zabývající se zpracováním informací na fotografických snímcích. Rozlišujeme fotogrammetrii leteckou a pozemní. Před snímkováním povrchu je nejdříve nutno provést fotogrammetrickou signalizaci bodů, na nichž se poté bude geodeticky doměřovat. Tyto body musejí kontrastovat s okolím. Existují 3 fotogrammetrické metody podle nichž se snímkování provádí: univerzální, kombinovaná a integrovaná.
Geodetická metoda fotometrií povrchu Tritop Je průmyslový přenosný optický měřící systém určený k přesnému bezkontaktnímu měření polohy diskrétních bodů, kontrastních čar (např.ostřihových hran plechu), nakreslených čar a viditelných značek na měřeném objektu. Tato mobilní technologie nabízí efektivní měření pro aplikace kontroly kvality, deformačních analýz a digitalizace. Proces měření: Měřený objekt je označen optickými body (samolepícími, magnetickými nebo speciálními adaptéry). Připravený objekt je snímán digitálním fotoaparátem z různých pozic v prostoru. Na základě digitálních snímků systém TRITOP vypočítá pozice fotoaparátu při jednotlivých snímcích a souřadnice měřených bodů na objektu. Dále systém umožňuje zobrazení 3D souřadnic měřených bodů, pozic fotoaparátu a přesnosti měření.následně mohou být měřené body exportovány ve standardních formátech nebo použity v systému ATOS Geodetická metoda
Geodetická metoda fotometrií povrchu Přednosti systému: vysoká mobilita Flexibilita rychlý přenos dat Wireless LAN technologie jednoduchost ovládání definice souřadného systému 3-2-1, best fit, RPS přímý interface do ATOS software import CAD dat (CATIA, UG, PorE, IGES, STEP,SAT,VDA) měření měkkých materiálů (PUR pěna) měření horkých dílů do 180 C hmotnost a velikost měřeného objektu je prakticky neomezená měření dílů v kontrolním přípravku, ve volném stavu i v sestavě Datové výstupy: optimalizovaná polygonální síť (STL) Využití: mrak bodů kontrola kvality řezy (body) reverse Engineering obrysové křivky (body) deformační analýzy protokol o měření kvality (HTML) přímé propojení s ATOS Geodetická metoda
Geodetická metoda fotometrií povrchu Geodetická metoda
Základní rozdělení systémů: ÚCHYLKY TVARU A POLOHY Geodetická metoda fotometrií povrchu TRITOP je určený pro základní měření 3D souřadnic diskrétních bodů a kontrastních linií. Možnost použití magnetických optických bodů,samolepících optických bodů, adaptérů atd. Spolupráce se zařízením ATOS pro měření velkých objektů. Geodetická metoda TRITOP CMM pracuje jako optické souřadnicové měřící zařízení. Analyzuje pozice bodů, vektory, vzdálenosti, průměry,úhly, nastavené tolerance. Prokládání základních entit jako úsečka,rovina, kružnice, válec, koule, kužel atd.2d / 3D vizualizace.obrysová křivka, prostřižené díry odchylka od CAD (nominálních dat), ostřih(tangenciální odchylka), odpružení (normálová odchylka), kruhové,obdélníkové a oválné díry, import ASCII (vektor bodů), import VDA/MDI (vektor bodů),import GOM XML ( všechny elementy). TRITOP Deformace měří, vyhodnocuje a zobrazuje statické zatížení objektu. V diskrétních bodech vyhodnocuje velikost a směr vektorů deformace. Pro každý stav zátěže vznikne samostatný projekt.tyto projekty jsou následně transformovány do společného souřadného systému. Nakonec jsou vypočteny deformace jednotlivých bodů, které jsou přímo znázorněny v digitální fotografii a výstupním protokolu.