Skenování, optické měření, multisenzor - co vybrat pro 3D měření rozměrů součástek?

Potřebujete získat novou technologii rozměrové kontroly vyráběných součástí a máte vybrat a rozhodnout, které z nabízených řešení je to nejvhodnější právě pro váš druh výroby? Pokud je to tak, prosíme, čtěte dál.

Odpověď na otázku jakou metodu 3D měření vybrat není ani jednoduchá, ani jednoznačná. Proto bychom Vám rádi při výběru pomohli tím, že vysvětlíme princip skeneru, optického měření i „multisenzoru“.

Navíc Vám nabízíme přímou a jednoduchou možnost posouzení vhodnosti jednotlivých technologií měření bezplatně, a to na jednom místě. Proč? Důvod je jednoduchý – máme všechny tyto technologie měření v našem předváděcím středisku a jsme ochotni Vám umožnit zdarma vyzkoušet měření rozměrů přímo na Vašich součástkách. Navštivte nás a společně vyzkoušíme, která metoda měření je pro Vás skutečně ta vhodná. Můžete si vybrat a s naší pomocí ihned vyzkoušet vše na jednom místě a na základě této zkoušky se pak rozhodnout.

3D Skener

Skenování 3D objektů se stalo takřka módní záležitostí. Přesto si myslíme, že pojmy jako skener (nebo scanner) je třeba trochu vysvětlit a přiblížit všem případným zájemcům.

Obecně 3D skener je zařízení, které analyzuje reálný svět objektů pro sběr údajů o jejich tvaru a případně i vzhledu (např. barva). Shromážděná data pak mohou být použita ke konstrukci či tvorbě digitálních trojrozměrných modelů.

Pro bezdotykové optické skenování se využívá kromě laserových scannerů především metoda promítání soustavy světlých a tmavých proužků (pattern of light), jinými slovy strukturovaného světla na měřený objekt.

Soustava světlých a tmavých proužků se promítá na předmět buď pomocí LCD projektoru nebo jiného stabilního zdroje světla.

Kamera, která snímá zdeformované proužky, vypočítává vzdálenost každého bodu v zorném poli pomocí výkonného software. Přesnost je dána především rozlišením CCD prvku kamery.

Výhodou strukturovaného osvětlení 3D skenery je rychlost a přesnost. Místo skenování jednoho bodu, skenery se strukturovaným světlem snímají více bodů nebo celé zorné pole kamery najednou. Skenování celého zorného pole ve zlomku vteřiny generuje profily, které jsou přesné. Tím se snižuje nebo eliminuje problém chyb z případného pohybu skenovaného předmětu. Skenovací systémy až s 8 megapixelovou kamerou zachytí až 8 miliónů datových bodů v každém snímku a dosahují vysoké přesnosti.

Pro použití skenerů v technické praxi – měření rozměrů, porovnání s CAD modelem či reverse enginering (zpětné získání modelu) neznámého tvaru, je důležité správné provedení hardware skeneru, jeho optiky i CCD kamery včetně co nejpřesnější kalibrace před vlastním skenováním.

Velkou výhodou 3D skeneru je, když je spojen s otočným a naklápěcím stolkem, na kterém je součást umístěna. Pohyb stolku bývá odměřován a ovládán ze softwaru skeneru a to umožňuje automaticky naskenovat předmět z velkého počtu pohledů v různých směrech. Toto spojení umožňuje vytvořit kompaktní 3D skener.

Další podrobnosti o 3D skenerech, které nabízíme, naleznete na stránce http://www.deom.cz/solutionix a samozřejmě skenery můžete vidět a vyzkoušet v našem předváděcím středisku.

Optické měření

Měření „pomocí optiky“ má již velmi dlouhou tradici. Jistě Vám nemusíme představovat klasický profilprojektor, nebo měřicí mikroskop. Oba přístroje jsou v průmyslu tradičně používány již mnoho desetiletí.

Nové použití optické metody měření umožnilo rozšíření výpočetní techniky ve spojení se snímáním obrazu měřené součástky pomocí CCD kamery. Automatická analýza snímaného obrazu pomocí PC umožnila v poslední době rozvoj 3D optických měřicích video systémů pro přesné a velmi produktivní měření rozměrů.

Zařízení, které má splňovat veškeré požadavky na rychlost, přesnost a spolehlivost měření, by mělo vyhovět těmto požadavkům:

Mechanika

Jak poznáme kvalitní mechaniku? Kromě tuhého základu konstrukce a jejího správného kinematického provedení je to snadný a hladký pohyb ve všech měřicích osách X,Y,Z. Jednoduchý test – zkuste ručně pohnout vypnutým strojem v příslušných osách a rychle odhalíte případné nedostatky konstrukce. Stejně tak automatický pohyb pomocí pohonů spuštěného stroje musí být hladký a tichý. Samozřejmě že kvalitní mechanika umožňuje i vyšší rychlost posuvů. I ta vypovídá mnoho o kvalitě mechanického řešení. Moderním řešením, umožňujícím skutečně vysokou rychlost posuvů, jsou lineární pohony os.

Elektronika

Elektronika měřicího přístroje a její provedení napovídá velmi mnoho o stáří koncepce stroje. Soudobá úroveň elektroniky, provedená pomocí plošné montáže (SMD) elektronických prvků, umožňuje celé řízení stroje provést jen na několika miniaturních kartách elektroniky. Tyto karty mohou být jednoduše umístěny uvnitř stroje. Měřicí přístroje současné technické úrovně by měly být připojeny k běžnému PC (nebo notebooku) pomocí USB. Umožňuje to snadný servisní zásah v případě poruchy PC a současně jednoduchou výměnu či upgrade PC v budoucnu. Je to záruka levného provozu a servisu přístroje.

Optika

Optika měřicího přístroje se snímáním CCD kamerou je moderním a určujícím prvkem pro rychlé a automatické měření. Společně s kvalitními osvětlovači a funkcí zoomu tvoří základ moderního a spolehlivého měřidla. Optická měřicí technologie může být navíc doplněna i dalšími technologiemi měření, jak bude uvedeno dále.

Automatické optické měření je založeno na snímání kontrastního obrazu měřeného předmětu. Velmi záleží na tom, jakými prostředky je tento kontrast ve snímaném obraze dosahován. Pokud není zajištěn dostatečný kontrast v každé situaci spolehlivě, přestává spolehlivě fungovat automatické měření.

Měření ve svislém směru (osa Z) je zajištěno automatickým zaostřováním na malou plochu (takřka bod) při velkém zvětšení.

I zde je vhodný jednoduchý test měřicího zařízení. Na kontrast obrazu jsou nejvíce citlivé součástky z černého a především zcela bílého plastu a také kovové součástky s vysokým leskem. Je proto vhodné právě měření těchto součástek na testovaném měřicím stroji podrobně vyzkoušet.

Praxe potvrzuje, že nejvyšší kontrast je dosahován při použití černobílé CCD kamery v kombinaci s LED osvětlovači s červeným světlem. Je to dáno překrýváním spektrálních křivek vyzařování červených LED diod a citlivosti černobílého CCD prvku. Tím je dosažen maximální energetický zisk.

Osvětlení

Automatická funkce optického snímání měřicího stroje je přímo závislá na systému upořádání, kvalitě a univerzalitě použitých osvětlovačů.

Jako nejvhodnější kombinace pro nejrůznější situace se již osvědčily tyto tři typy osvětlovačů:

Spodní osvětlení musí splňovat podmínku kolimovaného světla pro ostré zobrazení profilu zvláště rotačních součástí. Je proto nezbytné, aby kolimovaný osvětlovač byl umístěn přímo proti optické ose objektivu kamery pod skleněnou deskou měřicího stolu. Plošnému osvětlovači, který kolimované světlo nezajistí, je třeba se vyhnout.

Řešení svrchního osvětlovače je zcela zásadní pro kvalitu optického měření. Tento osvětlovač musí umožnit nastavit libovolný směr a úhel osvětlení měřené součástky. Pokud tato podmínka není splněna, nelze zajistit, aby přístroj spolehlivě měřil i tvarově složité součástky automaticky.

V praxi se nejvíce osvědčuje kruhový diodový osvětlovač, sestavený ze segmentů složených z diod, které lze současně rozsvítit ve zvolené intenzitě, směru a úhlu dopadu světla. Vhodný osvětlovač má více (optimálně 5) soustředných kruhů diod, které lze ovládat ve více (optimálně 40) samostatných segmentech.

Zoom

Zoom, který umožňuje velmi rychlé nastavení vhodného zvětšení, je pro automatické měření samozřejmým požadavkem. Nízké zvětšení je potřebné pro orientaci na součástce a při začátku měřicího programu. Vysoké zvětšení je zásadní podmínkou pro přesné měření ve třetí (svislé) ose Z. Měřicí stroj projíždí nahoru a dolů okolí měřeného povrchu a automaticky zaznamenává výšku, ve které je dosaženo maximální ostrosti (tzv. funkce autofokusu). Vysoká přesnost této funkce je zajištěna právě při velmi vysokém zvětšení, kdy je hloubka ostrosti minimální. Proto kvalitní stroj musí umožňovat automatickou změnu zvětšení během měřicího programu.

Multisenzor

Optické měření, které jsme právě popsali, lze doplnit dalšími technologiemi měření a vytvořit tím takzvaný „multisenzorový měřicí stroj“.

K měření kromě kamery lze použít v jednom měřicím programu i tyto další způsoby snímání bodů:

Především je to dotyková sonda (většinou dodávaná od firmy Renishaw) s automatickou volitelnou výměnou několika modulů ze zásobníku. Moduly sestavené v potřebných délkách a tvarech dotyků (např. křižák) jsou předem umístěny v zásobníku.

Zajímavou technologií je skenování měřeného povrchu laserovou sondou. Jako doplňková je tato technologie vhodná pro rychlý sběr mnoha bodů ve svislé ose, například pro stanovení rovinnosti u plochých součástek nebo průběhu hladkých křivek povrchu.

Pro měření složitých součástek, které je potřeba měřit v několika polohách, slouží rotační osa – mechanické zařízení vybavené např. upínací kleštinou. Umožňuje to polohování součástky během měření a zrychlení měřicího cyklu.

Právě automatická volba způsobu snímání - měření kamerou, měření pomocí dotykové sondy, vybrané automaticky ze zásobníku, skenování laserovou sondou, nebo použití rotační osy je to, co dělá z měřicího stroje stroj multisenzorový.

A na závěr

Nabízíme Vám možnost posouzení všech výše uvedených technologií měření bezplatně, a to na jednom místě. Máme všechny tyto technologie měření instalované v našem předváděcím středisku v Praze a jsme ochotni společně s Vámi vyzkoušet měření rozměrů právě na Vašich součástkách.

Teprve při praktickém měření různých typů součástek se projeví přednosti jednotlivých typů měřicích přístrojů.

Navštivte nás a společně vyzkoušíme, která metoda měření je pro Vás skutečně ta vhodná. Můžete si vybrat a vyzkoušet vše na jednom místě. Konečné rozhodnutí je pak na Vás.