Printer Friendly

MATAVIMU REZULTATU, GAUTU MATUOJANT SUDETINGOS GEOMETRINES FORMOS DETALES 3D SKENERIAIS IR KOORDINATINE MATAVIMO MASINA, LYGINAMOJI ANALIZE/A COMPARATIVE ANALYSIS OF MEASUREMENT RESULTS OBTAINED IN MEASURING PARTS HAVING COMPLEX GEOMETRIC SHAPES BY MEANS OF 3D SCANNERS AND CMM.

Ivadas

Del didejanciu lukesciu gaminiu kokybei vis daugiau ieAUkoma naAUesniu ir tikslesniu budu gaminiu kontrolei uAPtikrinti. Pirmosios koordinatines matavimo maAUinos (KMM) buvo iAUrastos dar XX a. 5-ajame deAUimtmetyje. Ju naudojimas labai iAUpopuliarejo ivairiose pramones AUakose. KMM gali matuoti dideli kieki ypac svarbiu ir sudetingu parametru, daAPnai tuo paciu metu (Uekita, Takaya 2016). Tai padeda sumaAPinti matavimo trukme, padidinti naAUuma ir greiciau identifikuoti apdirbimo paklaidas. PrieAU du deAUimtmecius atsirado lazerines ir fotometrines skenavimo sistemos, bet joms vystytis trukde gana sudetingas rezultatu apdorojimas, pateikimas ir skaitmeninimas. Dabartines technologijos leidAPia tai daryti naAUiau ir tiksliau. 3D (triju matmenu) skenavimas sparciai populiareja del AUiu privalumu (ElMaraghy, Yang 2003): 1) didelis greitis; 2) didele raiAUka; 3) nera tiesioginio kontakto su pavirAUiumi; 4) atpaAPistama matuojamo objekto spalva. Tai gali buti pritaikoma daugybeje sriciu: archeologijoje, architekturoje, biomechanikoje ir kitose srityse, kuriose reikia objektus skaitmeninti. Metalu apdirbimo pramoneje AUios sistemos dar nera populiarios. Ju naAUumas yra didelis, bet ribotas matavimu tikslumas. Aeiuo metu preciziniams matavimams atlikti daAPniausiai naudojamos koordinatiniu matavimo principu veikiancios sistemos.

2014 m. buvo atlikti tyrimai (Gapinski et al. 2014), kurie leido palyginti koordinatines matavimo maAUinos, fotometrinio skenerio ir 3D tomografo sistemas. Tyrimui atlikti buvo pagamintas specialus aliuminio ruoAUinys, kuriame buvo iAUgreAPtos 3, 4 ir 5 mm skersmens skyles bei mechaniAUkai apdirbtas iAUorinis sferinis pavirAUius, kurio skresmuo--4 mm. Taip pat buvo iAUfrezuota iAUema, o galiniai pavirAUiai apdirbti skirtingu kampu. Tyrimo metu gauta, kad KMM matavimu nuokrypiai yra 0,038 mm, fotometrinio skenerio nuokrypiai--0,047 mm, o 3D tomografo--0,046 mm. Aeiame tyrime tiksliausiai buvo matuojama naudojant KMM, o 3D tomografo ir fotometrinio skenerio matavimu rezultatai yra panaAUus. 2009 m. atlikto tyrimo metu (Cuypers et al. 2009) buvo analizuotas skirtingu matavimo metodu tikslumas, matuojant dideliu matmenu (iki 100 [m.sup.2] ploto) bandinius. Tyrime buvo nagrineta mobilioji KMM sistema ir skirtingu konfiguraciju optinis skeneris. Atlikus tyrima (Cuypers et al. 2009) rasta, kad kiekviena sistema turi pranaAUumu ir trukumu. Matuojant mobiliaja KMM matavimo sistema, svarbu atsiAPvelgti i uAPduoties reikalavimus, detales ir aplinkos sukeliamus apribojimus. Taip pat buvo nustatyta, kad del skaitmenines fotografijos ir fotogrametrijos paAPangos 3D skenavimas tampa geresne KMM matavimo sistemu alternatyva. Matavimu trukme, naudojant KMM sistema, buvo AUeAUios valandos, o, matuojant 3D skeneriu ir gaunant panaAUius pagal tiksluma rezultatus, matavimu trukme buvo tik trys valandos.

2015 m. atlikto tyrimo metu (Galantucci et al. 2015) buvo iAUmatuoti sudetingos geometrines formos kunai 3D tomografijos ir fotogrametrijos sistemomis. Pirmoji matavimo sistema yra tiksli, bet turi ryAUku trukuma, nes matavimams atlikti naudojami APalingi radioaktyvieji rentgeno spinduliai. Pagrindinis fotogrametrijos budo trukumas yra tas, kad jis negali buti taikomas dideliu matmenu detalems (didAPiausieji matmenys--iki 30 mm). Atlikus tyrima (Galantucci et al. 2015) gauta, kad tikslesni matavimai buvo atlikti fotogrametrijos metodu. Buvo gauta 0,001 mm vidutinio kvadratinio nuokrypio reikAUme, o matuojant 3D tomografu bandinius H3, H4, H5 vidutinis kvadratinis nuokrypis sieke 0,002 mm.

Matavimo iranga ir matuojamos detales

Matavimams atlikti buvo naudoti dvieju skirtingu paraboloidiniu profiliu (igaubto ir iAUkilaus) detales (1 pav.). Jos buvo pagamintos iAU aliuminio A17075.

3D lazeriniam skenavimui atlikti buvo naudojama "Ametek" firmos skenerio sistema "Creaform Metrascan 3D" (MetraScan 3D 2016). Aeia sistema sudaro dvieju kameru erdves skeneris "C-Track 780", neAUiojamasis lazerinis skeneris "MetraScan 3D" ir kontaktinis liestukas "Handyprobe 780". Trimaciam optiniam skenavimui buvo naudojamas "Artec" firmos fotometrinis skeneris "Space Spider" (Space Spider booklet 2015). Koordinatiniam gaminiu matavimui buvo naudojama "DEA" firmos KMM "Global Silver Classic" (DEA Global Silver 2015). Naudota "Hexagon" firmos matavimo liestuvo galvute HH-T 5-50 (Probe heads 2015).

Detales buvo suskirstytos 10 pjuviu--5 vertikaliais ir 5 horizontaliais (2, 3 pav.). Pjuvis VA1 (VB1 igaubto profilio detalei) kerta paraboloidini pavirAUiu per viduri, pjuviai VA2 ir VA4 yra nutole 15 mm atstumu nuo VA1 pjuvio plokAUtumos, atitinkamai i deAUine ir i kaire (2 pav.). Pjuviai VA3 ir VA5 yra nutole nuo VA1 30 mm atstumu, atitinkamai i deAUine ir i kaire (2 pav.). Aplink detales profili kiekviename pjuvyje buvo parenkami 32 taAUkai, kurie yra vienodai nutole vienas nuo kito.

Pjuvis HA1 (HB1 igaubto profilio detalei) yra nutoles nuo bazines plokAUtumos 7 mm atstumu (3 pav.), HA2, HA3, HA4, HA5 atitinkamai yra nutole nuo bazines plokAUtumos 17 mm, 27 mm, 37 mm ir 47 mm atstumais (3 pav.).

Tyrimo metodika

PrieAU atliekant matavimus 3D lazeriniu skeneriu, sistemai kalibruoti buvo naudojami sferos ir plokAUtumos etalonai. Etaloninis pavirAUius buvo skenuojamas 3D lazeriniu skeneriu iki programines irangos signalo, kad sistema sukalibruota. Detales buvo pagamintos iAU aliuminio, kuris pasiAPymi geromis AUviesos atspindejimo savybemis. Del to galejo iAUsikraipyti skenavimo lazeriu rezultatai, todel, prieAU pradedant skenuoti, detale buvo nudaAPoma plonu sluoksniu. Aplink skenuojama bandini buvo pastatomi 3 taikikliai, kad lazerio sistema atpaAPintu erdve. Skenuojant pavirAUiu 3D lazeriniu skeneriu, lazerio sistema nuo detales buvo laikoma 20-30 cm atstumu. Aeis atstumas yra optimalus, kad skenavimo procedura uAPtruktu trumpiausiai. Ant lazerio sistemos valdymo pulto yra irengtos indikacines lemputes, kuriomis galima nuolatos kontroliuoti reikiama atstuma tarp lazerio galvutes ir objekto. Detale buvo skenuojama tol, kol matomame programos lange modelyje nebeliktu akluju zonu (4 pav.). Gautas 3D modelis buvo perkeliamas i programa "Geomagic 2014 CTR". Ja naudojant modelis suskirstomas pjuviais, ir gauti pjuvio taAUkai lyginami su nominaliosiomis 3D modelio reikAUmemis. Kiekviename pjuvyje, kaip ir KMM atveju, matuojamos 32 taAUku reikAUmes ir nustatomi rezultatu nuokrypiai.

Norint atlikti matavimus 3D fotometriniu skeneriu, jam kalibruoti buvo naudotas plokAUtumos etalonas. Etalono pavirAUius buvo skenuojamas 3D fotometriniu skeneriu tol, kol programine iranga sugeneruoja praneAUima, teigianti, kad sistema sukalibruota. Sistemos matavimo tikslumui uAPtikrinti reikejo padengti detale antirefleksine danga. Juodu APymekliu ant bandiniu profiliu paAPymimi taAUkai. Jie skirti tam, kad, atliekant skenavima, neatsirastu aukAUcio ir gylio paklaidu. Skenuojant pavirAUiu 3D fotometriniu skeneriu, jo sistema nuo bandinio buvo laikoma 15-25 cm atstumu. Aeis atstumas uAPtikrina, kad skenavimo procedura uAPtruktu trumpiausiai. Detale skenuojama keturis kartus iAU kiekvienos puses tol, kol matomame programos lange modelyje neliktu akluju zonu. Naudojant "Geomagic Studio 2014" programa, keturiu daliu skenuoti pavirAUiai sujungiami i viena, o nereikalingi, modeliui nepriklausantys taAUkai iAUtrinami. Gautas 3D modelis perkeliamas i programa "Geomagic 2014 CTR", cia modelis suskirstomas pjuviais ir gauti pjuvio taAUkai lyginami su nominaliosiomis 3D modelio reikAUmemis. Kiekviename pjuvyje, kaip KMM ir 3D lazerinio skenavimo metu, matuojamos 32 taAUku reikAUmes ir ju nuokrypiai nuo nominaliojo matmens. Gauti rezultatai suraAUomi i lenteles ir apskaiciuojamos kiekvieno pjuvio vidutinio kvadratinio nuokrypio reikAUmes. Gautos vidutiniu standartiniu nuokrypiu reikAUmes toliau buvo naudojamos rezultatams palyginti su kitu matavimo sistemu rezultatais.

PrieAU atliekant matavimus KMM, kalibruoti buvo naudojama etalonine sfera (de Aquino Silva, Burdekin 2002). Kontaktiniu liestuvu buvo matuojami 24 sferos taAUkai. Sukalibravus sistema, detales buvo matuojamos numatytuose 5 vertikaliuose ir 5 horizontaliuose pjuviuose. Kiekviename pjuvyje matuojami 32 taAUkai, vienodai nutole vienas nuo kito. Naudojant programa PC-DMIS 2010 taAUku koordinates iAU karto buvo lyginamos su nominaliosiomis 3D modelio koordinatemis. Po matavimo ciklo matavimu rezultatai sugeneruojami ir pateikiama matavimu ataskaita. Gauti duomenys apie kiekvieno taAUko nuokrypius suraAUomi i lenteles. Gauti duomenys apdorojami ir apskaiciuojamas kiekvieno pjuvio vidutinis standartinis nuokrypis. Gautos vidutiniu standartiniu nuokrypiu reikAUmes toliau buvo naudojamos rezultatams palyginti su kitu matavimo sistemu rezultatais.

Tyrimu rezultatai ir ju aptarimas

Tyrimu rezultatai pateikti 5-8 pav.

IAU 5 pav. matome, kad kiekviename vertikaliame pjuvyje maAPiausios vidutines kvadratinio nuokrypio reikAUmes yra gautos matuojant koordinatine matavimo maAUina. Microsoft Excel 2013 programa buvo apskaiciuotas statistinis rezultatu reikAUmingumas, kuriam nustatyti buvo naudotas Stjudento t kriterijus (t-test). Buvo gauta, kad statistiAUkai reikAUmingai KMM matavimai yra tiksliausi (p < 0,001). 3D lazerinio skenerio matavimo rezultatai yra statistiAUkai tikslesni nei 3D fotometrinio skenerio matavimo rezultatai (p < 0,05).

IAU 6 pav. galima matyti, kad, matuojant iAUkilaus profilio detale horizontaliuose pjuviuose, tiksliausia matavimo sistema yra KMM (p < 0,001).

IAU 7 pav. matome, kad, matuojant igaubto profilio detale vertikaliuose pjuviuose, tiksliausia matavimo sistema yra taip pat KMM. ReikAUmingumo ivertinimas patvirtino, kad statistiAUkai tiksliausi rezultatai gauti matuojant KMM (p < 0,001). Tarp 3D lazerinio skenerio ir 3D fotometrinio skenerio matavimo sistemu statistiAUkai reikAUmingu rezultatu nebuvo gauta (p > 0,05).

8 pav. pateiktos igaubto profilio detales matavimo rezultatu, gautu horizontaliuose pjuviuose, vidutiniu kvadratiniu nuokrypiu reikAUmes. Buvo gauta, kad statistiAUkai reikAUmingai tiksliausi rezultatai gauti matuojant KMM (p < 0,001). 3D lazerinio skenerio matavimo rezultatai yra statistiAUkai reikAUmingai tikslesni nei 3D fotometrinio skenerio matavimo rezultatai (p < 0,001).

IAUvados

1. Tiksliausia matavimo sistema yra KMM. Matuojant iAUkilaus profilio detale, visu matuotu taAUku vidutinio kvadratinio nuokrypio reikAUme s = 0,01347. Naudojant Stjudento t kriteriju (t-test) gauta, kad rezultatai gauti KMM statistiAUkai reikAUmingai (p < 0,001) tikslesni uAP gautus naudojant 3D lazerini skeneri ir 3D fotometrini skeneri.

2. Matuojant igaubto pavirAUiaus detale KMM sistema, visu taAUku vidutinio kvadratinio nuokrypio reikAUme [sigma] = 0,0351. Naudojant Stjudento t kriteriju gauta, kad KMM yra statistiAUkai reikAUmingai (p < 0,001) tikslesni rezultatai uAP gautus naudojant 3D lazerini ir fotometrini skenerius.

3. Matuojant tiek igaubto, tiek iAUkilaus profilio detales gauta, kad 3D lazerinio skenerio sistema yra statistiAUkai reikAUmingai (p < 0,05) tikslesne uAP 3D fotometrinio skenavimo sistema. Atliekant matavimus lazeriniu skeneriu visu matuotu iAUkilaus profilio taAUku vidutinis kvadratinis nuokrypis [[sigma].sub.iAU] = 0,09341, igaubto profilio detales visu matuotu taAUku [[sigma].sub.ig] = 0,08793. Atitinkamai 3D fotometrinio skenerio sistemos vidutiniu kvadratiniu nuokrypiu reikAUmes yra [[sigma].sub.iAU] = 0,13484, [[sigma].sub.ig] = 0,13174.

4. Pastebeta tendencija, kad, matuojant 3D fotometriniu skeneriu, didejant detales aukAUciui maAPeja matavimo tikslumas.

Literatura

Cuypers, W.; Van Gestel, N.; Voet, A.; Kruth, J.-P.; Mingneau, J.; Bleys, P. 2009. Optical measurement techniques for mobile and large-scale dimensional metrology, Optics and Lasers Engineering 47(3-4): 292-300. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2008.03.013

DEA Global Silver [interaktyvus]. 2015 [APiureta 2017 m. balandAPio 27 d.]. Prieiga per interneta: http://metrology.precizika.lt/uploads/Downloads/DEA%20GLOBAL%20Silver.pdf#page=1&zo-om=auto,-103,848

de Aquino Silva, J. B.; Burdekin, M. 2002. A modular space frame for assessing the performance of co-ordinate measuring machines (CMMs), Precision Engineering 26(1): 37-48. https://doi.org/10.1016/S0141-6359(01)00096-4

ElMaraghy, H.; Yang, X. 2003. Computer--aided planing of laser scanning of complex geometries, CIRP Annals--Manufacturing Technology 52(1): 411-114.

Galantucci, L. M.; Pesce, M.; Lavecchia, F. 2015. A stereo photogrammetry scanning methodology, for precise and accurate 3D digitization of small parts with sub-millimeter sized features, CIRP Annals--Manufacturing Technology 64(1): 507-510.

Gapinski, B.; Wieczorowski, M.; Marciniak-Podsadna, L.; Dybala, B.; Ziolkowski, G. 2014. Comparison of different method of measurement geometry using CMM, optical scanner and computed tomography 3D, Procedia Engineering 69: 255-262. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.02.230

MetraScan 3D [interaktyvus]. 2016 [APiureta 2017 m. balandAPio 17 d.]. Prieiga per interneta: https://www.ems-usa.com/pdf/NEW_MetraSCAN3D_HandyPROBE_Leaflet_EN_EMEA_13042016.pdf

Probe heads [interaktyvus]. 2015 [APiureta 2017 m. balandAPio 27 d.]. Prieiga per interneta: http://metrology.precizika.lt/uploads/Downloads/Probe%20Heads.pdf

Space Spider booklet [interaktyvus]. 2015 [APiureta 2017 m. balandAPio 17 d.]. Prieiga per interneta: https://www.artec3d.com/files/pdf/Space-Spider-Booklet-EURO.pdf

Uekita, M.; Takaya, Y. 2016. On-machine dimensional measurement of large parts by compensating for volumetric errors of machine tools, Precision Engineering 43: 200-210. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2015.07.009

AAilvinas GRAIBUS (1), Vadim MOKAeIN (2)

Vilniaus Gedimino technikos universitetas, Vilnius, Lietuva El. paAUtas: (1) zilvinas.graibus@stud.vgtu.lt; (2) vadim.moksin@vgtu.lt

https://doi.org/10.3846/mla.2017.1088

Caption: 1 pav. Matuojamos detales: a) iAUkilaus profilio detale; b) igaubto profilio detale Fig. 1. Measured parts: a) convex; b) concave

Caption: 2 pav. Vertikaliu pjuviu iAUdestymas iAUkilaus profilio detaleje Fig. 2. Arrangement of vertical sections on the convex part

Caption: 3 pav. Horizontaliu pjuviu iAUdestymas iAUkilaus profilio detaleje Fig. 3. Arrangement of horizontal sections on the convex part

Caption: 4 pav. Skenuotos iAUkilaus profilio detales 3D vaizdas Fig. 4. 3D view of the convex part

Caption: 5 pav. IAUkilaus profilio detales vertikaliu pjuviu matavimu rezultatu vidutiniu kvadratiniu nuokrypiu reikAUmes Fig. 5. Standard deviation values of measurement results obtained for vertical sections of convex part

Caption: 6 pav. IAUkilaus profilio detales horizontaliu pjuviu matavimu rezultatu vidutiniu kvadratiniu nuokrypiu reikAUmes Fig. 6. Standard deviation values of measurement results obtained for horizontal sections of convex part

Caption: 7 pav. Igaubto profilio detales vertikaliu pjuviu matavimo rezultatu vidutiniu kvadratiniu nuokrypiu reikAUmes Fig. 7. Standard deviation values of measurement results obtained for vertical sections of concave part

Caption: 8 pav. Igaubto profilio detales horizontaliu pjuviu matavimo rezultatu vidutiniu kvadratiniu nuokrypiu reikAUmes Fig. 8. Standard deviation values of measurement results obtained for horizontal sections of concave part

Please Note: Illustration(s) are not available due to copyright restrictions.
COPYRIGHT 2017 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2017 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:coordinate measuring machine
Author:Graibus, Zilvinas; Moksin, Vadim
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Date:Dec 1, 2017
Words:2029
Previous Article:UNMANNED AERIAL VEHICLE APPLIANCE IN MICROGRAVITY RESEARCH/BEPILOCIO ORLAIVIO NAUDOJIMAS MIKROGRAVITACINIAMS TYRIMAMS.
Next Article:DALELIU JUDEJIMO AKUSTINIAME LAUKE SKAITINIS MODELIAVIMAS/NUMERICAL MODELING OF PARTICLES MOVEMENTS IN ACOUSTIC FIELD.
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2021 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters