Consultant în probleme de metodică: [309313]

[anonimizat] I

Coordonator științific:

Prof.Dr.Ing. Cristian DUDESCU

Consultant în probleme de metodică:

Prof.dr.ing. Carmen BAL

Candidat: [anonimizat]. Simona DRAGOȘ

COLEGIUL TEHNIC “ANGHEL SALIGNY”

[anonimizat]

2020

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ NAPOCA

DEPARTAMENTUL PENTRU PREGĂTIREA PERSONALULUI DIDACTIC

Sisteme optice de scanare tridimensională.

[anonimizat]:

Prof.Dr.Ing. Cristian DUDESCU

Consultant în probleme de metodică:

Prof.Dr.Ing. Carmen BAL

Candidat: [anonimizat]. Simona DRAGOȘ

COLEGIUL TEHNIC “ANGHEL SALIGNY”

[anonimizat]

2020

Aviz depunere lucrare grad didactic

Subsemnatul Prof.dr.ing. [anonimizat]-științifice cu titlul “Sisteme optice de scanare tridimensională. [anonimizat]”, elaborată de doamna profesor ing. [anonimizat], în vederea onținerii gradului didactic I.

Data: Semnătura:

…………………… …………………………..

SISTEME OPTICE DE SCANARE TRIDIMENSIONALĂ

1. INTRODUCERE

1.1 Relevanta și actualitatea temei

1.2 Obiectivele lucrării

2. NOȚIUNI DE METROLOGIE

2.1. Introducere în metrologie

Metrologia este știința măsurărilor și a aplicațiilor acestora. Aceasta stabilește o înțelegere comună a unităților, esențială în corelarea activităților umane. [anonimizat] a [anonimizat] a fost propus un standard de lungime bazat pe o sursă naturală. Acest lucru a dus la crearea sistemului metric zecimal în anul 1795, stabilind un set de standarde pentru toate tipurile de măsurători.

[anonimizat]. Sistemul național de măsurătoare afectează modul în care sunt efectuate măsurătorile într-o [anonimizat] ([anonimizat], mediu, sănătate, industrie și încrederea consumatorilor). Efectele metrologiei asupra comerțului și economiei au un impact foarte ușor de observat asupra societății. Pentru a [anonimizat].

Fig. 1.1: Reprezentarea unui sistem național de metrologie

Metrologia este definită de Biroul Internațional de Măsuri și Greutăți (BIPM) ca fiind "[anonimizat]". Ea stabilește o înțelegere comună a unităților, esențiale pentru activitatea umană. Metrologia este împărțită în trei activități de bază care se suprapun. Prima este definirea unităților de măsură, a [anonimizat]. [anonimizat].

Ramurile fundamentale ale metrologiei sunt:

[anonimizat] referă la stabilirea unităților de măsură.

Metrologia aplicată, tehnică sau industrială, adică aplicarea măsurătorilor la procesele de fabricație și alte procese din societate.

Metrologia legală, care acoperă reglementările și cerințele legale privind instrumentele de măsură și metodele de măsurare.

Metrologia științifică are în vedere stabilirea unităților de măsură, dezvoltarea de noi metode de măsurare, realizarea standardelor de măsurare și transferul trasabilității de la aceste standarde către utilizatorii din societate. Acest tip de metrologie este considerat cel mai înalt nivel de metrologie care se străduiește să asigure cel mai înalt grad de acuratețe. BIPM menține o bază de date a capacităților metrologice de calibrare și măsurare a institutelor din întreaga lume. Aceste institute, ale căror activități sunt evaluate reciproc, oferă punctele fundamentale de referință pentru trasabilitatea metrologică. În domeniul măsurătorilor, BIPM a identificat nouă arii metrologice, cum ar fi acustica, electricitatea și magnetismul, lungimea, masa, fotometria și radiometria, radiația ionizantă, timpul și frecvența, termometria și chimia.

Metrologia aplicată, tehnică sau industrială se referă la aplicarea măsurătorilor la procesele de fabricație și alte procese similare, precum și la utilizarea lor în societate, asigurând adecvarea instrumentelor de măsurare, calibrarea acestora și controlul calității. Efectuarea unor măsurători bune este importantă în industrie, deoarece are un impact asupra valorii și calității produsului final și un impact de 10-15% asupra costurilor de producție. Deși accentul în acest domeniu al metrologiei se pune pe măsurătorile înseși, este necesară trasabilitatea calibrării dispozitivului de măsurare pentru a asigura încrederea în măsurare. Recunoașterea competenței metrologice în industrie poate fi realizată prin acorduri de recunoaștere reciprocă, revizuire sau acreditare. Metrologia industrială este importantă pentru dezvoltarea economică și industrială a unei țări, iar starea programului industrial-metrologic al unei țări poate indica starea sa economică.

Sistemul internațional de unități (SI) definește șapte unități de bază: lungimea, masa, timpul, curentul electric, temperatura termodinamică, cantitatea de substanță și intensitatea luminii. Prin convenție, fiecare dintre aceste unități este considerată independentă una de cealaltă; însă, în realitate, acestea sunt interdependente, având în vedere că unele definiții conțin și alte unități SI de bază. Toate celelalte unități SI provin din cele șapte unități de bază.

Deoarece unitățile de bază reprezintă punctele de referință pentru toate măsurătorile efectuate în unități SI, dacă valoarea de referință a modificat toate măsurătorile anterioare ar fi incorecte. Dacă o bucată din kilogramul prototip internațional s-ar rupe, ar fi în continuare definită ca un kilogram; toate valorile măsurate anterior ale unui kilogram ar fi mai grele. Importanța unităților SI reproductibile a determinat BIPM să înceapă definirea unităților SI de bază în termeni de constante fizice. Prin definirea unităților SI de bază cu privire la constantele fizice, ele sunt realizabile cu un nivel mai ridicat de precizie și reproductibilitate. Odată cu redefinirea unităților SI care apar în 20 mai 2019, kilogramul, amperul, Kelvinul și molul vor fi apoi definiți prin stabilirea unor valori numerice exacte pentru constanta Planck (h), sarcina electrică elementară (e), constanta Boltzmann (k) și constanta Avogadro (NA), respectiv. Contorul și candela sunt deja definite prin constante fizice, sub rezerva corecției cu definițiile lor actuale. Noile definiții vizează îmbunătățirea SI fără a schimba dimensiunea unităților, asigurând astfel continuitatea cu măsurătorile existente.

Realizarea unei unități de măsură este transformarea ei în realitate. Trei metode posibile de realizare sunt definite de vocabularul internațional de metrologie: o realizare fizică a unității prin definiția ei, o măsurătoare foarte reproductibilă ca o reproducere a definiției (cum ar fi efectul Hall cuantum pentru ohm) și utilizarea unui obiect fizic ca standard de măsurare.

Un standard (sau etalon) este un obiect, sistem sau experiment cu o relație definită printr-o unitate de măsură a unei cantități fizice. Standardele reprezintă referința fundamentală pentru un sistem de greutăți și măsuri prin realizarea, păstrarea sau reproducerea unei unități față de care pot fi comparate dispozitivele de măsurare. Există trei niveluri de standarde în ierarhia metrologiei: standarde primare, secundare și de lucru. Standardele primare (cea mai înaltă calitate) nu se raportează la nici un alt standard. Standardele secundare sunt calibrate cu referire la un standard primar. Standardele de lucru, utilizate pentru calibrarea (sau verificarea) instrumentelor de măsurare sau a altor măsuri materiale, sunt etalonate în ceea ce privește standardele secundare. Ierarhia păstrează calitatea standardelor superioare. Un exemplu de standard ar fi blocurile de măsură pentru lungime. Un etalon este un bloc de metal sau ceramică, cu două fețe opuse, plate și paralele, de precizie ridicată și la o distanță exactă. Lungimea căii de lumină în vid în timpul unui interval de timp de 1 / 299,792,458 dintr-o secundă este cuprinsă într-un standard de artefact cum ar fi un etalon; acest bloc de măsură este apoi un standard primar care poate fi utilizat pentru calibrarea standardelor secundare prin intermediul comparatoarelor mecanice.

Fig. 1.2. Set de etaloane pentru lungimi

(http://etaloane.metromat.ro/img/lungimi.png)

Trasabilitatea metrologică este definită ca „proprietatea unui rezultat de măsurarea prin care acesta poate fi legat de o referință printr-un lanț de calibrări documentat, fiecare contribuind la incertitudinea de măsurare”. Aceasta permite compararea și verificarea măsurătorilor cu un rezultat anterior din același laborator (măsurat cu un an în urmă) sau cu rezultatul unei măsurători efectuate oriunde altundeva în lume. Lanțul de trasabilitate permite ca orice măsurătoare să fie relaționată cu niveluri mai ridicate de măsurători trasând înapoi la definiția originală a unității.

Metoda cel mai des folosită pentru obținerea trasabilității este calibrarea, procedeu care stabilește relația dintre o indicație pe un instrument de măsură (sau un standard secundar) și valoarea standardului. Procesul va determina valoarea de măsurare precum și incertitudinea dispozitivului care este calibrat și va crea o legătură de trasabilitate cu standardul de măsurare.

Motivele principale pentru calibrare sunt:

Asigurarea trasabilității

Asigurarea că instrumentul (sau standardul) este compatibil cu alte măsurători

Determinarea acurateții

Stabilirea fiabilității

Trasabilitatea funcționează ca o piramidă. La cel mai înalt nivel se află standardele internaționale, pe nivelul următor se situează institutele naționale de metrologie, care sunt responsabile cu calibrarea standardelor primare prin realizarea unităților care creează lanțul de trasabilitate dintre standardul primar și definiția unității. Prin calibrări ulterioare între institutele naționale de metrologie, laboratoarele de calibrare și laboratoarele din industrie și de testare se propagă definiția unității înspre părțile de jos ale piramidei. Lanțul de calibrare funcționează în sus din partea inferioară a piramidei, unde măsurătorile efectuate de industrie și laboratoarele de testare pot fi legate direct de definiția unității din partea de sus prin lanțul de trasabilitate creat cu ajutorul calibrării.

2.2 Metrologia 3D

Metrologia 3D este știința măsurării în trei dimensiuni (x, y, z). Măsurarea 3D este adesea folosită în inspecția calității, de exemplu:

Măsurători manuale: Operatorii umani calificați utilizează instrumente de măsură manuale cu indicatori pentru a lua măsurătorile necesare ale unei părți fabricate în anumite puncte de pe suprafața sa.

CMM (mașină de măsurare a coordonatelor): Ca un etrier automat, un CMM utilizează senzori de atingere pentru a măsura suprafața dorită a unui obiect.

Scanere 3D: Folosind lumina (sau laserele) în detrimentul contactului, întreaga suprafață a unui obiect este scanată în câteva secunde pentru a obține un “nor de puncte” dens al suprafeței obiectului.

Un instrument de măsură, în știință și inginerie, este un dispozitiv folosit pentru a efectua măsurători sau pentru a afișa anumite informații dimensionale. Există o mare varietate de instrumente care servesc unor astfel de funcții, variind de la piese simple de material, la care dimensiunile pot fi măsurate până la bucăți complexe de mașini. În funcție de utilizare, un indicator poate fi descris ca fiind "un dispozitiv pentru măsurarea unei cantități fizice", de exemplu "pentru a determina grosimea, spațiul gol, diametrul materialelor sau presiunea debitului", dispozitiv care afișează măsurarea unui sistem monitorizat prin utilizarea unui ac sau a unui pointer care se mișcă de-a lungul unei scale calibrate ".

O mașină de măsurat în coordonate (CMM) este un dispozitiv care măsoară geometria obiectelor fizice prin detectarea punctelor discrete pe suprafața obiectului cu o sondă. Diferite tipuri de sonde sunt utilizate în CMM-uri, inclusiv lumini mecanice, optice, laser și albe. În funcție de mașină, poziția sondei poate fi controlată manual de un operator sau poate fi controlată de calculator. CMM-urile specifică de obicei poziția unei sonde în ceea ce privește deplasarea acesteia dintr-o poziție de referință într-un sistem tridimensional de coordonate carteziene (adică cu axele XYZ). Pe lângă mișcarea sondei de-a lungul axelor X, Y și Z, multe mașini permit, de asemenea, unghiul sondei să fie controlat pentru a permite măsurarea suprafețelor care altfel ar fi inaccesibile.

Mașinile de măsurare a coordonatelor includ trei componente principale:

Structura principală care include trei axe de mișcare

Sistemul de sondare (capul de măsură)

Sistemul de colectare și reducere a datelor include de obicei un controler de mașină, un computer desktop și software de aplicație

Fig 1.3. Mașină de măsurat în coordonate

(http://www.lkmetrology.com)

Metrologia optică pentru măsurarea coordonatelor 3D este un instrument devenit standard de control al calității în industrie. Automatizarea continuă să crească ca element important în lanțurile de procese industriale. Soluțiile 3D de măsurare permit companiilor să integreze metrologia optică fără probleme în procesele lor de asigurare a calității și să stabilească noi standarde în ceea ce privește siguranța procesului și ușurința de operare.

2.3 Scanere 3D

Sistemele de măsurare bazate pe principiul non-contact sunt utilizate din ce în ce mai mult în metrologia din domeniul ingineriei datorită eficienței lor atunci când se măsoară un obiect imposibil de măsurat cu ajutorul mașinilor în coordonate sau atunci când măsurarea acestora poate deveni foarte complicată. Inspecția elementelor individuale din desene în timpul controlului calității a fost un proces extrem de intens înainte să fie posibilă verificarea full-field a acestora. Prin urmare, industria a optat pentru migrarea către metrologia optică.

b)

c) d)

Fig. 1.4. Scanere 3D: a)GOM Atos Core, b)VIUscan 3D, c)Scan in a Box, d)Einscan SE

Un sistem optic 3D de digitizare, măsoară forma completă a pieselor. Această tehnologie este folosită în principal în industria de automobile în aplicații de inginerie inversă, analiză și control al calității:

Prima inspecție a articolului

Controlul ansamblului

Producerea și optimizarea sculelor

Monitorizarea producției și

Inspectarea componentelor de intrare

Principalele avantaje ale acestei tehnologii relativ noi sunt:

acoperirea și vizualizarea pieselor complete în 3D, precum și compararea cu datele CAD

proces de măsurare rapidă în comparație cu sistemele de măsurare tradiționale cu senzor tactil cum ar fi mașinile de măsurare a coordonatelor

rezoluție și precizie ridicată care depășesc cerințele aplicațiilor și aplicațiilor conexe

mobilitatea sistemului care permite măsurarea pieselor în locuri diferite.

Importanța acestei tehnologii va crește și mai mult pe viitor, deoarece îmbunătățește activitatea de proiectare – dezvoltare, micșorează timpii de control și scurtează reacția la monitorizarea producției.

Sistemele optice de măsurare pot fi ușor integrate în diferite standuri de testare. În același timp, ele pot determina deformări statice și dinamice prin inspecții bazate pe puncte

individuale și full-field. Rezultatele sunt disponibile imediat după măsurare și pot fi afișate în diagrame, videoclipuri și imagini ușor de înțeles.

Prin utilizarea unor metode precum proiecția franjelor de lumină și triangularea, algoritmii de machine vision pot fi utilizați pentru a crea o reprezentare digitală 3D a unui obiect fizic. Dacă reprezentarea 3D este precisă din punct de vedere al dimensiunilor, poate fi numită scanner 3D destinat aplicațiilor metrologice, cum ar fi un scaner 3D GOM. Metrologia de scanare 3D de clasă este deosebit de eficientă pentru inspecția de calitate a pieselor care au forme complexe, curbe compuse și caracteristici multiple.

Un domeniu important în care se utilizează date obținute prin măsurări 3D este verificarea modelelor simulate. Sistemele mecatronice moderne de sunt extrem de complexe, astfel încât totul este simulat în timpul procesului de dezvoltare. Pentru a compara simulările cu realitatea, sunt necesare date complete de măsurare 3D în loc de doar câteva semnale individuale. Rezultatele permit utilizatorilor să revadă și să îmbunătățească parametrii de simulare, precum și să optimizeze procesele de proiectare actuale și viitoare. Astfel, pot reduce numărul de teste costisitoare și, prin urmare, accelerează dezvoltarea produselor. În același timp, rezultatele măsurătorilor 3D permit să se tragă concluzii privind riscurile de siguranță, durabilitatea pieselor, precum și procesele de fluaj și îmbătrânire. Aceasta crește nu numai siguranța, ci și durata de viață a produselor.

Un alt exemplu utilizare a metrologiei optice este în domeniul confecțiilor plastice sau metalice, și anume capacitatea de a identifica potențialele probleme care apar în mod frecvent în procesul de fabricație. Rezultatele măsurării full-field permit identificarea acestora cu promptitudine, identificarea locației lor și generarea datelor tehnice care să le susțină. Acesta este un mare avantaj pentru producătorii din industrie, deoarece aceștia pot vedea rapid dacă și cum trebuie să intervină în geometria sculei sau dacă parametrii de pe mașina de prelucrare trebuie să se schimbe. Cu ajutorul comparației de suprafață cu datele CAD, inginerii din industrie pot chiar să detecteze dacă o problemă specifică apare datorită sculei sau în procesul de prelucrare sau injecție/turnare.

2.4 Metrologia suprafețelor

Metrologia suprafețelor înseamnă măsurarea deviației de la forma inițială stabilită prin proiectare a unei piese prelucrate. Aceasta include aspecte precum deviațiile suprafețelor, precum și abaterile de circularitate, planeitate, cilindricitate, etc. De asemenea in acest domeniu intră și textura suprafețelor.

Fig. 1.5: Comparația suprafeței prelucrate față de modelul CAD [www.gom.com]

Multe tipuri de trăsături geometrice pot fi considerate abateri de suprafață. Exemple sunt abateri de la forma gemoetrică, erori de coilindricitate sau conicitate sau paralelism. Această caracterizare nu este atât de simplă pe cât pare la prima vedere. De exemplu, raza unui cerc poate fi considerată ca aparținând metrologiei dimensionale, în timp ce curbura locală a cercului se află în domeniul metrologiei suprafeței.

Probabil, cel mai bun mod de a plasa rolul metrologiei suprafețelor este de a lua în considerare ceea ce trebuie măsurat pentru a permite o piesă prelucrată să funcționeze conform scopului proiectantului. Presupunând că materialul a fost specificat corect și că piesa de prelucrat a fost făcută din el, primul lucru care trebuie făcut este măsurarea dimensiunilor. Acestea vor fi specificate pe desen sub formă de toleranță. În această categorie sunt incluse măsurarea lungimii, ariei, poziției, razei și așa mai departe.

Astfel, metrologia dimensională este un prim obiectiv deoarece asigură că dimensiunea piesei de prelucrat este conform dorinței designerului. Aceasta, la rândul său, asigură faptul că piesa se va asambla corect într-un motor, cutie de viteze sau așa mai departe; caracteristicile statice fiind, prin urmare, îndeplinite. Acest lucru nu este suficient totuși pentru a se asigura că piesa de prelucrat va satisface funcția sa; este posibil de exemplu să nu poată să se rotească sau să se miște. Aici devine importantă metrologia suprafeței.

Metrologia suprafețelor asigură că toate aspectele geometrice ale suprafeței sunt cunoscute și de preferință controlate. Dacă forma și textura piesei de prelucrat sunt corecte, aceasta va fi capabilă să se deplaseze la viteze, sarcini și temperaturi specificate în proiect. Prin urmare, caracteristicile dinamice sunt de asemenea satisfăcute.

Fig. 1.6: Locul măsurătorilor în procesul de fabricație

3. SISTEME DE MĂSURARE BAZATE PE PROIECȚIA FRANJELOR

3.1 Sistemul ATOS

ATOS este un scaner 3D industrial, de mare rezoluție bazat pe tehnologie optică. Sistemul ATOS generează date măsurate tridimensional pentru orice tip de componente industriale. Ex: piese obținute prin aschiere, turnare, forjare sau injecție, elemente din tablă ambutisata, matrițe (turnătorie, injecție, forjă) palete de turbină și rotori paletați.

Spre deosebire de sistemele deja clasice de masura CMM ce masoară tactil, punct cu punct, sistemul ATOS masoară fara contact întreaga suprafața a obiectului generând un "nor de puncte" foarte dens ce înmagazinează cu deosebită acuratețe detaliile reperului.

Fig. 2.1: Sistemul de scanare 3D ATOS [www.gom.com]

Sistemul optic 3D de digitizare ATOS măsoară forma completă a pieselor. Această tehnologie este folosită în principal în industria de automobile în aplicații de inginerie inversă, analiză și control al calității:

Prima inspecție a articolului

Controlul calității (dimensiuni și abateri)

Producerea și optimizarea sculelor

Monitorizarea producției

Inspecția pieselor (defecte de suprafață, duloare, amplasare componente electronice, etc.)

Principalele avantaje ale acestei tehnologii relativ noi sunt:

Acoperirea și vizualizarea părților complete în 3D, precum și compararea cu datele CAD

Proces de măsurare rapidă în comparație cu sistemele de măsurare bazate pe sondă tactilă tradițională, cum ar fi mașinile de măsurat coordonatele

Acuratețe și rezoluție înaltă care depășesc cerințele aplicațiilor curente

Mobilitatea sistemului care permite măsurarea pieselor în locuri diferite

Importanța acestei tehnologii va crește și mai mult pe viitor, deoarece îmbunătățește activitatea de proiectare – dezvoltare, micșorează timpii de control și scurtează reacția la monitorizarea producției.

Fig. 2.2: Componentele sistemului ATOS [www.gom.com]

Scanerul are in componență un sistem optic format din doua camere video care lucreaza utilizând principiul triangulație și un sistem de proiecție a franjelor de lumină numită “Heterodyne Phase-Shift”. Lucrind in conexiune se obțin coodonatele 3D ale punctelor ce materializează suprafața obiectului cu o deosebită acuratețe

Fig. 2.3: Sistemul de camere stereo [2]

3.2 Principiul metodei

Sistemul ATOS se bazează pe principiul triangulării: Unitatea senzorială proiectează diferite modele de franje pe obiectul care urmează să fie măsurat și le observă cu cele două camere (figura 2.1). Pe baza ecuațiilor de transformare optică, calculatorul procesează automat coordonatele 3D pentru fiecare pixel cu mare precizie. În funcție de rezoluția camerei, pentru fiecare măsurătoare individuală rezultă un nor de puncte de până la 4 milioane de puncte de suprafață.

Fig. 3.1: Unitatea senzorială ATOS [2]

Franjele luminoase reprezintă proiecția unei suprafețe luminoase cu un model liniar pe piesa destinată scanării. Astfel se creează „linii de intersecție” de-a lungul suprafeței obiectului, linii care oferă informații privind adâncimea obiectului scanat.

Imaginea liniilor este achiziționată de către senzorul digital (detectorul) al camerei video. Fiecărui pixel de pe CCD activat de lumina liniei îi corespunde un punct de pe suprafață. Corespondența este calculată utilizând principiul triangulației. Suprafața scanată este vizualizată digital sub forma unui nor de punce în spațiul 3D.

Fig. 3.2: Sistemul de proiecție al franjelor de lumină [2]

Ca reguli de proiecție a franjelor, acestea sunt:

Cu lățime variabilă (de regulă, 4 valori pentru lățimi)

Decalate la un sfert de lungime de undă

Un ciclu de scanare durează de regulă, 2 secunde și astfel este crescută densitatea norului de puncte obținut în urma scanării.

Fig. 3.3: Tipurile de franje proiectate pe obiect [2]

Detecția optică heterodinică este o metodă de extragere a informațiilor codificate ca modulare a fazei, frecvenței sau ambelor radiații electromagnetice în banda de lungime de undă a luminii vizibile sau infraroșii. Semnalul de lumină este comparat cu lumina standard sau de referință de la un "oscilator local" (LO) care ar avea o decalare fixă în frecvență și fază din semnal dacă acesta din urmă a purtat informații nul. "Heterodina" semnifică mai mult de o frecvență, spre deosebire de frecvența unică utilizată în detecția homodinelor.

Comparația celor două semnale luminoase este în mod uzual realizată prin combinarea lor într-un detector cu fotodiodă, care are un răspuns liniar în energie și, prin urmare, patrat în amplitudinea câmpului electromagnetic. În mod obișnuit, cele două frecvențe luminoase sunt destul de similare încât diferența sau frecvența de puls produsă de detector este în banda radio sau cea a microundelor care poate fi prelucrată convenabil prin mijloace electronice.

Această tehnică a devenit pe scară largă aplicabilă imagisticii topografice și a imagisticii sensibile la viteză odată cu invenția din anii 1990 a detecției heterodinică cu matrice sintetică. Lumina reflectată dintr-o cadru țintă este focalizată pe un fotodetector format dintr-un singur pixel fizic mare, în timp ce o altă frecvență LO este, de asemenea, concentrată pe fiecare pixel virtual al acestui detector, rezultând un semnal electric de la detectorul care poartă un amestec de frecvențe de puls care pot fi izolate electronic și distribuite spațial pentru a prezenta o imagine a cadrului.

3.3 Determinarea reliefului obiectelor

3.3.1 Phase-Shifting

Configurația geometrică a proiecției franjelor pentru măsurarea formei și deformării în afara planului este prezentată în figura 2.4, în care axele proiectorului și ale camerei CCD sunt simetrice față de o axă verticală. Când modelele sunt proiectate pe o suprafață de testare, imaginile franjelor deformate sunt captate de o cameră CCD. Conform principiului măsurării prin triangulare, diferența de fază a modelului de franje deformat este legată de informațiile de înălțime ale specimenului. Deoarece OAB și ODC sunt asemenea din punct de vedere geometric, înălțimea poate fi obținută prin formula:

Relația dintre diferența de fază și poate fi descrisă sub forma: , unde este frecvența spațială a franjelor proiectate

Fig. 3.4: Schema configurației sistemului de proiecție de franje și de măsurare a deformațiilor out-of-plane [8]

Dacă distanța de lucru a obiectivelor este suficient de mare în comparație cu specimenul de testare, relația dintre diferența de fază și înălțimea obiectului poate fi descrisă sub forma ecuației:

, unde k este un coeficient optic, ce se referă la configurația sistemului.

Prin această metodă se poate determina conturul obiectului. Deformarea în afara planului acestuia poate fi calculată prin scăderea hărții de contur a punctelor deformate și a eșantionului de referință după formula:

Pentru a îmbunătăți precizia coordonatelor imaginii punctelor obținute, tehnica 2-D de corelare digitală a imaginilor este folosită pentru a obține câmpurile deplasărilor și . În general, și ale punctului deformat de pe obiect sunt valori non-întregi (la nivel de sub-pixeli) și, prin urmare, procesul de interpolare trebuie aplicat pe o hartă a conturului pentru a obține datele potrivite.

Tehnica de „phase-shifting” a fost folosită pe scară largă pentru recuperarea fazelor în interferometrie și proiecție a franjelor, datorită preciziei sale înalte. Astfel, este folosit un algoritm de deplasare a fazelor în patru pași cu un defazaj de și astfel, cele patru imagini pot fi scrise sub forma:

reprezintă intensitatea fundalului, este modularea intensității și este faza care urmează a fi determinată. Rezolvând cele patru ecuații simultan, poate fi obținută distribuția fazelor la fiecare punct :

Astfel, poate fi preluată harta de fază continuă după efectuarea procesului de desfacere. Prin efectuarea procesului de calibrare, poate fi determinată relația dintre informațiile de fază și cele de înălțime.

3.3.2 Principiul triangulației

În trigonometrie și geometrie, triangularea este procesul de determinare a locului unui punct prin formarea de triunghiuri de la puncte adiacente cunoscute.

Sistemele de măsurare 3D optice utilizează acest principiu pentru a determina dimensiunile spațiale și geometria unui element. Practic, configurația constă din doi senzori care respectă elementul. Unul dintre senzori este de obicei un aparat de fotografiat digital, iar celălalt poate fi de asemenea un aparat de fotografiat sau un proiector de lumină. Centrele de proiecție ale senzorilor și punctul considerat pe suprafața obiectului definesc un triunghi (spațial). În acest triunghi, distanța dintre senzori este baza b și trebuie cunoscută. Prin determinarea unghiurilor dintre razele de proiecție ale senzorilor și baza, punctul de intersecție, și astfel coordonatele 3D, se calculează din relațiile triunghiulare.

Unitatea de proiecție și camerele sunt integrate în capul de scanare al senzorului ATOS. Configurația geometrică a sistemului și parametrii distorsionării lentilelor sunt calibrate folosind metode fotogrametrice. Utilizatorul poate apoi să poziționeze capul senzorului pe stand în fața piesei de scanat manual sau folosind tehnologie robotică auxiliară. Markerii aplicați pe obiectul însuși și/sau pe elementul de fixare servesc ca puncte de referință pentru scaner.

Un mesh poligonal este o colecție de vârfuri, muchii și fețe care definesc forma unui obiect poliedric în grafica 3D și modelare a solidelor. Fețele constau, de obicei, din triunghiuri (meshuri triunghiulare) sau alte poligoane simple convexe, deoarece aceasta simplifică randarea, dar pot fi de asemenea compuse din mai multe poligoane concave sau poligoane cu găuri.

Varietatea operațiunilor efectuate pe mesh-uri poate include logica booleană, netezirea, simplificarea și multe altele. Meshurile volumetrice se deosebesc de meshurile poligonale prin faptul că ele reprezintă în mod explicit suprafața și volumul unei structuri, în timp ce meshurile poligonale reprezintă doar suprafața (volumul este implicit). Deoarece meshurile poligonale sunt utilizate pe scară largă în grafica computerizată, există și algoritmi pentru urmărirea razei, detectarea coliziunilor și dinamica corpului rigid.

Obiectele create cu meshuri poligonale trebuie să conțină diferite tipuri de elemente. Acestea includ vârfuri, muchii, fețe, poligoane și suprafețe. În multe aplicații, sunt stocate numai vârfuri, muchii și fețe sau poligoane. Un renderer poate suporta doar fețe cu 3 părți, astfel încât poligoanele trebuie să fie construite din mai multe astfel de fețe. Cu toate acestea, aplicațiile de randare pot suporta atât poligoane cu 4 fețe, cât și poligoane superioare, sau pot transforma poligoanele în triunghiuri într-un timp foarte scurt, ceea ce face inutilă stocarea unei rețele într-o formă triunghiulară.

Nodurile: O poziție (de obicei în spațiul 3D) împreună cu alte informații, cum ar fi culoarea, vectorul normal și coordonatele de textură.

Muchiile: O conexiune între două noduri.

Fețele: O mulțime de muchii, în care o față triunghiulară are trei uchii, și o față patrulateră are patru margini. Un poligon este un set coplanar de fețe. În sistemele care suportă poligoane cu mai multe fețe, poligoanele și fețele sunt echivalente. Cu toate acestea, majoritatea echipamentelor de randare suportă numai poligoane cu 3 sau 4 fețe, astfel încât poligoanele sunt reprezentate ca fețe multiple. Din punct de vedere matematic, un mesh poligonal poate fi considerat drept o rețea nestructurată sau un grafic nedirecționat, cu proprietăți adiționale de geometrie, formă și topologie.

Suprafețele: Mai des numite grupuri de netezire, sunt utile, dar nu sunt necesare pentru gruparea regiunilor netede. Pentru umbrirea netedă a laturilor, toate normalele de suprafață trebuie să fie orientate orizontal de la centru, în timp ce normalele fețelor superioare trebuie să fie verticale. Randate ca o singură suprafață, vârfurile ar avea normale incorecte. Astfel, este necesar un mod de a determina unde să înceteze netezirea pentru a grupa părțile netede ale unei suprafețe de mesh. Ca o alternativă la furnizarea de suprafețe sau grupuri de netezire, un mesh poate conține și alte date pentru calcularea acelorași date, cum ar fi un unghi de despicare (poligoane cu normale deasupra acestui prag sunt fie tratate automat ca grupuri de netezire separate, fie ca o tehnică cum ar fi divizarea sau ștanțarea este aplicată automat la marginea dintre ele). În plus, meshurile de rezoluție foarte înalte sunt mai puțin supuse unor probleme care ar necesita grupări netezitoare, deoarece poligoanele lor sunt atât de mici încât să facă nevoia irelevantă. Mai mult, există o altă alternativă în posibilitatea de a detașa pur și simplu suprafețele de restul meshului. Softul de randare nu încearcă astfel să neteze margini pe poligoane încontinuu.

Coordonate UV: Cele mai multe formate de meshuri suportă, de asemenea, o formă de coordonate UV care sunt reprezentare separată 2D a meshului "desfășurată" pentru a arăta ce porțiune a unei hărți de textură bidimensională se aplică diferitelor poligoane ale ochiului de plasă. De asemenea, este posibil ca rețelele să conțină alte informații despre atributele vertexului, cum ar fi culoarea, vectorii tangente, hărțile greutăților pentru a controla animația etc. (uneori numite și canale).

Pentru a digitaliza complet un obiect, sunt necesare mai multe măsurători individuale din diferite perspective. Transformarea într-un sistem global de coordonate se face automat prin intermediul punctelor de referință. Utilizatorul poate observa continuu progresul digitizării pe ecran. Fiecare măsurătoare individuală completează construirea modelului 3D al obiectului care urmează să fie scanat. În final, la sfârșitul procesului de digitizare, un mesh poligonizat de înaltă rezoluție a suprafeței descrie complet obiectul. În general, acest mesh este bazat pe curbură subțire pentru a reduce cantitatea de date.

Fig. 2.5: Rezultatul digitizării [4]

Pentru obiecte cu dimensiuni ce depășesc volumul de măsură al sistemului ATOS, punctele de referință pot fi capturate anterior scanării 3D cu ajutorul sistemului TRITOP, astfel acuratețea datelor nu va fi alterată și timpul de măsurare va fi redus semnificativ.

3.3 Caracteristicile sistemului

Senzorii ATOS returnează coordonatele 3D full-field distribuite pentru fiecare măsurare individuală. Până la 16 milioane de puncte independente sunt capturate în câteva secunde. Datele de măsurare sunt caracterizate printr-o reproducere foarte precisă, ceea ce permite măsurarea unor componente până la cele mai mici detalii.

Principiul „Triple Scan”: Modele de franje de înaltă precizie sunt proiectate pe suprafața obiectului scanat, acestea fiind citite de către cele două camere ale senzorului pe principiul camerelor stereo. Datorită calibrării în avans a traseelor celor două camere și cel al proiectorului, punctele 3D de pe suprafață pot fi calculate din intersecția a trei raze diferite: camera stângă cu camera dreaptă și ambele individual cu proiectorul de franje. Acest principiu oferă avantaje în măsurarea suprafețelor cu reflecții și a obiectelor cu indentări. În cazul în care una dintre intersecțiile de raze nu este posibilă din varii motive, celelalte două sunt utilizate. Rezultatul este o distribuție completă și uniformă a punctelor de măsură, fără spații sau puncte neregulate.

Fig. 2.6: Principiul „Triple Scan” [26]

Tehnologia „Blue Light”: Dispozitivul de proiecție utilizează o lumină LED albastră cu o lungime de undă joasă și foarte îngustă , fapt care ajută la filtrarea oricărui tip de lumină ambientală. Astfel, datele obținute sunt de o calitate superioară datorită lipsei de reflexii sau zgomot din mediu. De asemenea, sursa de lumină este una de putere înaltă astfel încât să permită măsurători rapide chiar și pe suprafețe mai dificile.

Referențierea Dinamică: Combinarea sistemului stereo-camera cu marcherii de referință GOM oferă pentru fiecare măsurătoare individuală un sistem de ecuații supradeterminat. Acest lucru ne permite să verificăm in timp real starea de calibrare, calitatea datelor sau miscarea echipamentului.

Monitorizare integrată : Prin combinarea tuturor acestor verificări pe durata măsurării se asigură un proces stabil și sigur de digitizare 3D și implicit o precizie foarte bună a datelor obținute. Astfel, sunt asigurate:

Aliniere automată a măsurătorilor individuale

Date măsurate și pozitionate fără intervenția operatorului

Urmărire live a poziției senzorului relativ la obiect

Poziționare independentă a obiectului față de senzor

Monitorizare live a mișcarii obiectului/ senzorului și a condițiilor de iluminare

Prevenirea erorilor de măsurare

Monitorizare live a stării de calibrare a senzorului

Certitudinea acurateței măsurătorilor obținute

Fig. 2.7: Sistemele de monitorizare integrată [2]

Prioiecția elementelor virtuale pe suprafața obiectelor reale, cu scopul de a ușura identificarea zonelor neconforme sau poziționarea corectă din modelul CAD față de modelul real.

Aplicații în industrie:

Marcarea rapidă a zonelor neconforme

Marcarea poziționării din mașina CNC

Curbe de design (ex: pentru design auto)

Fig. 2.8: Sistemul „Back Projection” [2]

Urmărirea în timp real a elementelor permite alinierea și poziționarea componentelor precum și transferul poziției virtuale în sistemul de coordonate real

Fig. 2.9: Urmărire în timp real a componentelor [2]

3.4 Configurații hardware

ATOS Core este varianta specializată în măsurarea tridimensională a componentelor mici cu o dimensiune de până la 500 milimetri. Senzorul constituie baza pentru o gamă variată de sarcini de măsurare – de la scanarea simplă 3D până la procesele de măsurare și inspecție complet automatizate. ATOS Core este utilizat pentru măsurarea tridimensională a obiectelor mici și mijlocii, cum ar fi miezurile ceramice și piesele turnate sau din material plastic.

Senzorul este dotat cu camere stereo de 5 megapixeli cu timpi de scanare de aproximatic o secundă și există în șapte configurații nemodulare cu volumule de măsură de 45mm, 80mm, 135mm, 185mm, 200mm, 300mm, 500mm. Sistemul utilizează tehnologiile Blue Light și Triple Scan, acesta având posibilitatea de a fi montat și în mașina complet automatizată de măsurare ATOS ScanBox. Conexiunea cu unitatea de calcul este realizată prin cablu Ethernet la viteză Gigabit.

Fig. 2.10: ATOS Core [23]

Tabel 2.1: Datele tehnice ale sistemului ATOS Core [18]

ATOS Compact Scan este varianta axată în primul rând pe portabilitate, pentru măsurători pe teren sau în condiții dificile. Datorită construcției modulare, poate fi adaptat cu ușurință la rezoluția și volumul de măsură necesar diverselor aplicații.

Senzorul este dotat cu camere stereo de 5 sau 12 megapixeli cu timpi de scanare de aproximativ o secundă și există în trei configurații modulare cu volumule de măsură de 45mm, 80mm, 170mm, 350mm, 600mm, 700mm, 1200mm. Sistemul utilizează tehnologiile Blue Light și Triple Scan, iar măsurătorile în zone cu acces optic dificil pot fi asistate cu ajutorul GOM Touch Probe. Conexiunea cu unitatea de calcul este realizată prin cablu Ethernet la viteză Gigabit.

Fig. 2.11: ATOS Compact Scan [23]

Tabel 2.2: Datele tehnice ale cadrului destinat măsurării obiectelor de dimensiuni mici [18]

Tabel 2.2: Datele tehnice ale cadrului de 300 mm [18]

Tabel 2.2: Datele tehnice ale cadrului de 500 mm [18]

ATOS Capsule este o mașină de măsurare optică de precizie (OPMM) pentru digitizarea completă a geometriei pieselor, pentru control dimensional și/sau pentru aplicații de inginerie inversă. Sistemul de proiecție de franje al seriei ATOS este utilizat pentru asigurarea calității producției pieselor mici și mijlocii și excelează prin înaltă precizie pentru detalii fine. ATOS Capsule este utilizat, de exemplu, pentru inspecția în primul rând a uneltelor, a lamelor de turbină și a roților, precum și a părților medicale.

Datorită designului carcasei, ATOS Capsule asigură stabilitatea proceselor pentru aplicațiile automate. Carcasa unibody construită din aluminiu fabricat cu precizie asigură o rigiditate maximă și rezultate precise de măsurare pentru uz industrial. Componentele optice și electronice sunt protejate împotriva prafului și a stropilor de apă. Modularitatea este de asemenea asigurată prin posibilitatea de schimbare a volumelor de măsură.

Senzorul este dotat cu camere stereo de 8 sau 12 megapixeli cu timpi de scanare de aproximativ 0,5 secunde și există în două configurații modulare cu volumule de măsură de 70mm, 120mm, 200mm, 320mm, cu o distanță focală de 290mm. Sistemul utilizează tehnologiile Blue Light și Triple Scan, acesta având posibilitatea de a fi montat și în mașina complet automatizată de măsurare ATOS ScanBox și totodată, beneficiază de tehnologiile auxiliare ATOS Plus și GOM Touch Probe. Conexiunea cu unitatea de calcul este realizată prin cablu Ethernet la viteză 10xGigabit.

Fig. 2.12: ATOS Capsule [23]

Tabel 2.3: Datele tehnice ale sistemului ATOS Capsule [18]

ATOS Triple Scan este de câțiva ani vârful de gamă în tehnologia de scanare 3D. Datorită volumelor de măsură interschimbabile, cu ajutorul scanerului putem măsura piese de dimensiunea unei monezi până la dimensiuni comparabile cu ale unui avion de pasageri.

Precizia, rezoluția și volumul de măsură sunt complet adaptabile necesitătii aplicației urmarite. Varianta mobilă a echipamentului permite efectuarea operațiilor de măsurare atât în laboratorul de metrologie cât și în hala de producție, un avantaj major în cazul pieselor ce nu pot fi deplasate din poziția de lucru. Versiunea staționară (semiautomatizată) cât și variantele de celule robotizate de scanare 3D ofera un grad sporit de automatizare.

Senzorul este dotat cu camere stereo de 5, 8 sau 16 megapixeli cu timpi de scanare de aproximatic o secundă și există în trei configurații modulare cu volumule de măsură de la 38 x 29 mm² până la 2,000 x 1,500 mm². Sistemul utilizează tehnologiile Blue Light și Triple Scan, acesta având posibilitatea de a fi montat și în mașina complet automatizată de măsurare ATOS ScanBox și totodată, beneficiază de tehnologiile auxiliare ATOS Plus și GOM Touch Probe. Conexiunea cu unitatea de calcul este realizată prin cablu Ethernet la viteză Gigabit.

Fig. 2.13: ATOS Triple Scan [23]

Tabel 2.4: Datele tehnice ale sistemului ATOS Triple Scan [26]

ATOS 5/5X este noua generație de scanere dezvoltate de compania germană GOM. Noile modele redefinesc standardele în scanarea 3D industrială, atât prin viteza de achiziție cât și prin suprafața ce poate fi măsurată dintr-o singură poziție de scanare. Sistemul obține date de înaltă precizie într-un timp de măsurare foarte scurt, viteza de achiziție pornind de la 0,2 secunde.

Calitatea datelor generate cu noile sisteme este evidențiată prin claritatea detaliată a modelelor 3D, de exemplu, prin afișarea precisă a celor mai mici detalii (raze înguste ale paletelor de turbină, muchiile pieselor deformate plastic la rece, etc.).

Senzorul este dotat cu camere stereo de 8 sau 12 megapixeli cu timpi de scanare de aproximativ 0,2 secunde și există în trei configurații modulare cu volumule de măsură de 320mm, 500mm, 700mm, 1000mm și o distanță focală de 880mm. Sistemul utilizează tehnologiile Blue Light și Triple Scan, acesta având posibilitatea de a fi montat și în mașina complet automatizată de măsurare ATOS ScanBox și totodată, beneficiază de tehnologiile auxiliare ATOS Plus și GOM Touch Probe. Conexiunea cu unitatea de calcul este realizată prin cablu Ethernet la viteză 10xGigabit.

Fig. 2.14: ATOS 5/5X [23]

Tabel 2.5: Datele tehnice ale sistemelor ATOS 5/5X [18]

ATOS ScanBox este o mașină completă de măsurare optică 3D dezvoltată de compania GOM pentru un control eficient al calității procesului de fabricație si productie. Nouă modele sunt disponibile pentru diferite dimensiuni și aplicații.

ScanBox este un sistem all-in-one format din hardware, software-ul ATOS Professional și un modul software suplimentar – Camera de măsurare virtuală (VMR). Înainte de a fi executate, toate mișcările robotului sunt simulate în camera de măsurare virtuală și verificate pentru siguranță. După achiziționarea datelor, software-ul calculează automat mesh-ul poligonal al suprafeței piesei și datele reale ale planului de caracteristici de inspecție. Datele reale sunt comparate cu datele nominale și afișate într-un raport.

Fig. 2.15: ATOS ScanBox [24]

3.5 Caracteristici software

Pentru a asigura precizia măsurătorilor și a inspecției, sistemele ATOS sunt folosite înpreună cu pachetele software GOM, testate și certificate de cele două institute PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) și NIST (National Institute of Standards and Technology). Acuratețea software-ului de inspecție este confirmată de compararea rezultatelor obținute cu rezultatele de referință. Software-ul GOM a fost plasat în categoria 1, categoria cu cele mai mici deviații de măsurare.

Meshurile 3D ale pieselor și componentelor sunt calculate din nori de puncte 3D pentru vizualizare, simulare, reconstrucție de suprafață și comparație nominal-real. Acestea sunt de asemenea potrivite pentru asamblarea virtuală bazată pe măsurători din diferite surse. Meshurile poligonale precise pot fi exportate în mai multe formate standard, cum ar fi STL, G3D, JT Open, ASCII și PLY. Meshurile poligonale pot fi exportate în format STL și pentru aplicații cum ar fi imprimarea 3D.

Procesarea meshurilor 3D: Meshurile poligonale pot fi netezite, rărite și finisate. În plus, găurile din mesh pot fi umplute și curburile pot fi extrase. Meshurile sunt procesate folosind algoritmi și toleranțe bazate pe curbură. Software-ul oferă utilizatorului o previzualizare live a fiecărui pas de procesare. Mai mult, un mesh de aur poate fi determinat prin găsirea celui mai bun mesh sau prin calcularea unei medii a meshurilor.

Fig. 2.16: Procesarea meshurilor 3D [21]

Importul modelelor CT: Volumele scanate pot fi vizualizate și evaluate direct în software. Datele captate cu ajutorul tomografiilor computerizate pot fi importate prin drag & drop în formate comune (.vgi, .vgl, .pcr, .exv, .rek) sau ca date brute și pot fi evaluate direct. În plus, diferitele materiale ale unui obiect scanat pot fi importate ca niște meshuri separate de suprafață. Pe lângă obiectele scanate separat, software-ul permite de asemenea importarea seturilor de date care includ mai multe obiecte care au fost scanate simultan cu un CT. Până la 32 de obiecte pot fi importate simultan ca mese individuale. Software-ul GOM Inspect oferă diferite moduri de poligonizare pentru importul de date.

Importul modelelor CAD: Formatele CAD neutre, cum ar fi IGES, JT Open și STEP, precum și formate native precum CATIA, NX, Solidworks și Pro/E, pot fi importate în GOM Inspect Professional. Formatele individuale de date sunt importate prin drag & drop și sunt identificate și atribuite automat de software.

Compararția real-nominal: Meshul poligonal calculata descrie suprafețele libere și geometriile standard. Acestea pot fi comparate cu desenul sau direct cu setul de date CAD cu ajutorul unei comparații de suprafață. O analiză 3D a suprafețelor, precum și o analiză 2D a secțiunilor sau punctelor pot fi implementate în software. Este posibilă și generarea unor geometrii standard, cum ar fi linii, planuri, cercuri sau cilindri, bazate pe CAD.

Fig. 3.17: Comparația actual-nominal [21]

Alinierea: Software-ul GOM 3D conține toate funcțiile de aliniere standard. Acestea includ: alinierea RPS (Reference Point System), alinierea ierarhică bazată pe elementele de geometrie, alinierea într-un sistem local de coordonate, utilizarea punctelor de referință și a diferitelor alinieri de tipul best-fit, cum ar golbal best-fit și local best-fit. De asemenea, inginerul poate utiliza propriile alinieri specifice, de ex. pentru lamele de turbină, cum ar fi fasciculul echilibrat sau balama egalizată.

Fig. 3.18: Funcția de aliniere CAD – Mesh [21]

Analiză GD&T: Elementele GD&T corespunzătoare sunt, de exemplu, planeitatea, paralelismul sau cilindricitatea. Este posibilă o analiză standardizată a distanțelor în 2 puncte și a cerințelor maxime de material, precum și a toleranței de poziție în sistemele de referință și de coordonate locale. Software-ul GOM acceptă standardele ISO, precum și standardele ASME și implementează continuu actualizările standardelor în software.

Fig. 3.19: Proprietatea de analiză GD&T [21]

PMI: În concepte cum ar fi PLM (Product Lifetime Management), se colectează cât mai multe informații despre proces și parte, sub forma informațiilor PMI (Product Manufacturing Information), pentru a asigura o gestionare cuprinzătoare și la nivel de companie a lanțurilor de producție. Software-ul GOM suportă interfețe pentru transferurile digitale ale caracteristicilor de inspecție. Criteriile de calitate și sistemele de date care au fost implementate printr-o construcție semantică în CAD pot fi transferate digital și evaluate într-un mod contextual. Întrucât planul de inspecție este generat direct în timpul importului modelului CAD, nu mai este necesară programarea suplimentară.

Inspecția bazată pe curbe: Pe baza datelor full-field digitalizate, funcțiile de construcție pot fi aplicate pentru curbe, iar caracteristicile acestora pot fi vizualizate. Curbele de margine pot fi, de exemplu, scanate, razele și liniile de proiectare pot fi analizate și pot fi create curbe de tip spline. De asemenea, inspecția bazată pe curbe este folosită pentru evaluarea golurilor și a degajărilor.

Fig. 3.20: Inspecția bazată pe curbă [21]

Inspecția bazată pe puncte: Funcția de evaluare poate fi folosită și pentru nori de puncte. Aceasta include, de exemplu, măsurarea distanțelor dintre punctele individuale și compararea punctelor cu modelul CAD. Funcțiile de construcție pot fi apoi aplicate pentru a crea geometrii standard bazate pe mai multe puncte. Aceasta permite o analiză a preciziei dimensionale sau a unei analize GD&T asupra elementelor geometrice generate, inclusiv planeitate, cilindricitate sau precizie pozițională.

Fig. 3.21: Inspecția bazată pe puncte [21]

Inspecția defectelor de suprafață: Metrologia optică permite o evaluare asistivă și reproductibilă a defectelor de suprafață. Rezultatele sunt obiective și disponibile într-un timp mai scurt decât cu metoda convențională a pietrei de moară. Pentru ca harta de defecte de suprafață să corespundă direct formei piesei, software-ul GOM Inspect face o inspecție a defectelor de suprafață chiar și în cazul direcțiilor curbe. Mai mult, software-ul calculează în mod automat direcția normală a suprafețelor. Pentru inspecția mai multor suprafețe mari care urmează a fi analizate în aceeași direcție în conformitate cu planul de inspecție este necesară o singură hartă a defectelor.

Fig. 3.22: Inspecția defectelor de suprafață [21]

Analiza mișcării și a deformării este efectuată utilizând un concept bazat pe componente. Punctele sunt împărțite în grupuri distincte și definite ca și componente. Transformările sau corecțiile la mișcările corpului rigid pot fi apoi calculate pentru aceste componente. Analiza pe 6 grade de libertate servește la determinarea mișcărilor de translație și rotație pe toate direcțiile. Câmpurile vectoriale ajută apoi la vizualizarea mișcărilor fiecărui punct și a deformării în timp.

Fig. 3.23: Analiza mișcării și a deformării [21]

Inspecția profilelor: Sunt disponibile funcții speciale pentru controlul calității lamelor de turbină, care pot fi utilizate, de exemplu, pentru a inspecta linia medie a profilului, linia coardei profilului sau grosimea profilului paletelor turbinei pe baza secțiunilor 2D. Centrul de greutate al profilului, razele și conturul pot fi de asemenea calculate.

Fig. 3.24: Inspecția profilelor [21]

Inspecție parametrică: Software-ul GOM se bazează pe un concept parametric, care formează baza fundamentală pentru fiecare funcție. Această abordare parametrică asigură faptul că toți pașii procesului sunt trasabili, garantând astfel fiabilitatea procesului pentru măsurarea rezultatelor și rapoartelor.

Fig. 3.25: Parametrizarea procesului de inspecție [21]

Analiza trendului, SPC și a deformării: Abordarea bazată pe parametri a software-ului GOM permite analiza tendințelor pentru evaluări multiple, de ex. pentru controlul statistic al proceselor (SPC) sau analiza deformării. În consecință, mai multe părți sau etape dintr-un singur proiect pot fi evaluate într-o manieră full-field și se pot determina valori de analiză statistică, cum ar fi Cp, Cpk, Pp, Ppk, Min, Max, Avg și Sigma.

Fig. 3.26: Analiza trendului, SPC și a deformării [21]

Raportare: Modulul de raportare permite utilizatorilor să creeze rapoarte care conțin instantanee, imagini, tabele, diagrame, text și grafică. Rezultatele pot fi vizualizate și editate în interfața cu utilizatorul, precum și exportate într-un document PDF. Șabloanele personalizate sunt reutilizabile și fiecare cadru stocat într-un raport poate fi restabilit în fereastra 3D.

Fig. 2.24: Pagină a unui raport de inspecție 3D [21]

4. APLICAȚII ALE SISTEMULUI ATOS Core

Desen CAD piesa, masuratori 3D, comparare rezultate

5. CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE

6. BIBLIOGRAFIE

[2] Bulgaru M., Curs sisteme optice de măsurare 3D, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, Cluj-Napoca, România

[8] Hongjian S., Hongwei J., Guobiao Y., Xiaoyuan H., Shape and deformation measurement system by combining fringe projection and digital image correlation, Tongji University, Shanghai, China

[4] Galanulis K., Reich C., Thesing J., Winter D., Optical Digitizing by ATOS for Press Parts and Tools, GOM Optical Measuring Techniques, Braunschweig, Germania

[26] http://scanare3d.com/categorie-produs/scanare3d/

[18] https://www.capture3d.com/3d-metrology-solutions/3d-scanners

[21] https://www.gom.com/3d-software.html

Metode moderne de predare, învațare și evaluare în licee tehnologice