Kontrola jakości przy zastosowaniu skanera 3D

Kontrola jakości przy zastosowaniu skanera 3D
W wielu firmach występuje problem z weryfikacją jakości wytwarzanych
produktów. O ile kontroler jakości może łatwo przeprowadzić pomiar długości, średnicy
i innych podstawowych wartości geometrycznych przy pomocy przyrządów pomiarowych
(suwmiarka, mikrometr, głębokościomierz) lub sprawdzianu, to weryfikacja wszystkich
tolerancji naniesionych na rysunek wykonawczy lub wykonanie pomiaru elementu
zawierającego powierzchnie niemierzalne (np. zwymiarowanie maski samochodowej) jest
tymi metodami niemożliwa. W takim przypadku zastosowanie znajduje technologia
skanowania 3D, wykorzystywana już od kilkunastu lat, ale wciąż zbyt mało doceniana w
branży kontroli jakości. Dzięki niej rzeczywisty kształt obiektu w szybki i prosty sposób
przetwarzany jest do postaci wirtualnego modelu w komputerze.
Przykład zastosowania skanera 3D do kontroli jakości zaczerpnęliśmy z firmy, która
produkuje pojemniki aerozolowe. Wyprodukowane elementy różniły się od wzorca – modelu
matematycznego CAD. Użycie podstawowych przyrządów pomiarowych było w tej sytuacji
niewystarczające – firmie zależało na wysokiej dokładności oraz zachowaniu tolerancji
z rysunkiem wykonawczym. Użyto więc produkowanego przez Evatronix skanera z linii
eviXscan 3D.
Pojemniki skanowano na stoliku obrotowym. Zorientowane skany zostały scalone,
w efekcie czego uzyskano chmurę punktów, gotową do porównania z wzorcowym
modelem CAD. Na rysunku poniżej przedstawiono wygląd (model w formacie *.STL) jednego
ze skanowanych pojemników. Strona zewnętrzna modelu jest koloru niebieskiego,
a wewnętrzna – żółtego. W celu odzwierciedlenia powierzchni rzeczywistego obiektu, siatka
trójkątów nie została poddana parametrowi wygładzania.
Rysunek 1. Model w formacie *.STL uzyskany ze skanu.
Na rysunku poniżej przedstawiono wzorzec – model matematyczny CAD stworzony na
podstawie dokumentacji płaskiej (istnieje również możliwość stworzenia modelu
parametrycznego CAD na bazie chmury punktów otrzymanej ze skanowania). Model jest
w pełni edytowalny w programach wykorzystywanych do dwuwymiarowego (2D)
i trójwymiarowego (3D) komputerowego wspomagania projektowania. Model matematyczny
zorientowano globalnie względem utworzonej ze skanu siatki trójkątów, a następnie,
korzystając z funkcji best fit dopasowano oba modele względem podstawy pojemnika
aerozolowego. Następnie utworzono raport pomiarowy (rysunek 3), przedstawiający
w przejrzystej formie różnice pomiędzy obiektem i wzorcem.
Rysunek 2. Model CAD-owski pojemnika z rysunku 1. oraz dwa jego widoki – z góry i z dołu
Kolorystyczna mapa odchyłek z punktami inspekcyjnymi
Na rysunku 3. przedstawiono przykładową stronę z raportu pomiarowego. Kolor zielony
oznacza, iż mierzony detal jest najbardziej zbliżony do modelu CAD, kolor bliżej czerwieni
oznacza, że materiału za dużo, natomiast kolor bliżej niebieskiego świadczy o tym, że jest go
za mało. Jeżeli mapa odchyłek zostanie dodatkowo wyposażona w punkty inspekcyjne (np.
w postaci tzw. chorągiewek), stworzy to możliwość ustalenia liczbowej wartości odchyłki. Aby
sprawdzić, czy odchylenia są powtarzalne, zeskanowano dziesięć pojemników z jednej serii
produkcyjnej, porównując każdy z wzorcowym modelem CAD.
Raport pomiarowy wygenerować można np. do pliku PDF, który łatwo przesłać drogą
elektroniczną. Dla uzyskania większej przejrzystości raportu mamy możliwość zmiany
wartości odchyleń na skali po prawej stronie ekranu (która informuje nas jaka wartość liczbowa
odpowiada barwie koloru). Kolorystyczna mapa odchyłek na modelu jest odświeżana
automatycznie.
Rysunek 3. Mapa odchyłek z raportu pomiarowego.
Kontrola jakości z użyciem skanera 3D stosowana jest z powodzeniem w wielu branżach, np.
w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, zbrojeniowym, stoczniowym, w hutnictwie
i odlewnictwie itp.