OPTIČKE MJERNE METODE Trodimenzionalna optička · PDF fileAnaliza obrade deformiranjem (ARGUS) Dinamička fotogrametrija (PONTOS) Speckle Interferometer ... Industrijska primjena

OPTIČKE MJERNE METODE

Trodimenzionalna optička analiza prostora i objekata

Tomislav Hercigonja, TOPOMATIKA

Zagreb, 2009

2-Frame Setup / Frame 22-Frame Setup / Frame 1

3-Frame Setup / Frame 1 3-Frame Setup / Frame 2 3-Frame Setup / Frame 3

strana 2 Trodimenzionalna optička analiza prostora i objekata

Optičke mjerne metode3D digitalizacija

3D digitalizacija (ATOS)

Fotogrametrija(TRITOP)

Analiza deformacija(ARAMIS)

Analiza obrade deformiranjem(ARGUS)

Dinamička fotogrametrija(PONTOS)

Speckle Interferometer(ESPI)




Optičke mjerne metodePregled

3D digitalizacija (ATOS)






ATOS 3D digitalizator

Sustav za 3D digitalizaciju




Princip rada - ATOS 3D digitalizator

Referentne točke

(Reference Points)

Uzorci linija

(Fringe Projection)

Stereo postava

(Stereo Setup)




· Triangulacija izmeĎu dviju kamera

· Projektor je pasivni dio sustava

nema toplinskog efekta

· OdreĎivanje 3D koordinata:

4 opaţaja (x1p, y

1p, x

2p, y

2p) za 3

nepoznanice

pre definiranost sustava

· Stereo postava omogućava:

· Stalno praćenje senzora (kalibracije, pomaka,…)

· Online informaciju o pomaku

· Online vizualizacija mjernog volumena

Princip rada - ATOS 3D digitalizator Stereo postava

PP

ΦP

x1p

y1p x2

p y2p

Kamera 1 Kamera 2Projektor




Princip rada - ATOS 3D digitalizator Uzorci linija

· Sekvencijalno projiciranje uzoraka linija (“Fringe projection”)

· Kodirano svijetlo: “Graycode” + fazni pomak

· Kombinacija binarnog kodiranja i lokalne fazne informacije daje 3D koordinate

· Heterodinski fazni pomak (“Heterodyne Phaseshift”)

· Projicira se samo fazni pomak




Princip rada - ATOS 3D digitalizator Referentne točke

· Mjerenje referntnih točaka

· Automatsko poklapanje pojedinačnih mjerenja

· Kontrola pomaka objekta odn. Senzora

· Kontrola kalibriranosti sustava




ATOS3D digitalizator

Karakteristike

· Mobilni 3D skener

· Promjenjivi mjerni volumeni

· Robusnost, kompaktnost

· Vrlo brza mjerenje < 1 sekunde

· Jednostavno rukovanje

· Koristi se kao samostalni sustav ili kao ATOS XL konfiguracija (s TRITOP sustavom)

· Jednostavna integracija sa sustavima za automatizaciju, roboti i rotacijski stolovi

Tehnologija “stereo” kamera

· Fotogrametrijska kalibracija

· Samo nadzor

· “Online” kontrola

· Visoka razlučivost detaljag




ATOS sustavi: dijelovi

· mjerna glava

·dvije digitalne CCD kamere visoke rezolucije

·projektor sa heterodinskim kodiranim svjetlom

· upravljačka jedinica

· osobno računalo

· programski paket ATOS




Tijek rada - ATOS 3D digitalizator

· Ručno ili automatizirano namještanje senzora odn. objekta

Pozicioniranje

Mjerenje

Automatska poklapanje

Rezultati





· Projiciranje uzoraka linija

Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati





· Mjerenje pojedinačnih “zakrpa” - do 4 milijuna 3D točaka u jednom mjerenju

Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati





· Automatsko poklapanje pojedinačnih mjerenja u zajednički koordinatni sustav

Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati






Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati






Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati




· rezultati

· Poligonizirana mreţa trokuta

· Oblak točaka

· Presjeci


Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati




· rezultati

· poklapanje izmjerenih podataka u referentni koordinatni sustav(3-2-1, BestFit, RPS,…)


Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati




· rezultati


· Usporedba sa referentnim CAD modelom mapa odstupanja u boji


Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati




· rezultati


· Mjerenje oblika i poloţaja - GD&T(prema EN ISO 1101 i ASME Y14.5)


Pozicioniranje

Mjerenje


Rezultati




“Touch Probe” – taktilno mjerenjePrincip

X,Y,Z




“Touch Probe” – taktilno mjerenje Karakteristike

· Dinamičko referenciranje (pozicioniranje)

· Objekt darf sich bewegen

· Mjerenje geometrije:

· ravnine

· cilindri

· sfere

· Provrti

· Mjerenje prema CAD modelu








· ravnine

· cilindri

· sfere

· Provrti









· ravnine

· cilindri

· sfere

· Provrti









· ravnine

· cilindri

· sfere

· Provrti





“Touch Probe” – taktilno mjerenje




· VDI/VDA propis 2634 drugi dio uvodi standardizirani način odreĎivanja odstupanja u mjerenju duljina prema ISO 10360-2.

· Kontrola i praćenje optičkih mjernih sustava izvodi sa mjerenjem certificiranih testnih uzoraka

· Vrši se kontrola mjerenja:

· kruţnosti

· udaljenosti

· ravnosti

· Kalibracijski objekti

Verifikacija mjerne nesigurnostiThe VDI/VDE guideline 2634 part 2 – Optical systems based on area scanning




3D digitalizator – područje primjene

Industrijska primjena

· Kontrola kvalitete

· reverzibilno inţenjerstvo

· Brza izrada prototipova

Medicinska primjena

· stomatologija

· forenzika

· medicina

Računalna grafika

· 3D animacija likova

· 3D prezentacija proizvoda na internetu

· Virtualna stvarnost

Primjena u kulturi

· Dokumentiranje/ Istraţivanje

· 3D kopiranje / repliciranje

· Praćenje promjena (Monitoring)




3D digitalizator – područje primjeneIndustrijska primjena – kontrola kvalitete

Sivo – mjerni rezultati

Plavo – CAD model






Plavo – CAD model






Plavo – CAD model




3D digitalizator – područje primjeneIndustrijska primjena – kontrola kvalitete – obrada limova




3D digitalizator – područje primjeneIndustrijska primjena – kontrola kvalitete - ljevarstvo




3D digitalizator – područje primjeneIndustrijska primjena – kontrola kvalitete - polimeri




3D digitalizator – područje primjeneIndustrijska primjena – kontrola kvalitete - alati




3D digitalizator – područje primjeneIndustrijska primjena – reverzibilno inţenjerstvo




3D digitalizator – područje primjeneIndustrijska primjena – brza izrada prototipova

· direktna obrada digitaliziranih rezultata na obradnom centru.Moguće je skenirat umanjeni model (npr.1:4) i kasnije ga virtualno povećati i izraditi u pravoj veličini.




3D digitalizator – područje primjene Dokumentiranje arheoloških objekata - Apoxyomenos

· Dokumentiranje i analiza oblika za vrijeme restauracije nakon vaĎenja statue iz mora u blizini otoka Lošinja 1999

· Drevna starogrčka brončana skulptura Apoxyomena, 4 st. p.n.e.

· Korištenje TRITOP i ATOS sustava u suradnji sa Hrvatskim restauratorskim zavodom




3D digitalizator – područje primjene Dokumentiranje spomenika Katedrala Sv. Jakova u Šibeniku

· Katedrala Sv. Jakova u Šibeniku je bazilika sa tri nave, triapside i kupolom (visina unutrašnjosti 32 m), posvećena 1555. g

· Uvrštena u UNESCO-v popis svjetske kulturne baštine 2001.

· Povijesno-umjetničko i geometrijsko dokumentiranje i analiza oblika skulptura i detalje fasade




3D digitalizator – područje primjene Dokumentiranje spomenika Katedrala Sv. Jakova u Šibeniku· Digitalizacija skulptura sa zapadnog portala




Reprodukcija

· ne-invazivna metoda izrade kopija u različitim materijalima

· Pogodno za osjetljive objekte gdje je klasičan način uzimanja otisaka nije moguć

· Skaliranje u različite veličine

Reprodukcija




ReprodukcijaCNC-glodanje

· Skulpture su digitalizirane pomoću TRITOP i ATOS sustava

· Iz dobivenih STL podataka CAM-Software izradio je putanje za kretanje alata CNCglodalice

· 4.5 osna glodalica izradila je skulpturu




ReprodukcijaCNC-glodanje




Optičke mjerne metodeFotogrametrija

3D digitalizacija(ATOS)






TRITOP fotogrametrija

Optički 3D koordinatni mjerni sustav




Princip rada – TRITOP fotogrametrije

· Osnovni principi fotogrametrije poznati su već od kraja 19 st., no njihova praktična primjena u industriji postala je moguća tek razvojem digitalne fotografije i snaţnih računala

· Poloţaj točke u prostoru moguće je odrediti triangulacijom više snopova zraka

· Metodom izjednačenja zrakovnogsnopa odreĎuju se nepoznate koordinate objekta i dodatno parametri mjernog sustava




· Profesionalna digitalna mjerna kamera (TRITOP HR s WLAN interface-om)

· Set mjernih motki, kodirane točke, kodirani kriţevi, nekodirane točke

· CMM-Adapteri

· Notebook, TRITOP – programski paket

· Marker flomaster

TRITOP FotogrametrijaMobilni optički CMM




TRITOP FotogrametrijaTijek rada

· Kruţne oznake, adapteri i linije koriste se za označavanje mjernih mjesta

Označavanje

Fotografiranje

Automatska obrada

Rezultati




TRITOP fotogrametrijaTijek rada

· Fotografiranje objekta sa različitih strana, iz ruke

Označavanje

Fotografiranje

Automatska obrada

Rezultati





· Automatizirano izračunavanje orijentacije fotografija, poloţaja kamera i 3D poloţaja mjernih točaka

· Zbog samokontrole sustav moguće je statistički procijeniti mjernu nesigurnost.

Označavanje

Fotografiranje

Automatska obrada

Rezultati





· 3D koordinate izmjerenih točaka vrlo precizno se izračunavaju na principu fotogrametrije

Označavanje

Fotografiranje

Automatska obrada

Rezultati





· 3D koordinate izmjerenih točaka vrlo precizno se izračunavaju

· Grafički prikaz 3D poloţaja točaka kao i usporedba sa referentnim vrijednostima (npr. CAD modelom).

· Izvoz u standardne podatkovne formate ili direktno u ATOS programski paket

Označavanje

Fotografiranje

Automatska obrada

Rezultati





· 3D koordinate izmjerenih točaka vrlo precizno se izračunavaju

· Grafički prikaz 3D poloţaja točaka kao i usporedba sa referentnim vrijednostima (npr. CAD modelom).

Označavanje

Fotografiranje

Automatska obrada

Rezultati




Verifikacija mjerne nesigurnosti The VDI/VDE guideline 2634 part 1 - Imaging systems with point-by-point probing

· Odstupanje u mjerenju duljina mora se kontrolirati u cijelom mjernom volumenu. U tu svrhu osam testnih uzoraka postavljeni su u prostoru na način kako prikazuje slika

· Kontrola mjerenja

· pogreška mjerenja duljina

· Kalibracijski objekt




Fotogrametrija – područje primjene

· Kontrola kvalitete srednjih i velikih objekata

· Mjerenje dimenzija i geometrije

· Mjerenje modela i prototipova

· Mjerenje cijevnih i ţičanih konstrukcija

· Analiza deformacija

· Mjerenje oblaka referentnih točaka




Fotogrametrija – područje primjeneMjerenje velikih objekata




Fotogrametrija – područje primjeneMjerenje velikih objekata




Fotogrametrija – područje primjene - TRITOPCMM

Umjeravanje i podešavanje naprava i alata

snimanje 3D-oblak točaka

mjerenje




Fotogrametrija – područje primjene - TRITOPCMM

Umjeravanje i podešavanje naprava i alata




Fotogrametrija – područje primjeneMjerenje geometrije dijelova konstrukcije

· 3D kontrola ugradnje leţaja na Domovinskom mostu radi potvrĎivanja ispravnosti ugradnje pričvrsnih vijaka leţaja

· kontrola dimenzija šablone za ugradnju vijaka, kontrola poloţaja provrta na samom leţaju

· Mjerenje je izvedeno na gradilištu, bez potrebe za premještanjem objekta mjerenja

· kompletna obrada i usporedba sa referentnim podacima izvršena je u programskom paketu TRITOP




Fotogrametrija – područje primjeneAnaliza deformacija

Promjena razmaka između dijelova (20˚C i 50˚C)




Fotogrametrija – područje primjeneAnaliza deformacija














· Optički sustav za mjerenje pomaka i akcelerometar

Door slam










-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 200 400 600 800 1000

time [ms]

Z-D

efo

rmati

on

[m

m]

a

b

c

· frekvencija mjerenja: 200 Hz

· trajanje mjerenja: 1s

· prikaz pomaka pojedinačnih točaka u vremenu





· optičko 3D praćenje referentnih točaka, odreĎivanje njihovog poloţaja i pomaka

· mjerenje bazirano na digitalnoj stereofotogrametriji

· mjerenje 3D deformacija objekta

· mjerenje harmoničnih i stohastičnih dogaĎaja, npr. vibracija




35m/100m

70m

/110m

Power/Trigger/

Communication




























· pronalaţenje područja sa kritičnim deformacijama

· rješavanje sloţenih problema deformiranja

· optimiziranje proizvodnih procesa

· kontrola alata za deformiranje

· kontrola i optimizacija numeričkih modela

prije optimizacije ARGUS mjerenjenakon optimizacije















· ispitivanje materijala

· odreĎivanje deformacija

· dimenzioniranje dijelova

· istraţivanje nelinearnih ponašanja materijala

· odreĎivanje krivulje tečenja












geometrija 1 geometrija 2 geometrija 3 geometrija 4

Analiza deformacija(ARAMIS) OdreĎivanje krivulje granične deformabilnosti FLC

· vrijednosti za svaku geometriju

· statističko praćenje mjerenjem više uzoraka

· svaka geometrija definira segment FLC

· prikaz geometrije i FLC




Lista korisnika sustava i usluga (izvadak)

Korisnici sustava i usluga:

· PPC Cimos, Buzet – ATOS I

· Fakulteta za strojništvo, Maribor – ATOS II XL, ARAMIS

· Tecos, Celje – ATOS II

· Mašinski Fakultet u Kragujevcu – ATOS II 06 XL

· Akrapovič, Ivančna Gorica - ATOS IIe 06

· AD-Plastik, Solin

· Alati Stuhne, Hum na Sutli

· ALBA, Slovenj Gradec

· Brodosplit, Split

· Cimos, Kopar

· CROSCO, Zagreb

· Dalekovod, Zagreb

· EAG centar, Zagreb

· Feroplast, Buje

· Gorenje orodjarna, Velenje

· Galerija Augustinčić, Zabok

· HeliYachts, Pula

· HEP-HE Dubrava, Varaţdin

· HEP-HE Jaruga,

· HEP-HE Rijeka, Rijeka

· HEP-HE Vinodol, Tribalj

· Hidroelektrane na Trebišnjici, Trebinje

· Hrvatski restauratorski zavod, Zagreb

· IGH, Zagreb

· Iskra-Mehanizmi, Lipnica

· Končar GIM, Zagreb

· Kovinar, Novo mesto

· NCP, Šibenik

· P.E.S. Zagreb

· TCG Unitech, Ljubljana

· TEH CUT, Zagreb

· TPS, Labin

· TŢV Gredelj, Zagreb

· Zastava auto, Kragujevac

· …




Lista korisnika sustava u svijetu (izvadak)

· Automobilska industrija

· Audi (D)

· BMW (D, AT)

· DaimlerChrysler (D, USA)

· FIAT (I)

· Ford (B, D, UK, USA)

· Honda (Cn, J)

· Hyundai (S.Korea)

· Isuzu (J)

· Jaguar (UK)

· Kia (S.Korea)

· Landrover (UK)

· McLaren (UK)

· Nissan (J, UK)

· Opel (D)

· Porsche (D)

· PSA (F)

· Renault (E, F)

· Seat (E)

· Subaru (J)

· Toyota (D, J, USA)

· Volkswagen (D)

· Italdesign (I)

· Pininfarina (I)

· Bertone (I)

· …

· Avio-industrija· Airbus (D, F)

· Boeing (USA)

· Cessna (USA)

· NASA (USA)

· Pratt & Whitney (USA)

· Rolls Royce

· Chromalloy (USA)

· Snecma (F)

· Vulcan Air (I)

· …

· Roba široke potrošnje· Adidas (D, Kr, Cn, USA, Id, Vt)

· Asics (J)

· Blaupunkt (D)

· Bosch (D)

· Braun (D)

· Casio (J)

· Procter & Gamble (USA, UK)

· Microsoft (USA)

· Lego (Dk)

· Ecco (Dk)

· Samsung (S.Korea)

· Siemens (D)

· Sharp (J)

· Motorola (Sg)

· Villeroy & Boch (LX)· …

· Istraživački laboratoriji· BAM (D)

· EPF Lausanne (CH)

· Groningen University (NL)

· Imperial College (UK)

· Materialprüfanstalt für das Bauwesen (D)

· MIT (USA)

· Onera (F)

· Queen Mary College (UK)

· TU Wien (AT)

· University Leuven (B)

· Wichita State University (USA)

· University of Virginia (USA)

· …

· Proizvođači sirovina· Alcan (CH)

· Inland Steel (USA)

· Salzgitter (D)

· ThyssenKruppStahl (D)

· Thyssen Nirosta (D)

· Arbet (D)

· VAW (D)

· Voest Alpine (AT)

· …

Hvala na pažnji

Za dodatne informacije moţete nas kontaktirati na:

[email protected]

www.topomatika.hr

Documents

OPTIČKE MJERNE METODE Trodimenzionalna optička · PDF fileAnaliza obrade deformiranjem (ARGUS) Dinamička fotogrametrija (PONTOS) Speckle Interferometer ... Industrijska primjena