Témata
Reklama

Digitalizace - její princip a rozdělení

Digitalizace, nazývaná také trojrozměrná numerizace, nabízí komplexní řešení pro různá použití, jako je například inspekce, numerická rekonstrukce 3D z fyzického předmětu, povrchová kontrola nebo rychlá výroba prototypů.

Digitalizace šetří čas a zvyšuje produktivitu během celého výrobního řetězce. Poněvadž průmysl dnes vyžaduje dobrou kvalitu, nalézá své použití v mnoha výrobních sektorech, jako je automobilový, letecký nebo lodní průmysl, medicína či průmyslové návrhářství apod.
Veličiny získáváme snímáním prostorových souřadnic bodů z povrchu snímané součásti, které často bývají zobrazovány na monitoru v reálném čase. Body jsou snímány prostřednictvím snímacích systémů připojitelných k trojrozměrnému měřicímu stroji, k obráběcímu stroji řízenému numerickým ovladačem, k mobilnímu měřicímu stroji atd.
Reklama
Reklama

Dotykové a bezdotykové snímací systémy

Kritériem základního rozdělení snímacích systémů je, zda systémy snímají prostorové souřadnice z povrchu součásti dotykovým nebo bezdotykovým způsobem.
Dotykové snímací systémy vyžadují hmotný dotyk s povrchem součásti. K nim se řadí 3D digitizéry a stacionární souřadnicové měřicí systémy. Používají se zařízení pro digitalizaci od 3D desktopu až po systémy umožňující měření objektů až několik metrů dlouhých.
Bezdotykové (bezkontaktní) snímací systémy naopak nevyžadují ke své funkci hmotný dotyk s povrchem součásti. Označují se často jako skenery a pracují nejčastěji na optickém nebo laserovém principu.
Snímání 3D souřadnic povrchových bodů jsou mnohem rychlejší, a proto se vyznačují značnou produktivitou. Jejich předností je vysoký stupeň detailu ploch těžce přístupných mechanické sondě při jakékoliv velikosti kompletních dílů. Měření plochy probíhá bez poškození povrchu a vytváří vysokou hustotu informací (hustou síť bodů). Vytváří v podstatě numerický model z fyzického předmětu. V poslední době jsou nabízeny technologie založené na principu tzv. triangulace se skenerem. Tento princip se zakládá na výpočtu vzdálenosti k předmětu prostřednictvím směrového zdroje laseru a videokamery. Paprsek laseru, který se promítá na předmětu, je zároveň filmován.

Stacionární a mobilní snímací systémy

Další členění snímacích systémů vychází z toho, zda se jedná o stacionární (měřené těleso se musí dopravit k zařízení) či mobilní systém (zařízení lze přenášet). Přenosné souřadnicové měřicí stroje jsou velmi mladé. Dosud se v českém jazyce neustálil jednoduchý název těchto měřidel. Anglickému výrazu "arm" nejlépe odpovídá český výraz "ruka". Jednotlivé klouby proto přebírají názvy kloubů lidské ruky. Všechny "ruce" jsou konstruované s cílem překlenout všechny oblasti obtížnosti skenování s důrazem na přesnost a mobilitu. Poloha skenovaného bodu se získá vyhodnocením údajů ze všech kloubů ramene. Rameno má v každém kloubu senzor, zaznamenávající jeho natočení. Hlavními výhodami jsou rychlá výměna měřicích doteků a neomezená rotace kloubů (pomáhá při měření špatně přístupných míst). Nevýhodou toho zařízení je, že snímání bodů na povrchu objektu prostřednictvím 3D přenosné měřicí ruky provádíme ručně. Proto je tento způsob získávání 3D modelu nejvíce časově náročný.

Rozdělení 3D skenerů

Podle způsobů snímaní bodů lze 3D skenery rozdělit na dotykové, optické, laserové, destruktivní, rentgenové a ultrazvukové.

Dotykové 3D skenery

Principem tohoto zařízení je hmotný dotyk se skenovaným povrchem objektu. Před vlastním skenováním je vhodné vyznačit na povrchu skenovaného objektu body, které musíme nasnímat, abychom získali přesný digitální obraz. Počet těchto bodů závisí na složitosti tělesa a požadované přesnosti.
Lze také provádět tzv. kontaktní skenování pomocí zařízení, které je konstrukčně založeno na principu frézky s inverzním tokem dat. Místo obráběcího nástroje je v zařízení upnuta snímací sonda. Tato sonda je v přímém kontaktu se snímanou plochou a její pohyb se přes přidruženou elektroniku převádí na prostorová data příslušného CAD systému. Někdy lze použít klasickou NC frézku, která má snímací sondu pouze jako přídavné zařízení, pro větší objemy dat je však vhodnější samostatné zařízení určené speciálně pouze pro digitalizaci.

Optické 3D skenery

Tyto skenery snímají skenovaný objekt z několika úhlů pomocí optického zařízení. Při každém natočení, které se provede buď ručně, nebo pomocí polohovacího zařízení (krokový motorek řízený počítačem), se objekt v podstatě vyfotí a data se odešlou do počítače. Po získání snímků ze všech úhlů pohledu se data zpracují a digitalizovaný model se vytvoří metodou aproximace. Většina skenerů umožňuje vytvářet počítačové modely využitím sejmutých bodů, polygonů, křivek typu spline nebo jiných standardních geometrických entit.
Před vlastním skenováním je vhodné na tělese vyznačit několik orientačních bodů pro přesnější ,,slepování" obrázků v 3D těleso. Používají se tzv. centrovací terčíky, které se umístí na skenovaném objektu - jejich počet může být i několik tisíc. Součástí snímků bodů musí být i kalibrační tyč, položená vedle měřeného předmětu.
Optický skener se dá kromě klasického 3D skenování (vytvoření celého objektu) použít jako souřadnicové měřicí zařízení, které najde uplatnění zejména při výrobě strojírenských součástí.

Laserové 3D skenery

Laserový skener pracuje na stejném principu jako např. sonar. Vlastní skenování spočívá v tom, že se kolmo proti předmětu vyšle laserový paprsek, který se od něj odrazí a vrátí se zpět do skenovacího zařízení, kde se vyhodnotí. Vyhodnocením doby, která uplyne od vyslání do vrácení paprsku, získáme informaci o rozměru předmětu ve směru letu paprsku. Informace o zakřivení povrchu plyne z úhlu, pod jakým se paprsek vrátí zpět do zařízení. Spojením obou základních informací skener získá přesnou polohu bodu, kterou odešle do počítače. Tímto způsobem skener laserovým paprskem ,,obkrouží" celé těleso, popř. těleso se otáčí a skenovací zařízení stojí.
Kvalita zdigitalizovaného tělesa je dána hustotou, s jakou laserový paprsek pokryl plochu reálného tělesa. Výstupem je soubor dat o polygonech definujících geometrii povrchu tělesa. Obvykle bývá součástí zařízení i barevná kamera, která rovnou při skenování snímá barevnou informaci (stejný princip jako optické skenery). Výsledný objekt tedy bude nejen přesnou geometrickou napodobeninou, ale bude mít i stejnou texturu.

Destruktivní 3D skenery

Jedná se o zařízení, které má schopnost digitalizovat jak vnější povrch součásti, tak i vnitřní geometrii. Digitalizovaný objekt ale bude při použití této metody zničen. Uplatnění nalezne zejména v oblasti Reverse Engineeringu při digitalizaci součástí se složitou vnitřní geometrií.
Před procesem digitalizace je skenovaná součást umístěna na nastavitelný rám a pokryta speciálním materiálem, který při zpracování naskenovaných snímků poskytne vysoký kontrast mezi součástí a výplňovým materiálem. Poté se z prostoru vyčerpá vzduch a vznikne vakuum, které způsobí, že se tento speciální materiál dostane do všech dutin součásti. Takto připravený blok se přemístí do skenovacího zařízení, kde se připevní ke frézovacímu stolu.
Vlastní skenování proběhne v okamžiku odfrézování ultratenké vrstvy materiálu z bloku. Každý takto nově vzniklý povrch se naskenuje použitím optického skeneru a získaná data se odešlou k dalšímu softwarovému zpracování.

Ultrazvukové 3D skenery

Tento způsob 3D digitalizace funguje na principu bezkontaktního snímání povrchu objektu ultrazvukovou sondou. Jedná se o jedno z cenově nejméně náročných řešení problematiky prostorového snímání povrchů.
Skenování je prováděno manuálně ultrazvukovou sondou tvaru pistole s kovovým hrotem, který přikládáme ke skenovanému povrchu, kdy stiskem spouště dojde k vyslání ultrazvukového signálu. Tento signál je pomocí speciální konstrukce s ultrazvukovými čidly dekódován do prostorových souřadnic, které je možno vkládat přímo do CAD systémů nebo do datových souborů. Nevýhodou zařízení je jeho relativně malá přesnost, která se pohybuje v rozmezí 0,3 až 0,5 mm.

Rentgenové 3D skenery

Použití tohoto typu zařízení umožní získávání informací o vnitřní geometrii součástí použitím rentgenového záření. Jde o nedestruktivní metodu digitalizace. Rentgenové skenery pracují na stejném principu jako klasické rentgeny požívané ve zdravotnictví s tím rozdílem, že při tomto použití je intenzita záření vyšší. Zařízení jsou většinou mobilní a používají se např. ke kontrole potrubí, kotlů nebo jiných uzavřených nádob.
Martin Šimoník
student ČVUT, fakulty strojní
Reklama
Vydání #6
Kód článku: 40618
Datum: 16. 06. 2004
Rubrika: Trendy / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Vysoké nároky na přesnost robotických aplikací

Trh robotických technologií v posledních letech zažívá prudký rozmach. Moderní průmyslová odvětví se po celém světě stále více spoléhají na inteligentní roboty vyznačující se vysokou přesností a 100% spolehlivostí. Výhodami pro jejich provozovatele jsou flexibilnější výrobní procesy, vyšší kvalita, nižší spotřeba materiálů a úspory nákladů. Klíčovou roli v oblasti chytrých robotických technologií hrají inovativní snímače, které fungují jako rozhraní mezi robotem a jeho prostředím.

Měření v rámci celého výrobního řetězce

Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

Související články
Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

Měřicí přístroje pro efektivní výrobu

Jestliže jsou nástroje přesně zaměřeny a seřízeny ještě před samotným obráběním mimo obráběcí stroj, lze následně zkrátit vedlejší neproduktivní časy na stroji a zvýšit tak celkovou efektivitu výroby. Přístroje pro měření a seřizování nástrojů mohou v samotném procesu třískového obrábění zajistit zvýšení produktivity až o 25 %, a to při velmi dobrém poměru cena/výkon. Úspěšné obrábění tedy vyžaduje nejen výkonné stroje, ale i přesně seřízené nástroje.

Vylepšený triangulační snímač střední třídy

Laserové snímače optoNCDT 1750 měří posunutí, vzdálenost a polohu v mnoha průmyslových odvětvích, jako je například automatizační technika, výroba elektroniky, automobilový průmysl a strojní zařízení. Tento nový model zachovává kompaktnost a robustnost svého osvědčeného předchůdce ILD1700, ale významně zvyšuje maximální vzorkovací frekvenci, přesnost a rozlišení.

Konfirmace měřidel

Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

Měření energie je důležité ve všech oborech

Spotřeba a ve velké míře i kvalita energií je v poslední době stále více sledovanou veličinou. Měřicími systémy od přehledových měřičů spotřeby až po systémy, kde je měření, zobrazování, ukládání a grafické prezentování veličin integrováno do větších systémů lze získávat přehled o spotřebě kdykoli je to potřeba.

Průmysl 4.0 v měření aneb Kvalita 4.0

V souvislosti s postupující mírou digitalizace a automatizace výroby se často hovoří o Průmyslu 4.0 neboli čtvrté průmyslové revoluci. Tento trend se pochopitelně nevyhýbá ani oboru měření. Objevuje se dokonce nový pojem – Kvalita 4.0. Co si pod tím představit?

Vestavné přístroje pro měření v silnoproudé síti

Řadou vestavných přístrojů SIRAX se doplňují přístroje s vysokým výkonem SINEAX a završují tak portfolio v této oblasti. Přístroje série SIRAX se vyznačují základní funkčností převodníku elektrických veličin za dodržení velmi dobrého poměru cena/výkon. Přístroje BM1200 a BM1400 představují jednoduché a cenově výhodné monitory silnoproudé sítě. Pro vyšší stupeň vizualizace a komfortnější koncept obsluhy jsou vhodné multifunkční monitorovací přístroje, které byly označeny MM1200 a MM1400, jsou vybaveny TFT displejem a lze je na základě přehledného menu též konfigurovat.

Moderní metrologie pro kontrolu povrchu optiky

S vývojem tradiční sférické optiky se postupně celkově zvětšují její rozměry i hmotnost. S cílem zvýšit přesnost a zlepšit funkční vlastnosti se jednotlivé optické komponenty kombinují. Přitom v uplynulém období progresivní optické konstrukce využívaly asférickou a difrakční optiku k redukci počtu dílů sestavy. Jedna asférická nebo difrakční čočka může nahradit několik konvenčních sférických čoček, což umožní snížit hmotnost, cenu i potřebný prostor, ale především získat kompaktnější a výkonnější optický systém.

Revoluční linka pro měření kvality

Je to takový český "americký sen". Začínal jako soustružník, dnes Miroslav Dušek vlastní strojírenskou firmu s mnohamilionovým obratem. Láska k poctivému řemeslu se u něj potkává s vynalézavostí, která ho nyní dovedla k vývoji revoluční linky pro měření kvality.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit