Měřicí software WinWerth®

V praxi je často nutné "rychle" určit několik rozměrů na výrobních dílech. Tuto činnost vykonávají i pracovníci, kteří se trvale nezabývají obsluhou souřadnicových měřicích strojů. Aby bylo možné v tomto prostředí efektivně pracovat, je provoz omezen na nejnutnější. "Inteligence" měřicího softwaru WinWerth® pak přebírá například přesné určení měřené plochy objektu, výběr měřeného geometrického prvku (např. např. přímka, kružnice, rohový bod) a také propojovací algoritmy pro určení geometrických vlastností, jako jsou vzdálenosti, úhly a průměry.

U složitějších měřicích úloh může obsluha převzít části procesů, které jsou ve skutečnosti prováděny automaticky (nastavení okna, výběr prvku), a seznámit se postupně s podrobnějším řízením měřicích procesů. Pro podporu jsou měřicí body nebo skenovací stopy automaticky rozmístěny na měřených geometrických prvcích, např. jako kružnice, generatrici, hvězdy nebo spirály, s přihlédnutím k potřebným dráhám posunu. Kompletní měřicí sekvence včetně vyhodnocení se nejprve vytvoří offline pomocí modelu CAD nebo online s minimálním počtem bodů pro příslušný geometrický prvek. Měřicí body a skenovací dráhy lze následně přesouvat, mazat nebo přidávat pomocí myši nebo prostřednictvím dialogu. Takto zadané měřicí sekvence lze uložit a v případě opakování vyvolat jako automatickou sekvenci.

TomoSim je první software pro měření souřadnic, který umožňuje simulovat proces tomografie offline pomocí dat CAD nebo mračna bodů ve formátu STL. Realistická simulace zohledňující nastavené parametry CT umožňuje výpočet objemu včetně všech významných artefaktů. Na offline pracovišti lze například pomocí měřicího softwaru WinWerth® učit program počáteční kontroly vzorku, zatímco se vyrábí první obrobek a na zařízení se provádějí další měření. To umožňuje urychlit procesy a zkrátit prostoje v systému TomoSim, např. pro zařízení TomoScope® ve vícesměnném provozu.

Kromě dokončeného vytvoření programu a kontroly proveditelnosti v čase pro dokončení prvního obrobku umožňuje simulace procesu tomografie testovat a optimalizovat parametry CT. Pomocí simulovaného objemu lze odhalit významné artefakty, např. v důsledku zpevnění paprsku nebo příliš malého počtu kroků rotace, a v případě potřeby zvolit vhodnou korekci artefaktů. Další novinkou je kompletní offline programování objemových analýz, jako je detekce otřepů, analýza smrštění, analýza pórovitosti, rozpoznávání textu, SurfaceScan Predefined nebo v objemových řezech.

Další výhodou modulu CAD integrovaného ve WinWerth® je, že informace CAD lze použít k polohování souřadnicového měřicího stroje. Společnost Werth byla pravděpodobně prvním výrobcem souřadnicových měřicích strojů, který tuto technologii zavedl již v polovině 90. let pod názvem CAD-Online®. Celý proces měření lze řídit výběrem geometrických prvků na modelu CAD. Měřicí stroj se automaticky přesune na vygenerované měřicí pozice a měří pomocí vybraných senzorů.
Tímto způsobem lze například B. Sondami lze například automaticky zachytit měřicí body jako mračna bodů nebo měřit větší plochy ve vysokém rozlišení pomocí 3D patch nebo konfokálních senzorů Werth automatickým rozložením jednotlivých měření. Technologické parametry, jako je nastavení osvětlení pro senzor pro zpracování obrazu, lze nastavit přímo na měřicím zařízení s ohledem na interakci mezi osvětlením, měřeným objektem a zobrazovacím systémem. Kolizím se předchází automatickou úpravou sekvencí pohybů na základě geometrie obrobku a zařízení nebo snímače.

Mnoho CAD systémů dnes nabízí možnost integrace dat PMI (Product and Manufacturing Information). Výsledné datové záznamy CAD obsahují kromě popisu geometrie prvků CAD také rozměry zadané konstruktérem. Po výběru geometrických vlastností rozdělí měřicí software WinWerth® měřicí body nebo skenovací stopy na všechny geometrické prvky, které mají být propojeny pro nalezení řešení, a měřicí sekvence se vytvoří alespoň částečně automaticky. Toto řešení bohužel stále není příliš rozšířené kvůli zvýšeným nárokům při vytváření modelu CAD.

Má-li být kompletní měřicí sekvence vytvořena zcela automaticky, musí být všechny potřebné parametry uloženy v datech PMI nebo určeny automaticky měřicím softwarem. Pokud jsou tyto požadavky splněny, lze například kompletní měřicí sekvence pro měření kovových nástrojů s úzkou tolerancí pro výrobu vstřikovacích forem pro kontaktní čočky generovat v programu WinWerth® zcela automaticky. Měření se provádí pomocí multisenzorového souřadnicového měřicího stroje s využitím kombinace optických snímačů vzdálenosti se zpracováním obrazu a s pomocí automatické rotační a otočné osy pro obrobek.

Kontury větší než zorné pole příslušného objektivu lze zachytit jako celek pomocí automatického sledování kontur ve spojení s osami CNC souřadnicového měřicího stroje (snímání kontur). Tato metoda skenování je vhodná pro kontrolu několika relativně velkých obrysů, např. u děrovacích nástrojů. 
Další metodou pro snímání větších ploch obrobku je "rastrové skenování HD" (patentováno). Zde snímač pro zpracování obrazu zachycuje obrazy obrobku s vysokou frekvencí během pohybu. Ty jsou převzorkovány a superponovány, čímž vzniká celkový obraz s rozlišením až 20 000 megapixelů. Tímto způsobem se například změří 100 000 malých vrtáků na velkých vláknových spojkách za pouhých 35 minutb namísto 7 hodin. Přesnost se zvyšuje také měřením velkých ploch s velkým zvětšením a průměrováním několika snímků, což zlepšuje poměr signálu k šumu. Proces lze přizpůsobit požadavkům měřicí úlohy.
Při rastrovém skenování HD P vede pořizování snímků pouze v oblastech zájmu pomocí předem nastavené dráhy k dalšímu zkrácení doby měření a snížení objemu dat ve srovnání s pravoúhlým rastrovým skenováním celého obrobku pomocí rastrového skenování HD N. U zařízení s rotační osou umožňuje rastrové skenování HD Rotary pořizování obrazu během rotace s měřením na "rozbaleném" celkovém obrazu bočního povrchu rotačně symetrických obrobků.

Pomocí 2D zpracování obrysů a souvisejících filtrů pro zpracování obrazu lze také provádět měření v libovolném řezu objemového CT nebo mračna bodů. To usnadňuje například měření obrobků z několika materiálů. Kromě rovinných řezů lze pro procesně spolehlivá měření pomocí snímače objemových řezů nebo pro kontrolu pomocí nástroje WinWerth® VolumeCheck použít také válcové řezy CT objemu. Základní plocha válce není omezena na kruhy a může nabývat libovolného tvaru. Výsledkem je zobrazení jak 3D pohledu na řeznou plochu, tak rozbalené 2D boční plochy řezaného válce.

Excentrická tomografie umožňuje umístění obrobku kdekoli na otočném stole (patentováno). Není nutné složité a časově náročné vyrovnávání obrobku, což zvyšuje snadnost použití. Sekční tomografie nebo ROI tomografie (ROI: Region of Interest) slouží k měření dílčích oblastí měřeného objektu s vysokým rozlišením, aniž by bylo nutné snímat celý měřený objekt, např. např. u rastrové tomografie, v plném vysokém rozlišení, a tedy časově a paměťově náročné. Multi-ROI tomografie nabízí kombinaci výhod excentrické a řezové tomografie. V libovolné pozici v objektu měření lze navíc vybrat několik dílčích oblastí s vysokým rozlišením.

Při měření kovovo-plastových součástí, jako jsou montované konektory, pomocí rentgenové tomografie, například , kovové kolíky často způsobují artefakty v důsledku ztvrdnutí paprsku a rozptýleného záření, které ztěžují měření na plastovém pouzdře. Při dvouspektrální tomografii měřicí software kombinuje dvě CT měření při různých katodových napětích do jednoho svazku. Spektra záření jsou přizpůsobena oběma materiálům. Odpovídající redukce artefaktů v objemu snižuje nejistotu měření při určování rozměrů mezi různými materiály. Za tímto účelem využívá WinWerth® MultiMaterialScan patentovaný proces subvoxelování k automatickému výpočtu samostatných mračen bodů STL pro každý materiál z objemových dat CT, a to i pro několik různých kovových součástí.

Uživatelům, kteří nejsou vyškoleni v obsluze měřicích zařízení, nabízí WinWerth® možnost jednoduše zvolit číslo dílu a pomocí něj spustit automatickou programovou sekvenci. Alternativně lze tento postup provést naskenováním čárového kódu na výrobní zakázce. Automatické zpracování chyb pomáhá například v případě, že díly nejsou správně vloženy.

Alternativně lze do skříně souřadnicových měřicích strojů TomoScope® integrovat systém výměny obrobků bez dalších opatření na ochranu před zářením. S několika plně naloženými paletami lze provádět měření přes noc a o víkendech.

Lze také integrovat automatické nakládání pomocí podávacích zařízení. Za tímto účelem lze měřicí programy připravit na dálku na offline pracovištích. Obrobky se do bezpečnostního prostoru robota přivádějí přes vzduchový uzávěr. Geometrické vlastnosti obrobků, jako jsou bloky ventilů, pouzdra a odlitky, se určují téměř každou půlminutu, provádí se porovnání cílového/skutečného stavu s mračnem měřicích bodů předlohy a obrobky se kontrolují na vady, jako jsou otřepy. Výsledky měření lze stanovit pomocí paralelních vyhodnocovacích počítačů a shrnout do společného protokolu, včetně výsledků měření vzájemně propojených multisenzorových zařízení.

Pro znázornění odchylek geometrie obrobku od cílových hodnot je vhodné porovnání s daty CAD s barevným zobrazením odchylek v programu WinWerth®. Tato metoda je nezbytná pro kontrolu volných povrchů. Pro měření se oblasti zájmu objektu naskenují nebo zachytí jako mračno bodů. WinWerth® pak porovná naměřené hodnoty s modelem CAD. Výsledek je dokumentován vektorovým nebo barevným znázorněním odchylek od modelu CAD. Toto vyhodnocení lze provádět v rámci procesu měření na zařízení nebo v režimu offline na samostatné vyhodnocovací stanici. Barvy měřicích bodů znázorňují odchylku mezi cílovou a skutečnou hodnotou. Aby bylo možné do vizualizace zahrnout tolerance dílů, jsou rozděleny do čtyř základních tříd:

• kladné v toleranci
• záporné v toleranci
• kladné mimo toleranci
• záporná vnější tolerance

Velikost odchylky je zobrazena barevným kódem. Uživatel si může barevné kódování nastavit podle svých požadavků.

Aby bylo možné naměřené nebo vypočtené odchylky začlenit do výrobního procesu, lze pomocí programu WinWerth® FormCorrect z velké části automaticky upravit specifikační údaje. Za tímto účelem jsou určeny odchylky mezi původním modelem CAD a naměřenými údaji vzorku obrobku, které se zrcadlí na modelu. Na základě toho měřicí software vygeneruje opravený model CAD, který lze použít ke kompenzaci systematických výrobních odchylek v procesu vstřikování plastů a 3D tisku. Na rozdíl od běžného reverzního inženýrství je aplikace výrazně zjednodušena. Díky vysoké přesnosti je často zapotřebí pouze jedna korekční smyčka, což znamená, že lze výrazně snížit náklady na vývojový proces. Pro korekce s vysokým rozlišením a pro úpravy vnitřních povrchů se doporučuje používat souřadnicové měřicí stroje s rentgenovou výpočetní tomografií. Podobný postup je možný i se softwarem 2D-BestFit. Korekci nástroje lze použít jak při záběhu nových řezných nástrojů (profilové broušení, tvarové frézování), tak při erodování drátu pro korekci polohových odchylek.

Pokud nejsou k dispozici data CAD, může obsluha interaktivně vybrat měřicí body. Ve WinWerth® je možný jak přímý výběr myší, tak automatický rozklad na standardní geometrické prvky. Počínaje výchozím bodem se automaticky přidávají další body, dokud se znatelně nezvýší tvarová odchylka vybraného prvku (např. např. válce). To signalizuje, že bylo dosaženo hranic prvku a proces je ukončen.

Efektivnější je definovat sekvence měření pomocí 3D CAD dat. Jednoduchým výběrem prvků CAD se automaticky vyberou potřebné měřicí body (patent). Na základě výběru políček CAD se vyberou všechny měřicí body měřeného objektu, které lze geometricky přiřadit k tomuto políčku, s ohledem na zadané vzdálenosti hran. Výsledkem je úplné zachycení tvaru příslušného prvku s maximálním počtem bodů.

V praxi je běžné definovat rozměry výkresu ve 2D pohledech a řezech. To je třeba brát v úvahu i při analýze tomograficky generovaných dat měření. Za tímto účelem lze definovat roviny v souřadnicovém systému obrobku a protnout je jak s cílovými daty CAD, tak se skutečným mračnem bodů. WinWerth® automaticky extrahuje kontury, které reprezentují cílová data a skutečné kontury. K vyhodnocení 2D rozměrů v takto vytvořených řezných konturách se používají stejné softwarové funkce, které jsou k dispozici pro analýzu kontur naskenovaných pomocí zpracování obrazu nebo sondy.