Meet software WinWerth®

In de praktijk moeten vaak "snel" enkele afmetingen op productieonderdelen worden bepaald. Deze taak wordt ook uitgevoerd door werknemers die zich niet voortdurend bezighouden met de bediening van coördinatenmeetmachines. Om in deze omgeving doeltreffend te kunnen werken, wordt de operatie beperkt tot het hoogst noodzakelijke. De "intelligentie" van de meetsoftware WinWerth® neemt dan bijvoorbeeld de exacte bepaling van het te meten objectoppervlak over, de selectie van het te meten geometrische element (b.v. rechte lijn, cirkel, hoekpunt) alsmede de koppelingsalgoritmen voor het bepalen van geometrische eigenschappen zoals afstanden, hoeken en diameters.

De programmering van de meetreeksen wordt ondersteund door overeenkomstige hulpmiddelen van de meetsoftware WinWerth®. De sensoren worden rechtstreeks geselecteerd op de gebruikersinterface van de multi-sensor coördinatenmeetmachine. Een "feature tree" geeft het inspectieplan en dus de structuur van het meetprogramma weer in een boomachtige structuur. Hier worden de relaties zichtbaar tussen geometrische eigenschappen, geometrie-elementen en technologieparameters zoals sensortype, belichtingsinstelling, scansnelheid, evaluatiealgoritme en geldige uitlijning. Parallel aan de feature tree worden de geometrische elementen en de features met de bijbehorende meetresultaten ook weergegeven in de grafische weergave van het meetproces en in het numerieke meetlogboek. Verbindingsbewerkingen met geometrische elementen (snijpunt, snijlijn) of geometrische kenmerken (afstand, loodlijn) kunnen worden geprogrammeerd in de kenmerkenboom of in de grafische weergave.

Een ander voordeel van de in WinWerth® geïntegreerde CAD-module is dat de CAD-informatie kan worden gebruikt voor het positioneren van de coördinatenmeetmachine. Werth was waarschijnlijk de eerste fabrikant van coördinaten meetmachines, die deze technologie al in het midden van de negentiger jaren introduceerde onder de term CAD-Online®. De volledige meetvolgorde kan worden gecontroleerd door de geometrische kenmerken op het CAD-model te selecteren. De meetmachine beweegt automatisch naar de gegenereerde meetposities en meet met de geselecteerde sensoren.
Zo kunnen bijvoorbeeld meetpunten automatisch als puntenwolken met tasters worden vastgelegd of kunnen met de Werth 3D patch of confocale sensoren grotere oppervlakken worden gemeten door de afzonderlijke metingen automatisch in hoge resolutie naast elkaar te plaatsen. Technologieparameters zoals de belichtingsinstelling voor de beeldverwerkingssensor kunnen worden aangepast door rechtstreekse bediening van het meetapparaat, rekening houdend met de wisselwerking tussen belichting, meetobject en beeldverwerkingssysteem. Botsingen worden vermeden door de bewegingsreeksen automatisch aan te passen op basis van de geometrie van het werkstuk en het toestel of de sensor.

Veel CAD-systemen bieden nu de mogelijkheid om PMI-gegevens (Product and Manufacturing Information) te integreren. Naast de geometriebeschrijving van de CAD-elementen, bevatten de resulterende CAD-gegevenssets ook de door de ontwerper opgegeven afmetingen. Wanneer de geometrische eigenschappen zijn geselecteerd, verdeelt de meetsoftware WinWerth® meetpunten of scansporen over alle geometrie-elementen die moeten worden gekoppeld om de oplossing te vinden, en wordt de meetreeks ten minste gedeeltelijk automatisch gecreëerd. Helaas is deze oplossing nog steeds niet erg wijdverbreid als gevolg van de hogere eisen bij het maken van het CAD-model.

Indien de volledige meetreeks volledig automatisch moet worden gegenereerd, moeten alle nodige parameters in de PMI-gegevens worden opgeslagen of automatisch door de meetsoftware worden bepaald. Als aan deze voorwaarden is voldaan, kunnen de complete meetreeksen voor het meten van metalen gereedschappen met nauwe toleranties voor de productie van bijvoorbeeld spuitgietmatrijzen voor contactlenzen volledig automatisch worden gegenereerd in WinWerth®. De meting wordt uitgevoerd met een multi-sensor coördinatenmeetmachine die gebruik maakt van een combinatie van optische afstandssensoren met beeldverwerking en met behulp van een automatische draai-/zwenkas voor het werkstuk.

Bij contourbeeldverwerking wordt het beeld bekeken als een tweedimensionaal geheel binnen een evaluatievenster. Uit dit beeld worden contouren geëxtraheerd met behulp van geschikte wiskundige algoritmen (operatoren). Elk beeldpunt van een contour komt overeen met een meetpunt. De meetpunten zijn aan elkaar geregen als een parelsnoer. Dit maakt het mogelijk om storende contouren, veroorzaakt door oppervlaktestructuren, uitbreeksels en vuil, tijdens de meting te detecteren en uit te filteren (contourfilter) zonder de vorm van de contouren te veranderen. Voor praktisch gebruik is het van belang dat binnen één vangbereik meerdere contouren kunnen worden onderscheiden. In een volgende stap interpoleren moderne systemen de coördinaten van de meetpunten binnen het pixelraster en maken zo een hogere nauwkeurigheid mogelijk.

Met 2D-contourbeeldverwerking en de bijbehorende beeldverwerkingsfilters kunnen ook metingen worden verricht in willekeurige delen van het CT-volume of de puntenwolk. Dit maakt het onder andere bijzonder gemakkelijk om werkstukken van verschillende materialen te meten.

Bij excentrische tomografie kan het werkstuk overal op de draaitafel worden geplaatst (octrooi). Dit elimineert de noodzaak van kostbaar en tijdrovend uitlijnen van het werkstuk en verhoogt het gebruiksgemak. Met behulp van sectietomografie of ROI-tomografie (ROI: Region of Interest) worden deelgebieden van het te meten object met hoge resolutie gemeten, zonder dat het gehele te meten object moet worden vastgelegd, b.v. met rastertomografie, op een volledig hoge-resolutie- en dus tijd- en geheugenintensieve wijze. Multi-ROI tomografie biedt een combinatie van de voordelen van excentrische en doorsnede tomografie. Verschillende subgebieden die hoog moeten worden opgelost kunnen ook worden geselecteerd op willekeurige posities in het te meten object.

Bij tomografie in de conventionele start-stopmethode wordt de draaibeweging onderbroken voor de opname van elk transmissiebeeld, zodat er geen bewegingsonscherpte optreedt tijdens de belichting. OnTheFly tomografie maakt het mogelijk om dode tijd te besparen voor het positioneren van het werkstuk door continu te roteren. Met deze methode kan enerzijds de meettijd sterk worden verkort bij gelijkblijvende gegevenskwaliteit, en anderzijds de gegevenskwaliteit en dus de meetonzekerheid worden verbeterd bij gelijkblijvende meettijd.

Voor gebruikers die niet getraind zijn in de bediening van meetapparatuur, biedt WinWerth® de mogelijkheid om eenvoudig het onderdeelnummer te selecteren en daarmee een automatische programmasequentie te starten. Dit kan ook worden gedaan door een barcode op de productieorder te scannen. Automatische foutafhandeling helpt, bijvoorbeeld, als de onderdelen niet correct zijn geplaatst.

Als alternatief kan een werkstukwisselsysteem (gebruiksmodel) worden geïntegreerd in de behuizing van de TomoScope® coördinatenmeetmachines zonder verdere voorzorgsmaatregelen voor stralingsbescherming. Met meerdere kant-en-klaar beladen pallets zijn metingen dus 's nachts en in het weekend mogelijk.

Automatisch laden door invoerapparaten kan ook worden geïntegreerd. Daartoe kunnen de meetprogramma's op afstand worden voorbereid op offline werkstations. De werkstukken worden via een luchtsluis in de veiligheidszone van de robot ingevoerd. Voor werkstukken zoals kleppenblokken, behuizingen en gietstukken worden de geometrische eigenschappen bijna elke halve minuut bepaald, een nominale/werkelijke vergelijking met de meetpuntenwolk van een masteronderdeel wordt uitgevoerd en de werkstukken worden gecontroleerd op defecten, zoals bramen. De meetresultaten kunnen worden bepaald met behulp van parallel werkende evaluatiecomputers en gecombineerd in een gemeenschappelijk protocol, ook met de meetresultaten van onderling gekoppelde multi-sensorinrichtingen.

Om de afwijking van de werkstukgeometrie ten opzichte van de nominale waarden te illustreren, is een vergelijking met de CAD-gegevens met een kleurgecodeerde weergave van de afwijkingen in WinWerth® geschikt. Deze procedure is absoluut noodzakelijk voor de inspectie van vrije-vorm oppervlakken. Om te meten worden de interessante gebieden op het object gescand of vastgelegd als een puntenwolk. Vervolgens vergelijkt WinWerth® de gemeten waarden met het CAD-model. Het resultaat wordt telkens gedocumenteerd door een vector- of kleurgecodeerde weergave van de afwijkingen ten opzichte van het CAD-model. Deze evaluatie kan worden uitgevoerd als onderdeel van het meetproces op het toestel of in offline modus op een afzonderlijk evaluatiestation. De kleuren van de meetpunten illustreren de afwijking tussen doel en werkelijkheid. Om de onderdeeltoleranties in de weergave op te nemen, wordt een onderverdeling in vier basisklassen gemaakt:

• positief binnen tolerantie
• negatief binnen tolerantie
• positief buiten tolerantie
• negatief buiten tolerantie

De mate van afwijking wordt met een kleurcode aangegeven. Als alternatief kan de gebruiker de kleurcodering naar eigen wens configureren.

Om de gemeten of berekende afwijkingen in het fabricageproces op te nemen, kunnen de standaardgegevens worden gewijzigd met WinWerth® FormCorrect . Daartoe worden de afwijkingen tussen het oorspronkelijke CAD-model en de meetgegevens van een proefstuk bepaald en op het model gespiegeld. Hieruit genereert de meetsoftware een gecorrigeerd CAD-model waarmee systematische fabricageafwijkingen van het kunststofspuitgietproces en het 3D-printen kunnen worden gecompenseerd. Voor correcties met hoge resolutie en ook voor de wijziging van inwendige oppervlakken wordt het gebruik van coördinatenmeetmachines met röntgencomputertomografie aanbevolen. Een soortgelijke procedure is mogelijk met de 2D-BestFit software. Gereedschapscorrectie kan zowel worden gebruikt bij het inlopen van nieuw snijgereedschap (profielslijpen, vormfrezen) als tijdens draaderosie om positioneringsafwijkingen te corrigeren.

Als er geen CAD-gegevens beschikbaar zijn, kan de operator de meetpunten interactief selecteren. In WinWerth® is zowel directe selectie met de muis als automatische decompositie in regelgeometrie-elementen mogelijk. Daartoe worden, uitgaande van een beginpunt, automatisch meer punten rondom toegevoegd totdat de vormafwijking van het geselecteerde element (b.v. cilinder) merkbaar toeneemt. Dit geeft aan dat de grenzen van het element zijn bereikt en het proces is voltooid.

Het is doeltreffender om de meetvolgorde te bepalen met behulp van 3D CAD-gegevens. Door eenvoudig CAD-elementen te selecteren, worden de nodige meetpunten automatisch geselecteerd. Uitgaande van de selectie van CAD-patches, worden alle meetpunten van het gemeten object geselecteerd die geometrisch aan deze patch kunnen worden toegewezen, rekening houdend met vooraf gedefinieerde randafstanden. Dit resulteert in een volledige overname van de vorm van het corresponderende element met het maximum aantal punten.

In de praktijk is het gebruikelijk om tekeningafmetingen te definiëren in 2D aanzichten en doorsneden. Hiermee moet ook rekening worden gehouden bij de evaluatie van tomografisch gegenereerde meetgegevens. Daartoe kunnen vlakken worden gedefinieerd in het coördinatensysteem van het werkstuk en worden doorsneden met zowel de nominale CAD-gegevens als de actuele puntenwolk. WinWerth® extraheert automatisch contouren die de nominale gegevens en de actuele contouren vertegenwoordigen. Dezelfde softwarefuncties die beschikbaar zijn voor de evaluatie van contouren die met beeldverwerking of een taster zijn gescand, worden gebruikt voor de evaluatie van de 2D-afmetingen in snijcontouren die op deze wijze zijn gemaakt.