Oprogramowanie pomiarowe WinWerth®

W praktyce często trzeba "szybko" określić kilka wymiarów na częściach produkcyjnych. Zadanie to wykonują również pracownicy, którzy nie mają stale do czynienia z obsługą współrzędnościowych maszyn pomiarowych. Aby umożliwić efektywną pracę w tym środowisku, operacje są ograniczone do najbardziej niezbędnych. Inteligencja" oprogramowania pomiarowego WinWerth® przejmuje wtedy na przykład dokładne określenie obszaru obiektu, który ma zostać zmierzony, wybór elementu geometrycznego, który ma zostać zmierzony (np. linia prosta, okrąg, punkt narożny), a także algorytmy łączące do określania właściwości geometrycznych, takich jak odległości, kąty i średnice.

Programowanie sekwencji pomiarowych jest wspomagane przez odpowiednie narzędzia oprogramowania pomiarowego WinWerth®. Czujniki wybiera się bezpośrednio na interfejsie użytkownika współrzędnościowej maszyny pomiarowej wyposażonej w wiele czujników. Drzewo cech" przedstawia plan kontroli, a tym samym strukturę programu pomiarowego w formie drzewa. W tym miejscu uwidaczniają się zależności między właściwościami geometrycznymi, elementami geometrii i parametrami technologicznymi, takimi jak typ czujnika, ustawienie oświetlenia, szybkość skanowania, algorytm oceny i prawidłowe wyrównanie. Równolegle do drzewa cech, elementy geometryczne i cechy wraz z powiązanymi z nimi wynikami pomiarów są wyświetlane w graficznej reprezentacji procesu pomiarowego oraz w numerycznym dzienniku pomiarów. Operacje powiązania z elementami geometrycznymi (punkt przecięcia, linia przecięcia) lub obiektami geometrycznymi (odległość, prostopadłość) można zaprogramować w drzewie obiektów lub w widoku graficznym.

Kolejną zaletą modułu CAD zintegrowanego ze stroną WinWerth® jest możliwość wykorzystania informacji CAD do pozycjonowania współrzędnościowej maszyny pomiarowej. Firma Werth była prawdopodobnie pierwszym producentem współrzędnościowych maszyn pomiarowych, który wprowadził tę technologię już w połowie lat 90-tych pod nazwą CAD-Online®. Całą sekwencję pomiarową można kontrolować poprzez wybór cech geometrycznych na modelu CAD. Maszyna pomiarowa automatycznie ustawia się w wygenerowanych pozycjach pomiarowych i wykonuje pomiary za pomocą wybranych czujników.
W ten sposób można na przykład automatycznie rejestrować punkty pomiarowe w postaci chmur punktów za pomocą sond lub wykonywać pomiary większych powierzchni za pomocą plastrów 3D firmy Werth lub czujników konfokalnych, umieszczając automatycznie poszczególne pomiary obok siebie w wysokiej rozdzielczości. Parametry technologiczne, takie jak ustawienie oświetlenia dla czujnika przetwarzania obrazu, można regulować bezpośrednio na urządzeniu pomiarowym, uwzględniając interakcję między oświetleniem, obiektem pomiarowym i systemem obrazowania. Kolizji unika się, automatycznie modyfikując sekwencje ruchów na podstawie geometrii obrabianego przedmiotu i urządzenia lub czujnika.

Wiele systemów CAD oferuje obecnie możliwość integracji danych PMI (Product and Manufacturing Information). Oprócz opisu geometrii elementów CAD, wynikowe zestawy danych CAD zawierają również wymiary określone przez projektanta. Po wybraniu właściwości geometrycznych oprogramowanie pomiarowe WinWerth® rozmieszcza punkty pomiarowe lub ścieżki skanowania na wszystkich elementach geometrii, które mają być połączone w celu znalezienia rozwiązania, a sekwencja pomiarowa jest tworzona przynajmniej częściowo automatycznie. Niestety, rozwiązanie to nie jest jeszcze zbyt rozpowszechnione ze względu na zwiększone wymagania podczas tworzenia modelu CAD.

Jeśli cała sekwencja pomiarowa ma być generowana w pełni automatycznie, wszystkie niezbędne parametry muszą być zapisane w danych PMI lub określone automatycznie przez oprogramowanie pomiarowe. Jeśli te warunki wstępne zostaną spełnione, kompletne sekwencje pomiarowe do pomiaru narzędzi metalowych o ścisłej tolerancji, na przykład do produkcji form wtryskowych do soczewek kontaktowych, można wygenerować w pełni automatycznie w witrynie WinWerth®. Pomiaru dokonuje się za pomocą wieloczujnikowej współrzędnościowej maszyny pomiarowej, wykorzystując kombinację optycznych czujników odległości z przetwarzaniem obrazu oraz za pomocą automatycznej osi obrotowej/obrotowej dla przedmiotu obrabianego.

W procesie przetwarzania obrazu konturowego obraz jest postrzegany w oknie oceny jako dwuwymiarowa całość. Kontury są wyodrębniane z tego obrazu za pomocą odpowiednich algorytmów matematycznych (operatorów). Każdy punkt obrazu na konturze odpowiada punktowi pomiarowemu. Punkty pomiarowe są powiązane ze sobą jak sznur pereł. Umożliwia to wykrywanie i filtrowanie zakłócających konturów spowodowanych przez struktury powierzchni, wyrwy i zabrudzenia podczas pomiaru (filtr konturów) bez zmiany kształtu konturów. Dla zastosowań praktycznych ważne jest, aby w jednym zakresie przechwytywania można było wyróżnić kilka konturów. W kolejnym kroku nowoczesne systemy interpolują współrzędne punktów pomiarowych w obrębie siatki pikseli, co pozwala uzyskać większą dokładność.

Dzięki przetwarzaniu obrazów konturowych 2D i związanym z nim filtrom przetwarzania obrazu można również wykonywać pomiary w dowolnych przekrojach tomografii komputerowej lub chmury punktów. Ułatwia to między innymi wykonywanie pomiarów elementów wykonanych z różnych materiałów.

Tomografia ekscentryczna umożliwia umieszczenie przedmiotu obrabianego w dowolnym miejscu na stole obrotowym (patent). Eliminuje to konieczność kosztownego i czasochłonnego wyrównywania obrabianego przedmiotu oraz zwiększa łatwość obsługi. Za pomocą tomografii sekcyjnej lub tomografii ROI (ROI: Region of Interest) mierzy się z wysoką rozdzielczością częściowe obszary mierzonego obiektu, bez konieczności rejestrowania całego mierzonego obiektu, np. za pomocą tomografii rastrowej, w sposób całkowicie wysokorozdzielczy, a więc czaso- i pamięciochłonny. Tomografia Multi-ROI oferuje połączenie zalet tomografii ekscentrycznej i sekcyjnej. Można również wybrać kilka podobszarów, które mają być bardzo dobrze rozdzielone, w dowolnych miejscach mierzonego obiektu.

W przypadku tomografii w konwencjonalnym trybie start-stop ruch obrotowy jest przerywany na czas akwizycji każdego obrazu transmisyjnego, dzięki czemu podczas ekspozycji nie występuje rozmycie ruchu. Tomografia OnTheFly umożliwia zaoszczędzenie czasu potrzebnego na pozycjonowanie przedmiotu obrabianego dzięki ciągłemu obrotowi. Dzięki tej metodzie, z jednej strony, można znacznie skrócić czas pomiaru przy zachowaniu tej samej jakości danych, a z drugiej strony, przy zachowaniu tego samego czasu pomiaru, można poprawić jakość danych, a tym samym niepewność pomiaru.

Użytkownikom nieprzeszkolonym w obsłudze urządzeń pomiarowych WinWerth® oferuje możliwość prostego wybrania numeru części i wykorzystania go do rozpoczęcia automatycznej sekwencji programu. Można to również zrobić, skanując kod kreskowy znajdujący się na zleceniu produkcyjnym. Automatyczna obsługa błędów pomaga na przykład w przypadku nieprawidłowego włożenia części.

Alternatywnie, system zmiany przedmiotu obrabianego (wzór użytkowy) może być zintegrowany z obudową współrzędnościowych maszyn pomiarowych TomoScope® bez dodatkowych środków ostrożności związanych z ochroną przed promieniowaniem. Dzięki kilku gotowym do załadunku paletom pomiary są możliwe w nocy i w weekendy.

Można również zintegrować automatyczny załadunek za pomocą urządzeń podających. W tym celu programy pomiarowe mogą być przygotowywane zdalnie na stacjach roboczych offline. Obrabiane elementy są wprowadzane do strefy bezpieczeństwa robota przez śluzę powietrzną. W przypadku elementów takich jak bloki zaworów, obudowy i odlewy, właściwości geometryczne są określane niemal co pół minuty, przeprowadzane jest porównanie wartości nominalnych i rzeczywistych z chmurą punktów pomiarowych części wzorcowej, a elementy są sprawdzane pod kątem występowania wad, takich jak zadziory. Wyniki pomiarów można określić za pomocą komputerów analizujących pracujących równolegle i połączonych wspólnym protokołem, a także za pomocą wyników pomiarów z połączonych ze sobą urządzeń wieloczujnikowych.

Aby zilustrować odchylenia geometrii obrabianego przedmiotu od wartości nominalnych, można dokonać porównania z danymi CAD, przedstawiając odchylenia za pomocą kodów kolorystycznych na stronie WinWerth®. Procedura ta jest absolutnie konieczna w przypadku kontroli powierzchni o dowolnym kształcie. Aby wykonać pomiar, obszary zainteresowania na obiekcie są skanowane lub rejestrowane w postaci chmury punktów. Następnie na stronie WinWerth® porównuje się zmierzone wartości z modelem CAD. Wynik jest każdorazowo dokumentowany w postaci wektorowego lub kolorowego przedstawienia odchyleń od modelu CAD. Ocena ta może być przeprowadzona jako część procesu pomiarowego w urządzeniu lub w trybie offline na oddzielnej stacji pomiarowej. Kolory punktów pomiarowych ilustrują odchylenie między wartością docelową a rzeczywistą. Aby uwzględnić tolerancje części na wyświetlaczu, dokonuje się podziału na cztery podstawowe klasy:

• pozytywny w granicach tolerancji
• ujemny w granicach tolerancji
• dodatni poza tolerancją
• ujemny poza tolerancją

Wielkość odchylenia jest przedstawiona w postaci kolorowego kodu. Użytkownik może również skonfigurować kodowanie kolorami zgodnie z własnymi życzeniami.

Aby włączyć zmierzone lub obliczone odchyłki do procesu produkcyjnego, można zmodyfikować dane domyślne, korzystając z witryny WinWerth® FormCorrect . W tym celu określa się odchylenia między oryginalnym modelem CAD a danymi pomiarowymi przykładowego przedmiotu obrabianego i odzwierciedla się je na modelu. Na tej podstawie oprogramowanie pomiarowe generuje skorygowany model CAD, za pomocą którego można skompensować systematyczne odchylenia produkcyjne procesu wtryskiwania tworzyw sztucznych i druku 3D. Do korekcji o wysokiej rozdzielczości oraz do modyfikacji powierzchni wewnętrznych zaleca się stosowanie współrzędnościowych maszyn pomiarowych z rentgenowską tomografią komputerową. Podobną procedurę można wykonać za pomocą oprogramowania 2D-BestFit. Korekcja narzędzia może być stosowana zarówno przy wprowadzaniu nowych narzędzi skrawających (szlifowanie profilowe, frezowanie kształtowe), jak i podczas erozji drutu w celu skorygowania odchyleń w pozycjonowaniu.

Jeżeli dane CAD nie są dostępne, operator może interaktywnie wybrać punkty pomiarowe. W witrynie WinWerth® możliwy jest zarówno bezpośredni wybór za pomocą myszy, jak i automatyczna dekompozycja na elementy geometrii reguł. W tym celu, zaczynając od punktu początkowego, automatycznie dodawane są kolejne punkty dookoła, aż odchylenie kształtu wybranego elementu (np. walca) wyraźnie wzrośnie. Sygnalizuje to, że osiągnięto limity elementu i proces został zakończony.

Bardziej efektywne jest definiowanie sekwencji pomiarowych przy użyciu danych CAD 3D. Wybierając elementy CAD, automatycznie wybierane są niezbędne punkty pomiarowe. Poczynając od wyboru łat CAD, wybierane są wszystkie punkty pomiarowe mierzonego obiektu, które można geometrycznie przypisać do tej łaty, z uwzględnieniem wcześniej zdefiniowanych odległości brzegowych. W ten sposób uzyskuje się pełne odwzorowanie kształtu odpowiedniego elementu z maksymalną liczbą punktów.

W praktyce często definiuje się wymiary rysunkowe w widokach i przekrojach 2D. Należy to również wziąć pod uwagę przy ocenie danych pomiarowych generowanych tomograficznie. W tym celu można zdefiniować płaszczyzny w układzie współrzędnych obrabianego przedmiotu i przeciąć je zarówno danymi nominalnymi CAD, jak i rzeczywistą chmurą punktów. WinWerth® automatycznie wyodrębnia kontury reprezentujące dane nominalne i kontury rzeczywiste. Te same funkcje oprogramowania, które są dostępne do oceny konturów zeskanowanych za pomocą przetwarzania obrazu lub sondy, są wykorzystywane do oceny wymiarów 2D w konturach cięcia utworzonych w ten sposób.