MIHAI IULIAN

641 AB

Masuri de control cu laserMSURAREA SUPRAFEELOR UTILIZND SCANAREA CU LASER

n cadrul msurrilor pentru controlul dimensional al pieselor, scanerele cele mai des ntlnite sunt cele care au ca principiu de lucru triangulaia optic. Msurtorile reali-zate cu aceste echipamente nu sunt la fel de precise precum cele care utilizeaz pentru numerizarea palparea cu contact. Acest lucru se datoreaz aspectelor ce in att de natura fizic a piesei, de mediul n care au loc msurrile ct si de limitele constructive ale aces-tor echipamente. n ultima perioad tehnologiile au evoluat att de mult nct problemele de natur constructiv ce influeneaz performanele scanerelor sunt mult diminuate.Clasificarea scanerelor laser ce au ca principiu de lucru, triangulaia optic

Scanerele laser ce folosesc tehnica triangulatiei optice pot fi clasificate n funcie de tipul fascicolului laser cu care acesta baleiaz suprafaa de msurat ca fiind cu proiectie punctiform, adic proiecia fascicolului laser pe obiect este un punct iar la fiecare achiziie este numerizat doar un singur punct de pe suprafaa obiectului i cu proiecie liniar, unde fascicolul punctiform este nlocuit de o linie luminoas iar la fiecare achiziie este numerizat un numr mult mai mare de puncte.

Scanere laser de ultim generaie utilizate n industrie

Datorit preciziei nalte de care dau dovad, unele dintre cele mai utilizate scanere n laboratoarele de metrologie din industrie i cercetare sunt urmtoarele: scanerul laser Kreon Zephyr KZ 25, scanerul laser CMS 106, scanerul laser CMS 106, scanerul laser Nikon XC65D, scanerul laser Nikon LC 15, scanerele laser Nikon LC 50 i Nikon LC 60 DX.

Scanerul Kreon Zephyr KZ 25Problemele ntlnite la msurarea cu scanere laser

Pentru sistemele optice de triangulaie, exactitatea datelor rezultate n urma msurrii depinde de interpretarea adecvata a imaginii produse de lumina reflectat de obiect pe camera CCD. Perturbrile de form a luminii reflectate se produc atunci cnd se schimb reflexivitatea suprafeei; suprafaa are un grad nalt de reflexivitate; geometria suprafeei are discontinuiti; fascicolul luminos este parial obturat; apare fenomenul de granularitate [P1], [P2].

Fenomenul de umbr i de ocluziune

APLICAIILE INDUSTRIALEn prezent, 5 mari familii de aplicaii se disting n procedeele de scanare-digitizare:

reverse-engineering, destinat micorrii timpilor de concepie asupra sistemelor CAD, prelucrarea norului de puncte obinut trebuie integrata ntr-o faz de reconstrucie a suprafeelor prin intermediul unor softuri speciale;

metrologie-control-calitate, pentru msurarea precis a pieselor omogene cu forme complexe cu dimensiuni foarte variabile: controlul pe linia de fabricaie, n scopul selectrii sau stpnirii statistice a unui proces, pentru corelarea anumitor parametrii

ai lanului de fabricaie;

biomedical, pentru adaptarea protezelor naintea interveniilor sau n cadrul tratamentelor estetice, dar totodat i pentru caracterizarea volumic a organelor bazat pe ecografie, scanare etc;

digitizare, nainte sau dup prototiparea rapid a sistemelor de copiere prin prelucrare pe CNC-uri;

cinematografie i animaie video (imagini virtuale).

Importana pe care o are scanarea 3D i precizia acesteia este dictat de aplicaia urmrit, astfel aplicaiile n care de regul nu este necesar o toleran foarte mare (0.3mm), se pot folosi o gam larg de tehnici de scanare 3D (cu contact sau fr

contact) pentru a obine rezultatele urmrite. ns n industria auto, putem utiliza doar unele tipuri de scanare 3D, deoarece este necesar un prag destul de ridicat al calitii datelor, tolerantele acceptate n majoritatea cazurilor fiind cuprinse ntre 0,001 mm...

0,01 mm. Tehnicile de scanare 3D i cele de prototipare rapid joac un rol important n tehnicile R.E. n industria auto, chiar dac o procedur de R.E. nu presupune obligatoriu realizarea fizic a prototipului.

Metrologie-control-calitate: interaciuni.Aplicaiile concrete ale lucrrii tiinifice prezente se vor face prin concepia i realizarea fizic a unui echipament mecatronic adaptronic inteligent la familia de repere complexe din industria auto (arbore cotit, volant, biele etc.).

IMPACTUL TEHNOLOGIEI SCANRII 3D ASUPRA DEZVOLTRII PRODUSULUICompaniile adopt noi tehnici i ncearc noi metode de a-i eficientiza producia i costurile pentru a atinge cerinele produciei curente globale.

Printre recentele descoperiri tehnologice, exist un real interes n scanarea laser, care este i rapid i disponibil. Adesea, timpul necesar pn la vinderea produselor poate decide evoluia noului produs. De aceea, companiile ncearc s lucreze cu clienii lor mai mult n procesul de concepie nelegnd mult mai bine necesitile clientului nainte de etapa de producie. Procesul de scanare i posteditare poate avea loc n doar 4-5 ore. Acest tip de economisire a timpului presupune c companiile au abilitatea de a rspunde rapid schimbrilor pe pia. Un alt avantaj pentru productori const n faptul c n multe cazuri codul G poate fi creat pentru echipamentele CNC direct din date scanate sau dintr-un fiier STL fr a include etapa producerii unui model cu suprafee.

Aceasta nseamn c un prototip poate fi fcut i aprobat, scanat, urmat apoi de realizarea unei matrie care poate fi fcut uor i rapid, toate acestea ntr-o singur zi. Datele scanate pot fi translatate oricror formate de fiier CAD i accesibile unui numr mare de echipamente. Dup ce un produs a fost realizat, el poate fi scanat i datele rezultate comparate cu modelele geometrice CAD i deviaiile fa de modelul geometric iniial pot fi determinate precis. Un alt avantaj care nu este att de evident, este c odat ce obiectul se afl n calculator ideile complexe pot fi aplicate uor i precis. Astfel, procesele de fabricaie se pot desfoar n mai multe filiale ale aceleai companii din diferite locaii de pe glob. O dat ce un prototip a fost scanat, ingineria, analiza, controlul calitii i alte funcii care de obicei aveau loc consecutiv pot avea loc n mod concurent nainte de a trimite respectivul produs spre fabricare.ntr-o lume perfect, sau ntr-un mediu de producie integrat, sistemele metrologice 3D ar fi capabile s msoare toi parametri necesari ntr-o singur etap, fr erori, i s redea rezultatele n acelai fel ctre reelele de fabricare dotate cu calculatoare, n formate folositoare pentru controlul mainilor i managementul proceselor. Scanarea 3D cu laser ofer o mulime de avantaje, precum: rapid i uor de i non-distructiv, foarte util pentru suprafee care nu pot fi msurate prin metodele clasice (cu contact) i adaptiva (poate fi utilizat n combinaie cu celelalte metode de scanare).

Interferometria (coerent)Interferometria nseamn utilizarea interferenei diferitelor unde de lumina pentru a nregistra poziii tridimensionale n spaiu. Interferometria optic a fost utilizat ncepnd din secolul al 19- lea. Avnd n vedere intensitatea i coerena surselor de lumin convenionale limitate, msurrile s-au limitat la distane de doar civa centimetri. Aceste restricii au putut fi depite doar atunci cnd s-au inventat lasere. Laserele au permis interferometriei s se dezvolte intr-o tehnic de msurare rapid, foarte precis i versatil pe distane mai mari.

Msurarea interferometric a distanei poate fi foarte precis. Acesta ofer un grad mai ridicat de precizie dect metoda puls timp-de-zbor sau cea a modulrii razei. Cu toate acestea, ea este cea mai potrivit pentru msurtorile efectuate ntr-o atmosfer controlat (de exemplu, n interior) pe distane nu mai lungi de cteva zeci de metri.

Interferometru Michelson

ntr-un scanner laser interferometric raza laser este divizat folosind un spliter de raz ce reflect jumtate din raze ntr-o singur direcie (braul de referin) i transmite cealalt jumtate (braul de msurare). Ambele pri ale razei cltoresc mpreun pe ci diferite i atunci cnd razele sunt combinate, sunt produse zone de interferen. Pot fi detectate foarte mici deplasri (n ordinea de o fraciune de lungime de und) (folosind detecia coerenta), i distanele mai mari pot fi, de asemenea, msurate cu mici incertitudini de msurare (de numrare a lungimilor de und). Multe sisteme au fost construite pe acest principiu, de exemplu, multi-lungime de und, holografia i interferometria ptat. Aceste sisteme au foarte mare precizie, dar sunt, de asemenea, foarte scumpe.