Mototolea Corneliu

45
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI FACULTATEA DE GEODEZIE TEZĂ DE DOCTORAT -REZUMAT- CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE MĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. PETRE-IULIU DRAGOMIR Doctorand: Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 2014

Transcript of Mototolea Corneliu

Page 1: Mototolea Corneliu

UNIVERSITATEA TEHNIC Ă DE CONSTRUCŢII BUCURE ŞTI

FACULTATEA DE GEODEZIE

TEZĂ DE DOCTORAT -REZUMAT-

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE MĂSURARE

GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE

Conducător ştiin ţific: Prof. univ. dr. ing. PETRE-IULIU DRAGOMIR Doctorand:

Ing. CORNELIU MOTOTOLEA

2014

Page 2: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 1

CUPRINS

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE.......................................................................................

CAPITOLUL 2. ABATERI, TOLERAN ŢE ŞI ERORI DE M ĂSURARE......................

2.1. Abateri şi toleranţe de măsurare.............................................................................

2.1.1. Abateri şi toleranţe pentru forma produselor.............................................

2.1.2. Abateri şi toleranţe pentru determinarea poziţiei.......................................

2.1.3. Toleranţa şi nesiguranţa de măsurare..........................................................

2.2. Erori de măsurare....................................................................................................

2.2.1. Surse de erori.................................................................................................

2.2.2. Influenţa mediului ambiant asupra rezultatului măsurătorilor...............

CAPITOLUL 3. DISPOZITIVE DE M ĂSURAT UTILIZATE ÎN INDUSTRIE...........

3.1. Maşina de măsurat în coordonate..........................................................................

3.1.1. Măsurători de verificare utilizând maşina de măsurat în coordonate.......

3.2. Sisteme de măsurare care utilizează teodolite.......................................................

3.2.1. Metode de măsurare......................................................................................

3.3. Sistemul laser tracker............................................................................................

3.3.1. Reflectoare folosite la măsurători...............................................................

3.3.2. Calibrare şi parametrii de sistem...............................................................

3.3.3. Caracteristici ale sistemului laser tracker.................................................

3.3.4. Avantajele sistemului laser tracker faţă de sistemele de măsurare care

utilizează teodolite.........................................................................................

3.4. Sistemul de scanare laser......................................................................................

3.4.1. Scanarea laser..............................................................................................

3.4.2. Tehnici şi tipuri de dispozitive utilizate la scanare..................................

3.4.3. Componentele hardware ale unui sistem de scanare......................

CAPITOLUL 4. TEHNICI DE M ĂSURARE ÎN INDUSTRIE................................

4.1. Tehnici de măsurare în industria de automobile..................................................

4.1.1. Dezvoltarea automobilelor cu ajutorul ingineriei simultane....................

4.2. Tehnici de măsurare în industria aeronautică......................................................

4.2.1. Reprezentarea rezultatelor..........................................................................

4.2.2. Măsurători de verificare a aeronavelor.....................................................

4.2.2.1. Principiul de bază al verificării geometriei aeronavelor.............

3

4

4

4

4

5

5

6

6

7

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

11

11

13

15

15

15

17

17

17

18

Page 3: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 2

4.2.2.2. Planificarea şi efectuarea de măsurătorii pentru verificare.......

4.2.3. Concluzii.......................................................................................................

CAPITOLUL 5. APLICA ŢII PRACTICE..........................................................................

5.1. Determinări experimentale cu sistemul laser traker pentru:...........................

5.1.1. Verificare calapod de tragere profile pentru înveliş fuselaj...................

5.1.2. Verificare atrapa 200*................................................................................

5.1.3. Verificare înveliş uşă pentru aeronavă…………………………..……...

5.2.Determinări experimentale comparative utilizând diferite tehnici de măsurare

5.2.1. Tehnica de verificare utilizând sistemul de scanare laser......................

5.2.2. Tehnica de verificare utilizând maşina de măsurat în coordonate.......

5.2.3. Tehnica de verificare utilizând sistemul laser tracker………………...

5.2.4. Concluzii………………………………………………………………….

CAPITOLUL 6. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBU ŢIILE AUTORULUI ŞI

PERSPECTIVE DE CERCETARE ……………………………………………………...

6.1. Concluzii generale………...…………………………………………………......

6.2. Contribuţiile autorului………………………………………………………......

6.3. Perspective de cercetare…………………………………………………………

Bibliografie.....................................................................................................................

20

21

22

22

22

25

27

29

29

32

34

37

37

37

39

41

42

Page 4: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 3

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE

Calitatea produselor realizate de către firme constituie unul dintre criteriile principale

pentru obţinerea profitabilităţii acestora şi satisfacerii cerinţelor clienţilor. Prin asigurarea calităţii

produselor se obţine reducerea costurilor, creşterea productivitătii şi asigurarea competivităţii.

Un produs este considerat de calitate dacă acesta satisface cerinţele consumatorilor.

Gradul satisfacţie al consumatorilor reprezintă un etalon de măsură a calităţii produselor. Există

mai multe criterii de descriere a calităţii produselor.

Un prim criteriu de descriere a calităţii se bazează pe modul de fabricaţie, acesta se referă

la proiectarea şi la procesele de fabricaţie implicate în fabricarea produsului. În acest caz calitatea

produselor este dată de gradul de conformitate în raport cu cerinţele din proiect şi cu abaterile

identificate în urma proceselor de control al calităţii. Prin măsurare se determină calitatea de

conformitate care se obţine în procesul de producţie şi care este dată de calitatea utilajelor,

dispozitivelor, sculelor, proceselor tehnologice, de activitaţile de urmărire şi control .

Un al doilea criteriu de descriere a calităţii produselor se bazează pe utilizator. Un produs

este considerat de catre utilizatori ca fiind de calitate superioară dacă acesta le satisface cerinţele

şi aşteptările. Prin acest criteriu calitatea produsului este dată de faptul că acesta este

corespunzător pentru utilizare.

Un al treilea criteriu de descriere a calităţii produselor se bazează pe faptul că se consideră

un produs ca fiind un sistem care conţine acele caracteristici care aparţin operării şi funcţionării

produsului. Acest criteriu este o combinaţie a abordărilor care se bazează pe fabricaţie şi pe

consumator.

Prin utilizarea tehnologiilor de măsurare geodezice în industrie se asigură un bun şi

operativ control al calităţii produselor.

Motivaţia abordării acestei teme a tezei de doctorat a fost aceea de a studia domeniul care

se ocupă de controlul calităţii produselor precum şi a dispozitivelor care se folosesc în acest

domeniu, de a stabili unde, cum, în ce condiţii şi la ce produse se foloseşte fiecare dispozitiv

studiat. Acest domeniu se află la graniţa mai multor ramuri de activitate din industrie şi

construcţii. Datorită acestui fapt există foarte puţini specialişti care lucrează în acest domeniu,

aceştia se califică la locul de muncă neexistind o specializare care să se ocupe de acest domeniu

de activitate.

Page 5: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 4

CAPITOLUL 2. ABATERI, TOLERAN ŢE ŞI ERORI DE M ĂSURARE

2.1. Abateri şi toleranţe de măsurare

Măsurătorile în industrie sunt aplicaţii ale tehnicilor de măsurare geodezice şi a diferitelor

tehnologii de măsurare folosite în ştiinţele inginereşti. Din cadrul ştiinţelor inginereşti fac parte

construcţiile, industria constructoare de maşini şi de instalaţii tehnologice, industria constructoare

de vehicule, de aeronave şi de nave. Scopul măsurătorilor inginereşti şi a tehnicii de măsurare

constă în asigurarea preciziei geometrice şi a toleranţelor solicitate în proiectele aferente

produselor care trebuiesc realizate. Între inginerul care verifică produsele pentru controlul

calităţii, proiectantul, producătorul şi beneficiarul unui produs trebuie să existe o bună colaborare.

Toleranţa şi nesiguranţa de măsurare au fost studiate pănă în prezent în geodezie şi în

disciplinele din cadrul ştiinţelor inginereşti prin diferite metode şi modele teoretice, fără a se

realiza unele norme tehnice, care să se aplice în cadrul domeniilor menţionate.

Valoarea relală a unei mărimi măsurate reprezintă valoarea la momentul observării care

poate să difere dacă se realizează măsurătoarea la un alt moment. Mărimea măsurată poate fi o

distanţă, un unghi sau o coordonată.

2.1.1. Abateri şi toleranţe pentru forma produselor

La măsurarea topografică a lucrărilor din domeniul construcţiilor de maşini, nave,

aeronave şi instalaţii de foarte mare importanţă este folosirea unui limbaj comun pentru

specialiştii din toate domeniile care interacţionează la realizarea produselor, precum şi stabilirea

corectă a preciziilor de măsurare.

În planşele de proiectare este stabilită forma teoretică a unei piese. Forma finală prezintă

abateri faţă de această formă teoretică. Abaterea de formă este de aceea valoarea abaterii maxime

a unui element din proiect. Principalele abateri de formă sunt: abaterea de la rectilinitate, abaterea

de la planeitate, abaterea de la circularitate, abaterea de la cilindricitate, abaterea de la forma

suprafeţei şi abaterea de la forma profilului. Toleranţa formei reprezintă valoarea maximă

admisibilă a abaterii. Ea stabileşte zona toleranţei, în interiorul căreia are voie să se afle un

element al unei forme oarecare.

2.1.2. Abateri şi toleranţe pentru determinarea poziţiei

Determinarea abaterii poziţiei unui produs se obţine din abaterea de poziţie a unui element

faţă de un alt element de referinţă. Abaterile de poziţie pot fi: abateri de loc, abateri de direcţie

Page 6: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 5

sau abateri de funcţionare. Toleranţele de poziţie limitează abaterile de poziţie admise şi

determină zona toleranţei, în interiorul căreia trebuie să se afle elementul inspectat.

2.1.3. Toleranţa şi nesiguranţa de măsurare

Pentru a putea evalua riscul unor decizii greşite la controlul toleranţei trebuiesc cunoscute

raporturile dintre toleranţa totală, toleranţa de măsurare şi nesiguranţa de măsurare.

La controlul respectării toleranţei există trei cazuri (fig 2.1):

1. Dimensiunea reală cu zona sa înconjurătoare aşează nesiguranţa de măsurare în

câmpul toleranţei. în acest caz toleranţa este respectată.

2. Dimensiunea reală cu zona sa înconjurătoare aşează nesiguranţa de măsurare în afara

câmpului toleranţei. Toleranţa nu este respectată caz în care produsul este rebutat sau este necesar

să fie reprelucrat.

3. Dimensiunea reală este aşezată în interiorul câmpului toleranţei, dar zona nesiguranţei

de măsurare se află parţial în afară acestuia. În acest caz nu pot fi luate decizii în cea ce priveşte

respectarea toleranţei. În funcţie de împrejurări se va alege un procedeu de măsurare cu o precizie

de măsurare mai înaltă, în aşa fel ca zona nesiguranţei de măsurare să fie pe cât posibil mai mică

şi prin aceasta să poată fi luată o decizie univocă.

Depasirea tolerantei

da nu posibil

Cazul 2-u +u

zona nesigurantei demasurare

Cazul 1-u +u

zona nesigurantei demasurare

Cazul 3-u +u

Campul tolerantei

zona nesigurantei demasurare

Dimensiunea reala 2

Dimensiunea reala 1

Dimensiunea reala 3

Abaterea limita inferioara Abaterea limita superioara

Gu Go

Fig.2.1 Câmpul toleranţei şi nesiguranţa de măsurare [Dragomir, 2008]

2.2. Erori de măsurare

Se deosebesc trei tipuri de astfel de erori:

• Erori grosolane apar în condiţiile în care abaterea valorii măsurate este mult mai

mare faţă de ceea ce se obţine prin aplicarea metodei de măsurare. Acestea nu au

Page 7: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 6

nici o legatură cu precizia de măsurare şi se pot evita prin verificări ale

măsurătorilor.

• Erori sistematice influenţează rezultatul măsurării de verificare şi au acelaşi semn.

Ele se elimină prin folosirea la realizarea măsurătorilor a aparatelor de măsură

calibrate şi prin valori de măsurare corectate.

• Erori întămplătoare apar atât cu semn pozitiv cât şi cu semn negativ, influenţa lor

poate fi redusă la minim prin realizarea de măsurători repetate, prin obţinerea

mediei acestora precum şi prin realizarea de măsurători suplimentare.

2.2.1. Surse de erori

Rezultatul unei măsurători este întotdeauna influenţat de o eroare datorată unuia sau mai

multor factori. Principalele surse de erori pot fi date de:

- influenţa produsului care trebuie măsurat (de exp. erori de formă, erori de poziţionare,

deformaţii diferite);

- influenţa măsurilor (cale, calibre etc.), erorile aparatelor (erori de ghidare, de divizare, de

ajustare etc), erorile datorate metodelor de măsurare;

- influenţa mediului înconjurător: temperatura, presiunea aerului, umiditatea aerului, greutatea,

tensiunea, câmpurile electric şi magnetic, frecarea, iluminarea, vibraţiile etc. ;

- influenţa operatorului: atenţia, viteza de reacţie, capacitatea de acomodare, exerciţiul etc.;

- influenţa datorită apariţiei unor vibraţii temporare şi locale ale parametrilor constructivi ;

- greşelile operatorului (procedee de măsurare şi de evaluare nepotrivite etc); aceste erori de

măsurare pot fi evitate.

2.2.2. Influenţa mediului ambiant asupra rezultatului măsurătorilor

Condiţiile în care se realizează măsurătorile reprezintă parametrii care caracterizează

mediul ambiant. Datorită variaţiilor, aceşti parametrii pot influenţa rezultatele măsurării, motiv

pentru care li s-au atribuit valori de referinţă.

Condiţiile normale de deteriminări reprezintă valorile sau domeniile de referinţă ale

parametrilor care caracterizează mediul ambiant. Acestea au fost standardizate. În România, prin

STAS 6300-74 s-au stabilit valorile pentru atmosfera standard de condiţionare, de încercare şi de

referinţă pentru mijloacele de măsurare ale căror rezultate variază în funcţie de condiţiile

atmosferice. [Dodoc, 1979]

Page 8: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 7

CAPITOLUL 3. DISPOZITIVE DE M ĂSURAT UTILIZATE ÎN

INDUSTRIE

3.1. Maşina de măsurat în coordonate

Aparatele de măsură a coordonatelor pentru diferite tipuri de produse se utilizează în

industrie de foarte mult timp. Maşinile de măsurat în coordonate se pot clasifica în trei tipuri în

funcţie de construcţia de bază (fig 3.1):

1. în consolă; 2. cu o coloană; 3. tip pod;

Fig. 3.1 Tipuri de maşini de măsurat în coordonate [www.mdmstandard.ro]

Principalele caracteristici ale acestor mijloace de măsurare sunt legate de domeniul de

măsurare pentru cele trei tipuri de mai sus şi de precizia de măsurare a coordonatelor punctelor

caracteristice ale obiectelor măsurate care se situează în domeniul zecimilor sau sutimilor de

milimetru.

3.1.1. Măsurători de verificare utilizând maşina de măsurat în coordonate

În industrie, tehnica de măsurat în coordonate are un loc stabil. În prezent, nu există nici o

piesă a cărei dimensiuni să nu poată fi măsurate cu ajutorul maşinilor de măsurat în coordonate.

Principalele avantaje ale maşinilor de măsurat în coordonate sunt:

- măsoară dimensiunile, forma şi poziţia tuturor elementelor geometrice;

- se reduc majoritatea timpilor de măsură;

- se pot adapta la schimbarea dimensiunilor şi a tipului de piesă;

- sunt mai sigure în procesul de măsurare decât majoritatea instrumentelor de măsurare din

aceeaşi clasă;

- pot înlocui calibrele şi aparatele de măsură monoscop.

- etapele procesului de măsurare sunt înregistrate (poziţii pe care le urmează palpatorul) iar în

cazul în care se face inspecţia pentru piese de acelaşi tip aceasta se face automat cu o minimă

supraveghere din partea operatorului cea ce duce la o productivitate bună.

Page 9: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 8

3.2. Sisteme de măsurare care utilizează teodolite

Atunci când avem stabilită o precizie de determinare a punctelor în domeniul

submilimetric şi o rază de acţiune maximă de sub 100 m, avantajele acestor sisteme sunt variate.

Pe baza flexibilităţii şi portabilităţii, ca şi pe baza faptului că metoda de măsurare este fără

contact direct, sistemele de măsurare în industrie sunt superioare maşinilor statice de măsurare a

coordonatelor (3D) la măsurarea obiectelor cu volum mare. [Coşarcă, 2008,2009]

Principiul de măsurare de bază al determinării tridimensionale a punctelor prin intersecţie

spaţială înainte constă în a viza simultan cu cel puţin două teodolite staţionate în puncte de staţie

diferite, a aceluiaşi punct de pe obiectul de măsurat. Prin transmiterea datelor (unghiuri

orizontale, unghiuri verticale, coordonate) la un PC pot fi calculate rapid coordonatele spaţiale ale

punctului vizat într-un sistem de coordonate local al teodolitelor sau într-un sistem de coordonate

al obiectului care trebuie măsurat.

Apariţia şi dezvoltarea teodolitelor electronice a făcut posibilă realizarea unui sistem

de măsurare automat. Avantajele teodolitelor electronice constau în viteza mare de măsurare şi în

siguranţa transmiterii datelor.

Un sistem de măsurare cu aplicaţii în industrie se compune din:

- Blocul funcţional al teodolitelor format din două sau mai multe teodolite optice de

precizie sau teodolite electronice automatizate

- Unitatea de calcul;

- Sistem de imprimare (imprimantă sau ploter);

- Accesorii (mărci de vizare, folii reflectorizante, mire industriale, oculare laser, etc).

3.2.1. Metode de măsurare

Independent de sistemul de măsurare utilizat (manual sau automat), există mai multe

metode de măsurare:

- metoda de măsurare standard (measure mode), prin care se determină punctele tridimensional,

prin marcare cu dispozitive reflectorizante sau cu dispozitive laser;

- metoda de măsurare pentru inspecţie (inspect mode) prin care se realizează măsurarea şi

compararea cu valori ale coordonatelor din proiect. În multe cazuri, punctul măsurat este adus în

poziţia teoretică dorită prin metode ale tehnicii măsurătorilor inginereşti, de exemplu, prin trasări;

Page 10: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 9

- metoda de măsurare pentru determinarea formei (built mode) prin care obiectul este măsurat

punct cu punct. Forma obiectului este determinată prin transmiterea coordonatelor măsurate şi

reprezentarea acestora într-un sistem CAD.

3.3. Sistemul laser tracker

Sistemul laser tracker reprezintă un sistem polar de măsurare, special dezvoltat pentru

aplicaţii industriale. Proprietăţile interferometrului, stabilite de ceva timp în industrie, au fost

lărgite spre un sistem de măsurare complet mobil, ce permite măsurarea cu un reflector care se

mişcă liber, independent de o şină conducătoare dată. Captarea tridimensională a coordonatelor

poate avea loc atât în timpul mişcării cât şi pe punctele ţintă statice.

3.3.1. Reflectoare folosite la măsurători

Ca marcaj ţintă sistemul laser tracker are la dispoziţie mai multe tipuri de dispozitive

pentru măsurat:

• Un reflector ochi de pisică, „Cat-eye”, care constă din două semisfere din sticlă.

Geometria reflectorului asigură paralelismul dintre raza incidentă şi cea care se

reflectă. Reflectorul „Cat-eye” se utilizează pentru zone de lucru mai mari de 2 m

(fig.3.2).

Fig. 3.2 Reflectorul „Cat-eye” Fig. 3.3 Reflectorul T-Probe Fig. 3.4 Scaner T-Scan

• Un reflector central denumit T-Probe care se foloseşte pentru determinarea precisă a

coordonatelor punctelor greu accesibile şi care are ca dispozitiv auxiliar o bară

calibrată de dimensiuni cunoscute cu ajutorul careia se obţine poziţia exactă a

punctelor măsurate în sistem 3D (fig. 3.3)

Page 11: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 10

• Un alt dispozitiv pe care îl foloseşte sitemul laser tracker este un scaner 3D denumit

T-Scan cu care se determină poziţia (X,Y,Z) a punctelor măsurate cu o precizie de

±30µm la o distanţă de laser tracker de max 15 m (fig 3.4).

3.3.2. Calibrare şi parametrii de sistem

Construcţia complexă a întregului sistem laser tracker necesită un montaj foarte precis şi o

ajustare individuală a componentelor. Pentru obţinerea unei soluţii optime se corectează ultimele

reglări reziduale prin observarea parametrilor corespunzători în cazul determinării valorii

măsurate cu ajutorul sofware-ului de calcul.

3.3.3. Caracteristici ale sistemului laser tracker

Fig. 3.5 Laser tracker Leica 840 cu dispozitivele T-Probe stânga si T-Scan dreapta

[www.leica-geosystems.com]

-Rezoluţia dispozitivului laser tracker este de ±0.015 mm+0.006 mm/m.

-Viteza de măsurare cu dispozitivul T-Scan este de 3000 puncte/s la o distanţă mai mică de

15m.

- Distanţa la care poate măsura folosind dispozitivul T-Probe este de pâna la 30m.

- Distanţa maximă la care poate măsura folosind un reflector este de 40m.

- Nu se calează.

- Necesită o perioadă de cca 30 minute pentru a se încălzi înainte de începerea măsurătorilor.

- Sistemul de coordonate al aparatului poate fi adus într-un alt sistem de coordonate.

- Se poate suprapune piesa prelucrată cu modelul 3D al acesteia şi se pot determina în timp

real abaterile fară a mai necesita alte prelucrări ale măsuratorilor.

Page 12: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 11

- Poate măsura într-un interval de temperatură între 0 şi +40 oC (nu necesită climatizare).

- Deoarece caracteristicile de propagare ale razei laser sunt dependente de condiţiile mediului

înconjurător, sistemul trebuie calibrat înainte de fiecare măsurătoare iar parametrii presiunea

aerului şi temperatura trebuiesc cuprinşi în acest proces. Trebuie avut în vedere că aceste

valori nu trebuie să se modifice în timpul măsurătorii pentru că influenţează precizia.

- Dacă obiectul de măsurat se află în calculator ca geometrie 3D-CAD, atunci abaterile pot fi

prezentate direct pe ecran. Computerul calculează pentru fiecare punct măsurat, abaterea de la

modelul proiectat. Utilizatorul poate astfel să recunoască direct domeniile în care valorile se

găsesc în afara toleranţei şi poate să observe detaliat aceste domenii chiar în timpul verificării

sale propriu-zise.

3.3.4. Avantajele sistemului laser tracker faţă de sistemele care utilizează teodolite

Ambele sisteme se bazează pe principiul de măsurare polar şi pot să profite de avantajele

geometrice corespunzătoare. Criteriile esenţiale prin care se deosebesc cele două siteme se referă

la viteza de măsurare, la precizia măsurării, la măsurarea pe ţinte mobile, la gradul de

automatizare şi nu în ultimul rând la preţul sistemului. Utilizatorul trebuie să aleagă sitemul cel

mai potrivit pentru tipul de măsurători care trebuiesc realizate şi să găsească o soluţie aplicabilă

în industrie, pentru că în funcţie de modul de aplicare şi evaluare, predomină avantajele unuia sau

altuia dintre sisteme. 3.4. Sistemul de scanare laser 3.4.1. Scanarea laser

Scanarea laser este o tehnică geodezică, cu ajutorul căreia se poate determina automat

geometria unui obiect, fără ajutorul unui mediu reflectorizant, cu precizie şi cu viteză ridicată.

Rezultatul măsurătorilor este dat de un număr foarte mare de puncte, denumit nor de puncte.

3.4.2. Tehnici şi tipuri de dispozitive utilizate la scanare

- Dispozitiv de scanare cu o singură cameră.

În cazul tehnicii de scanare cu o singură cameră avem un fascicul de raze laser care este

emis de instrument fiind reflectat de suprafaţa obiectului scanat către o lentilă colectoare, situată

pe instrument şi care se află la o distanţă cunoscută faţă de emiţător. Lentila focusează imaginea

razei laser reflectată, care este colectată de o cameră video, de către un senzor CCD (Charged

Coupled Device). În funcţie de model, camera cuprinde un domeniu de măsurare între 45o şi 65o

Page 13: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 12

faţă de centrul de măsurare. Poziţia spotului imagine înregistrat pe pixelii camerei este apoi

procesat pentru a se determina distanţa până la obiect (fig 3.6)

Unghiul fascicolului laser emis este înregistrat de aparat iar distanţa dintre sursa laser şi

camera video este cunoscută de la calibrare.

masurat

γ

αβbaza

Oglinda

Lentilacamera

Senzor CCD

Obiect

Dispozitvlaser

baza

Dispozi tvlaser

Senzor CCD Senzor CCD

Obiectmasurat

L enti lacamera

L enti lacamera

Fig. 3.6 Dispozitiv de scanare cu o cameră Fig. 3.7 Dispozitiv de scanare cu cameră dublă -Dispozitiv de scanare cu cameră dublă.

Tehnica de scanare pentru acest dispozitiv se bazează pe acelaşi principiu ca în cazul

scanării cu o singură cameră şi se utilizează două camere CCD, situate la capetele bazei. Spotul

de raze laser care trebuie detectat este generat de o sursă separată, care nu are nici o funcţie de

măsurare (fig 3.7).

Fig.3.8 Cameră dublă de tip ATHOS III [www.gom.com]

Page 14: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 13

Soluţia geometrică este aceeaşi cu soluţia scanării cu o singură cameră şi se păstrează

acelaşi ordin de precizie.

Posibilităţile de diminuare a nesiguranţei de determinare a poziţiei punctelor sunt:

- mărirea bazei de triangulaţie - creşte efectul de umbrire;

- mărirea distanţei focale a lentilelor - reduce câmpul de vedere;

- diminuarea nesiguranţei măsurătorilor - cameră mai performantă.

Datorită limitărilor de utilizare a unei baze de măsurare mai mari şi a câmpului de

vizualizare al camerei, scanerele care utilizează principiul triangulaţiei sunt utilizate în general

pentru aplicaţii în care distanţa este sub 10 m.

Scanerele care utilizează principiul triangulaţiei au o precizie foarte bună de determinare a

poziţiilor spaţiale ale punctelor, în domeniul submilimetric.

3.4.3. Componentele hardware ale unui sistem de scanare

Un sistem de scanare laser are următoarele componente principale: unitatea de scanare,

unitatea de control, sursa de energie şi accesorii.

a. Unitatea de scanare sau scanerul propriu-zis are trei componente principale: sistemul de

măsurare a distanţelor, sistemul de măsurare a unghiurilor şi sistemul de deflecţie.

b. Unitatea de control este de regulă un calculator portabil pe care este instalat un software

specializat cu ajutorul căruia se realizează întregul proces de scanare şi de înregistrare a datelor.

O caracteristică importantă a sistemului o reprezintă capacitatea de stocare a datelor ţinând seama

de cantitatea foarte mare de puncte obţinute în timpul procedurilor de scanare.

c. Sursa de energie este reprezentată de una sau mai multe baterii sau reţeaua de 220v.

d. Accesoriile sunt reprezentate de trepied pentru aplicaţiile statice, ţinte de vizare, jaloane, etc.

Tipul de software utilizat diferenţiază diferitele tipuri de instrumente produse de diferite

companii constructoare. În general, componenta software trebuie să asigure o serie de funcţii de

bază necesare efectuării măsurătorilor, să ofere o interfaţă rapidă şi simplă pentru definirea

ferestrelor de scanare şi a valorilor rezoluţiei.

Produsele finale ale procesului de scanare se obţin prin post-procesarea informaţiilor

oferite de norii de puncte, utilizând produse software. În general, aceste softuri sunt puse la

dispoziţie de firmele producătoare, fiecare dintre acestea fiind specifice firmei respective şi sunt

diferite de la o firmă la alta.

Page 15: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 14

Fig.3.9 Sistem de scanare [www.gom.com]

Achiziţia datelor se realizează într-un timp foarte scurt, lucru care aduce un avantaj al

acestor sisteme în raport cu celelalte sisteme prezentate anterior.

Post-procesarea datelor poate însă să dureze mai mult, ţinând seama de volumul foarte

mare de date care se pot achiziţiona într-un proces de scanare şi depinde foarte mult de abilitarea

operatorilor care participă la post-procesare.

Page 16: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 15

CAPITOLUL 4. TEHNICI DE M ĂSURARE ÎN INDUSTRIE

4.1. Tehnici de măsurare în industria de automobile

Procesul dominant în industria de automobile este fabricarea, orientată către client, a unui

vehicul. Acest lucru nu are ca activitate principală realizarea de măsurători geodezice inginereşti

care sunt utile doar în unele etape cu scopul de a realiza procesul de control al calităţii

produselor. Aceste măsurători reprezintă doar o activitate ajutătoare în procesul de producţie.

Verificarea produselor este necesară pentru a le testa în diferite stadii de prelucrare, cu

scopul de a verifica procesele nesigure sau pentru ca piesele să se încadreze în abaterile impuse

prin documentaţia de proiectare.

Procedeele de măsurare, pe care le oferă geodezia, sunt potrivite pentru procesele de

control al calităţii din industria constructoare de maşini.

4.1.1. Dezvoltarea automobilelor cu ajutorul ingineriei simultane

În dezvoltarea modernă a automobilelor foarte importante sunt dorinţele clienţilor. A-i

mulţumi cât mai mult, comparativ cu concurenţa de pe piaţă, este scopul fiecărei companii iar

cine vrea să câştige cât mai mult din piaţă, trebuie să facă acest lucru mai sigur, mai repede şi mai

ieftin. Îmbunătăţirea calităţii, scurtarea timpilor de producţie şi scăderea costurilor sunt

obiectivele metodelor de proiectare şi de realizare a produselor moderne. Astfel este necesară

ingineria simultană. Sub această denumire de inginerie simultană se înţelege, desfăşurarea în

paralel a proceselor de producţie cu participarea tuturor domeniilor, diviziilor de operare ale

organizaţiei care se ocupă cu realizarea produselor sub forma unui management de proiect.

[Möser, Müler, Schlemmer, Werner, Löffler, 2002], [Mototolea, 2013]

Proiectul dezvoltării unui nou autovehicul se împarte în patru faze:

• Faza de definiţie,

• Faza de concept,

• Faza de proiect şi de detaliere,

• Producţia de serie.

În faza de definiţie se stabileşte obiectivul proiectului şi anume pe ce pieţe se vând

produsele şi ce cerinţe ale clienţilor trebuiesc îndeplinite. La finalul fazei de definiţie, stă

imaginea proiectului, exprimată prin cerinţele dintr-un caiet de sarcini (care trebuie să se

dezvolte). În faza de definiţie nu este necesară efectuarea de măsurători.

Page 17: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 16

În faza de concept, ţinând cont de cerinţele de calitate, cost şi termen, are loc dezvoltarea

prototipului. După ce, la finalul fazei de concept, există un prototip, încep primele măsurători.

Sarcina cea mai importantă a măsurării în faza de concept este transformarea succesivă a

datelor de prototip în date geometrice ale formei externe al vehiculului prin obţinerea de fişiere

de tip CAD.

În faza de proiect şi de detaliere se stabilesc în detaliu şi se construiesc produsele

respectiv dispozitivele de producţie. În paralel are loc şi testarea. Rezultatul acestei faze este dat

de documentaţia finală şi de mijloacele de producţie pentru începerea seriei. Cele două teme

importante, metrologice, ale dezvoltării sunt date de diferitele teste ale datelor geometrice din

proiect.

În faza de proiect şi de detaliere se transformă conceptele într-un proiect constructiv. În

paralel se realizează simularea şi testarea pentru verificarea proiectului. Datele-CAD ale

conturului exterior al caroseriei obţinute în baza modelului realizat din materiale uşor de modelat

sunt supuse unor prelucrări amănunţite. Cu toate că introducerea tehnicii de simulare este aici

foarte avansată, în anumite faze ale procesului este necesar să se realizeze mai înainte un model

de referinţă la scara 1:1 (model de control a datelor). Pe baza acestuia se prelucrează şi se

identifică modificările care trebuiesc efectuate pentru realizarea produsului. Aceste modificări

realizate pe prototip impun ca modelul de referinţă sau unele părţi din acesta să fie măsurate din

nou printr-o cuprindere a suprafeţei exterioare a caroseriei.

La testarea vehiculelor se utilizează procedee de măsurare geodezice inginereşti pentru

tehnica de măsurare a prototipului. Teodolitele cu laser sunt utilizate pentru verificarea

metrologică a modelelor.

În producţia de serie sunt necesare măsurători de determinare a formei autovehiculului

după prototipul realizat din materiale usor de prelucrat (în faza de concept) şi modelul de

referinţă (în faza de proiect) care trebuie testat. Printr-un model de referinţă se testează precizia

potrivirii componentelor de pre-serie. [Möser, Müler, Schlemmer, Werner, Löffler, 2002],

[Mototolea, 2013]

O altă cale pentru măsurarea unui model de referinţă sunt procedeele fotogrametrice.

Metodele de realizare de măsurători geodezice inginereşti pot fi utile în industria de

automobile numai când sunt mai rapide şi mai flexibile la aceeaşi sau la o mai bună precizie şi

astfel mai ieftine faţă de metodele convenţionale.

Page 18: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 17

4.2. Tehnici de măsurare în industria aeronautică

În centrele de dezvoltare din industria aeronautică se lucrează continuu la integrarea

noilor cunoştinţe obţinute din cercetare. Un astfel de proiect îl reprezintă o aripă optimizată la

curenţii de aer. Înainte să se fabrice o astfel de aripă la mărimea 1:1, se confecţionează un model

pe baza căruia se verifică şi se îmbunătăţeşte comportamentul teoretic la zbor prin încercări

practice într-un tunel aerodinamic. Cu rezultatele experimentale obţinute în tunelul aerodinamic

se îmbunătăţeşte continuu, de către tehnicieni, modelul profilului aripii. Deoarece în plus faţă de

prelucrarea mecanică, acţionează şi forţe externe asupra modelului, este necesară integrarea în

faza de testare a controalelor geometrice ale formei. Datele obţinute în forma digitală se compară

apoi cu parametrii iniţiali ai modelului proiectat şi conferă tehnicienilor cunoştinţe despre

proprietăţile prognosticate. [Möser,Müler,Schlemmer, Werner, Löffler, 2002], [Mototolea, 2013]

4.2.1. Reprezentarea rezultatelor

Pentru a obţine rezultatele măsurătorilor folosind doua dispozitive diferite de măsurat

(maşina de măsurat şi teodolitele) într-un sistem de coordonate, sunt necesare puncte comune

(puncte de conexiune) cu ajutorul cărora se determină un sistem unitar de coordonate.

Rezultatul măsurătorii este dat sub forma listelor coordonatelor. Aceste liste sunt de ajutor

la evaluarea punctelor singulare. Pentru a se obţine o comparaţie grafică a rezultatelor se introduc

punctele măsurate şi respectiv conturul proiectat într-un format CAD.

4.2.2. Măsurători de verificare a aeronavelor

Atunci când se dezvoltă un nou model de aeronavă, la sfârşitul liniei de montaj se

realizează o măsurătoare totală. Prin această verificare autorităţilor de licenţiere, ca şi clienţilor, li

se poate confirma că abaterile de montaj şi specificaţia de greutate pentru noul model de aeronavă

a fost menţinută.

După reparaţii capitale sau după aterizări dure, se efectuează verificări ale geometriei

aeronavelor care au fost implicate în acestea. Tipul şi domeniul măsurătorii se adaptează

individual cerinţelor. Testarea poate să fie efectuată de către companiile care deţin aeronavele,

deoarece pentru fiecare model de avion există un echipament de măsurare special care poate fi

folosit pentru o testare proprie.

Page 19: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 18

4.2.2.1. Principiul de bază al verificării geometriei aeronavelor

Pentru testarea geometriei aeronavelor, principala caracteristică a acesteia constă în

verificarea simetriilor. Construcţia simetrică a aeronavei are o influenţă esenţială asupra

comportamentului în zbor.

În cazul în care dispozitivele de comandă (flapsuri) aflate pe aripă prezintă deformaţii

atunci zborul în linie dreaptă este deviat iar pilotul şi respectiv sistemul de control al aeronavei

trebuie să efectueze corecţii ale direcţiei de zbor. Acest reglaj conduce la un comportament

nefavorabil în cazul curenţilor de aer şi a modificărilor rezistenţei la înaintare în aer (Cx) ceea ce

duce la un consum ridicat de combustibil.

În fig. 4.1 sunt reprezentate, elementele de simetrie ale aripii, cu care este apoi posibilă o

evaluare a poziţiei acesteia. Toleranţa se raportează la o comparare a valorilor - Z din partea

stângă cu cele din partea dreaptă.

AD

ma

rime

a Z

ma

rime

a Z

plan de referinta orizontal

stânga dreapta

marimea Z a punctelor de masurat in planul de referintasunt, in acest exemplu, elemente de simetrie pentru compararea

partii stângi si a celei drepte

FD

Fig. 4.1 Reprezentarea simetriilor Z ale aripii (stânga, dreapta, plan de referinţă orizontal)

[Möser, Müler, Schlemmer, Werner, Löffler, 2002], [Mototolea, 2013]

Mărimea Z a punctelor de măsurat în planul de referinţă orizontal sunt elementele de

simetrie pentru compararea părţii stângi şi a celei drepte. Punctele de verificare care se folosesc

pentru testare, sunt integrate în structura aeronavei. Acest lucru are avantajul că modificările

structurii avionului pe întreaga perioadă de funcţionare (circa 25 de ani), se pot observa pe

Page 20: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 19

punctele de verificare care nu sunt vizibile. Pe ele se pot fixa atât mijloace ajutătoare pentru o

testare proprie simplă realizată de către personalul de întreţinere al companiilor de linii aeriene,

cât şi adaptori de măsurare pentru procese optice 3-D (fig.4.2)

adaptor de masurare

stru

ctur

a a

vion

ului

punct de masurare indirect

punct de control încorporat

Fig. 4.2 Punct de verificare încastrat în structura avionului (structura avionului, punct de

control încorporat, punct de măsurare indirect, adaptor de măsurare)

[Möser, Müler, Schlemmer, Werner, Löffler, 2002], [Mototolea, 2013]

Cu ajutorul adaptorului de măsurare, se determină punctul propriu-zis din interiorul

structurii, indirect, printr-un calcul în care se ţine cont de dimensiunile adaptorului. Astfel,

adaptorii fac legătura între sistemele de măsurare şi aeronavă. Precizia unui sistem optic este

dependentă de cât de sigur este vizat de către operator punctul ţintă cu ajutorul teodolitului. În

condiţiile de lucru din mediul industrial, trebuie să fie posibilă o vizare foarte precisă, chiar şi în

situaţia de iluminare slabă. Această cerinţă presupune efectuarea marcajului ţintei cu foarte mare

grijă. În practică se folosesc marcaje ţintă sferice care au avantajul unui unghi de observaţie de

400 grade. Pentru distanţe de până la 10 m, se utilizează sfere cu un diametru de 3 mm. Pentru

distanţe mai mari, este necesară utilizarea unor sfere cu un diametru mai mare.

Page 21: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 20

Doi dintre adaptorii de măsurare folosiţi, la verificarea finală a avionului, sunt

reprezentaţi în fig. 4.3.

Adaptor de masurare pentru 2 puncte Adaptor de masurare pentru 3 puncte

punct tinta

punct de masurare indirect (offset punct)

sfera ceramica cu diametrul de 5mm

punct de masurare indirect (offset punct)

Fig. 4.3 Adaptori de măsurare pentru determinarea indirectă a punctului (adaptor de

măsurare pentru două puncte, pentru trei puncte, punct ţintă, punct de măsurare indirect (offset

punct), sferă ceramică cu diametru de 5 mm).

[Möser, Müler, Schlemmer, Werner, Löffler, 2002], [Mototolea, 2013]

Punctele ţintă sunt definite în acest caz în raport cu punctul “offset”, cu o toleranţă de ±

0.02 mm.

4.2.2.2. Planificarea şi efectuarea de măsurători pentru verificare

La alegerea sistemului de măsurare potrivit disponibilitatea obiectului de măsurat are un

rol hotărâtor. Foarte important la realizarea măsurătorilor este timpul în care obiectul este

disponibil exclusiv pentru verificare. De asemenea, la planificări, trebuie să se ţină cont de faptul

dacă este vorba despre o măsurare în serie sau dacă verificarea trebuie făcută doar pe un număr

limitat de produse.

În cazul în care disponibilitatea aeronavei studiate este foarte mare se poate folosi un

sistem de măsurare care utilizează teodolite. Dacă s-ar efectua verificări în serie, atunci alegerea

unui sistem fotogrametric ar fi cel mai indicat.

Pe perioada verificării este necesară menţinerea constantă a temperaturii în hala în care se

realizează masurătoarea. O variaţie a temperaturii mediului înconjurător de ± 20C faţă de valorile

iniţiale, duce la reluarea măsurătorii. În special în lunile de vară, cu temperaturi matinale reduse,

Page 22: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 21

trebuie luată în calcul o creştere mare a temperaturii pe parcursul zilei. Pentru a obţine măsurători

precise, într-un interval de timp mai lung trebuie ca observaţiile sa fie realizate doar pe timpul

nopţii. Dacă măsurătorile de verificare se efectuează într-o hală încălzită, atunci trebuie luată în

calcul stratificarea temperaturii din aer.

4.2.3. Concluzii

Alegerea sistemului de măsurare este dependentă de precizia cerută, de numărul punctelor

care trebuiesc măsurate, de disponibilitatea obiectului măsurat şi de condiţiile de mediu din

timpul măsurătorii.

La efectuarea măsurătorilor de verificare pentru aeronave se poate folosi un sistem de

măsurare cu teodolite, pentru că, păstrând cerinţele de precizie, este cea mai bună şi economică

soluţie industrială pentru această operaţiune. Dacă s-ar efectua verificarea finală în serie pentru

mai multe aeronave, atunci ar fi avantajos un sistem de măsurare care s-ar putea automatiza

pentru a menţine costurile verificării cât se poate de reduse pentru obţinerea aceluiaşi rezultat cu

aceeaşi precizie.

Cu noile tehnologii de fabricaţie din construcţia de aeronave suntem azi în situaţia de a

finaliza componente complexe care în trecut erau constituite din mai multe subgrupe, într-un

singur proces de lucru. În special în domeniul compozitelor (fibră de sticlă/carbon) piesele

componente au atins dimensiuni care nu ar mai putea face posibilă, din punct de vedere

economic, verificarea cu metode convenţionale. Verificarea conturului pieselor cu o maşină de

măsurat în coordonate este exclusă din cauza dimensiunilor mari. Introducerea sistemelor de

măsurare mobile facilitează efectuarea testelor direct în producţie.

Page 23: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 22

CAPITOLUL 5. APLICAŢII PRACTICE

5.1. Determinari experimentale cu sistemul laser traker pentru:

5.1.1. Verificare calapod de tragere profile pentru înveliş fuselaj

Aplicaţia constă în determinarea suprafeţei de lucru pentru un calapod de tragere a

profilelor din dural folosite la fuselajul unei aeronave (fig 5.1). Acest calapod a fost construit de

către ROMAERO din oţel având ca model iniţial un calapod din policarbonat (care necesita

reparaţii frecvente pentru suprafaţa de lucru). [Mototolea, 2014]

Fig.5.1 Calapod din oţel utilizat la tragere profile înveliş fuselaj

Pentru obţinerea suprafeţei active prelucrate pe calapod se parcurg următoarele etape de lucru:

I. Se obţine din proiectul aeronavei, care se află introdus în procesul de fabricaţie în

format CAD-3D (în softul CATIA în care a fost proiectată aeronava cu toate subansamblele ei),

suprafaţa de lucru proiectată.

În prima fază se va prelua (din CATIA) suprafaţa exterioară a profilului ce urmează a fi

tras pe calapod la care se vor aplica toleranţele din procesul de fabricaţie de la asamblarea

profilului pe fuselajul aeronavei. Această suprafaţă se va introduce în softul de achiziţie a datelor

(PolyWorks 10.0) unde se va face compararea prin suprapunere cu suprafaţa obţinută în urma

prelucrării calapodului din oţel.

II. Se aduce dispozitivul laser tracker în condiţii optime de funcţionare, la temperatura

mediului în care se lucrează (încălzirea acestuia).

III. Se împarte suprafaţa care urmează a fi scanată în fâsii de câte 10 cm - pentru a se

micşora zonele de suprapunere a punctelor scanate (fig.5.1.).

IV. Se aduce, dupa ce aparatul se află în condiţii optime de funcţionare (dupa încălzirea

acestuia), sistemul de coordonate al dispozitivului laser tracker în sistemul de coordonate al

Page 24: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 23

aeronavei prin alinierea pe trei puncte (plan aliniere – fig.5.2) de coordonate cunoscute

inscripţionate pe calapod şi anume pe sistemul de fixare al acestuia (acestea se măsoară cu

dispozitivul T-Probe)

Fig. 5.2 Plan de aliniere calapod de tragere profile

V. Se scanează (cu dispozitivul T-Scan) suprafaţa activă de lucru (care în prealabil a fost

împărţită în fâşii de circa 10 cm pentru a se scana uniform şi a nu exista suprapuneri ale norilor

de puncte ) (fig.5.3).

VI. Întrucât scanerul T-Scan şi dispozitivul laser tracker trebuie sa aibă vizibilitate

permanentă s-a decis a se scana în doua etape, de o parte şi de alta a calapodului. În cazul în

care dispozitivul laser tracker pierde contactul vizual cu dispozitivul T-Scan se reia

măsuratoarea de la alinierea sistemelor de coordonate (fig.5.2.).

Fig. 5.3 Suprafeţe scanate Fig. 5.4 Suprafaţa scanată – reprezentare rezultate

VII. Se suprapun parţial norii de puncte rezultaţi în urma măsurătorilor. După scanare se

generează o suprafaţă de tip mesh prin unirea norilor de puncte scanaţi (fig.5.3). Suprafaţa

rezultată este comparată cu suprafaţa proiectată obţinută din modelul 3D (preluat din CATIA) al

profilului care trebuie realizat (fig.5.4). Dacă secţiunea măsurată se încadrează în toleranţe atunci

Page 25: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 24

suprafaţa activă a calapodului poate fi folosită la ambutisarea profilului aripii aeronavei. În cazul

în care secţiunea măsurată nu se încadrează în toleranţe atunci se prelucrează zonele în care apar

abateri de la toleranţe dupa ce în prealabil acestea au fost identificate.

VIII. Verificarea rezultatelor determinărilor efectuate mai în detaliu pentru anumite

zone, în cazul în care este necesară, se poate face pe secţiuni, posibil de obţinut în orice zonă a

piesei de controlat, la o scară de reprezentare convenabilă, cu ajutorul softului de prelucrare a

datelor. Câteva secţiuni în zone verificate sunt prezentate mai jos. [Mototolea, 2014]

Abaterile de la profilul teoretic pentru ca secţiunea de fuselaj să se încadreze în toleranţă

trebuie să fie între ±1mm.

În urma măsurătorilor s-au obţinut că:

- 49.786% din suprafaţă se încadrează în intervalul [-0.35,0] mm

- 50.182% din suprafaţă se încadrează în intervalul [0,0.35] mm

- 0.007% din suprafaţă se încadrează în intervalul [-1,-0.35] mm

- 0.024% din suprafaţă se încadrează în intervalul [0.35,1] mm

Calapodul măsurat se încadrează în toleranţe.

Fig.5.5 Reprezentare abateri în diverse secţiuni

Page 26: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 25

5.1.2. Verificare atrapa 200* O aplicaţie constă în verificarea coordonatelor atrapei (* suport care se montează pe

maşina unealtă cu scopul de a fixa piesa în vederea prelucrării, 200 este numarul de identificare al

profilului care este prelucrat) fig. 5.7 în raport cu sistemul de coordonate al avionului şi

rectificarea acestora în cazul în care nu mai corespund. Această verificare constă în scanarea cu

dipozitivul T-Scan respectiv a suprafeţei de aşezare a profilului de prelucrat. Atrapa este un SDV

(scula şi dispozitiv de fixare şi verificare) care se montează pe masa de lucru a unei freze şi pe

care se realizează alezarea profilului.

Fig.5.6Sistemul laser tracker Fig.5.7Atrapa montată pe o freza Fig.5.8Plăcuţe cu coordonate

Etape de lucru:

Dupa ce aparatul se află în condiţii optime de funcţionare (încălzirea acestuia) se aduce

sistemul de coordonate de lucru al dispozitivului laser tracker în sistemul de coordonate al

avionului prin alinierea pe trei puncte de coordonate cunoscute (cu ajutorul dipozitivului T-Prod)

aflate pe colţurile atrapei (fig.5.8). După acest proces se scanează suprafaţa activă de lucru dintr-o

singură poziţie (în prealabil a fost împărţită în fâşii de cca 10 cm pentru a se scana uniform şi a

nu exista suprapuneri ale norilor de puncte). În cazul în care dispozitivul laser tracker pierde

contactul vizual cu dispozitivul T-Scan se reia măsurătoarea de la alinierea sistemelor de

coordonate. [Dragomir, Mototolea, 2013]

Fig. 5.9 Reprezentarea planului de aliniere a atrapei şi a rezultatelor măsurătorilor

Page 27: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 26

În urma măsurătorilor se obţin mai mulţi nori de puncte care se suprapun parţial. Prin

crearea suprafeţelor de tip mesh se obţine o suprafaţă scanată care este comparată prin

suprapunere cu suprafaţa profilului din proiect. La această suprafaţă se mai face o verificare a

abaterilor în diferite zone cu coordonate cunoscute cu ajutorul dispozitivului T-Prod.

Abaterile de la profilul teoretic trebuie să fie cuprinse între ±0.25mm. Dacă există zone

care depăşesc această toleranţă trebuiesc modificate coordonatele punctelor care definesc planul

de aliniere.

După corectarea coordonatelor planului de aliniere astfel ca suprafaţa de aşezare să se

încadreze în toleranţă se reiau măsurătorile profilelor prelucrate fig.5.9 cu măsurarea în timp real

a abaterilor de la formă în puncte bine definite de coordonate cunoscute. În cazul în care profilul

nu se încadrează în toleranţa de ± 1mm se trece la redresarea acestuia.

Fig.5.10 Verificări ale învelişului prelucrat în zone cu coordonate cunoscute

Page 28: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 27

5.1.3. Verificare înveliş uşă pentru aeronavă

O altă aplicaţie constă în verificarea formei învelişului de uşă pentru o aeronavă fig.5.11

şi a poziţiei 3D a acesteia în raport cu sistemul de coordonate al avionului şi redresarea acestuia

în cazul în care nu corespunde. Această verificare constă în determinarea diferitelor poziţii de pe

învelişul montat pe dispozitivul de prelucrare şi fixare şi compararea acestora cu modelul

proiectat care se află în softul de prelucrare.

Fig.5.11 Inveliş 315 uşă aflat pe dipozitivul de fixare şi prelucrare şi coordonatele planului de

aliniere

Etape de lucru;

Dupa ce aparatul se află în condiţii optime de funcţionare (încălzirea acestuia) se aduce

sistemul de coordonate al dispozitivului laser tracker în sistemul de coordonate al aeronavei prin

alinierea pe trei puncte de coordonate cunoscute (cu ajutorul dipozitivului T-Prod) aflate pe

marginea dispozitivului de prelucrare şi fixare (fig.5.11). Dupa acest proces se măsoară conturul

învelişului prelucrat şi se compară în timp real cu conturul proiectat (fig.5.12). În cazul în care

dispozitivul laser tracker pierde contactul vizual cu dispozitivul T-Prod se reia măsurătoarea de la

alinierea sistemelor de coordonate.

Abaterile de la învelişul teoretic pentru ca piesa de fuselaj să se încadreze în toleranţă

trebuie să fie între ±0.6mm. În cazul în care profilul nu se încadrează în aceasta toleranţă se trece

la redresarea învelişului.

Page 29: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 28

Fig. 5.12 Abaterile măsurate pe conturul învelişului prelucrat faţă de cel proiectat

Name Feature 1 Feature 2 Control Nom. Meas. Dev. Tol.

Test High Tol. Low Tol.

distance d6a plane C28 point p6a 3D distance 148.000311 148.934973 0.934662 Pass 1.000000 -0.000000

distance d6b plane C28 point p6b 3D distance 151.999780 152.626978 0.627197 Pass 1.000000 -0.000000

distance d7 plane C28 point p7 3D distance 71.999780 71.314600 -0.685181 Pass 0.000000 -1.000000

distance d48 plane L40 point p48 3D distance 19.000425 19.991830 0.991404 Pass 1.000000 -0.000000

distance d49 plane L40 point p49 3D distance 19.000130 19.834017 0.833887 Pass 1.000000 -0.000000

distance d50 plane L40 point p50 3D distance 32.000327 31.126147 -0.874180 Pass 0.000000 -1.000000

distance d51 plane L39 point p51 3D distance 15.999703 15.533647 -0.466057 Pass 0.500000 -0.500000

distance d52 plane C27 point p52 3D distance 197.000049 196.655078 -0.344971 Pass 0.000000 -1.000000

distance d53 plane C27 point p53 3D distance 70.000317 70.101636 0.101318 Pass 1.000000 -0.000000

distance d54 plane C27 point p54 3D distance 202.999671 202.464490 -0.535181 Pass 0.000000 -1.000000

Tabel 5.1 Abaterile obţinute în urma măsurătorilor prin compararea dintre profilul prelucrat cu

cel proiectat

Name Pt (x) Pt (y) Pt (z) Mean HiTol + HiTol -

cmp pt 9 -0.500010 -2048.971680 -1981.606445 0.476994 0.500000 -0.500000

cmp pt 10 -0.500010 -2024.643555 -1805.201660 0.219044 0.500000 -0.500000

cmp pt 11 -0.500010 -1984.794678 -1628.743896 0.153317 0.500000 -0.500000

cmp pt 12 -0.500010 -1935.260376 -1463.856445 -0.138215 0.500000 -0.500000

cmp pt 13 -0.500010 -1875.649292 -1305.192627 -0.306201 0.500000 -0.500000

cmp pt 14 -0.500010 -1800.783325 -1141.061523 -0.380239 0.500000 -0.500000

cmp pt 15 -0.500010 -1704.055664 -965.283569 -0.432833 0.500000 -0.500000

Tabel 5.2 Abaterile obţinute în urma măsurătorilor prin compararea dintre

învelişul prelucrat cu la cel proiectat

Page 30: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 29

5.2.Determinări experimentale comparative utilizând diferite tehnici de măsurare

5.2.1.Tehnica de verificare utilizând sistemul de scanare laser

Piesa scanată este un calapod pe care sunt trase profile denumite lise necesare la

rigidizarea fuselajului aeronavei (fig.5.16)

În cadrul cercetării efectuate pentru scanarea 3D a s-a folosit un sistem de scanare laser

de tip ATHOS III cu suport pentru camera de 400mm produs de firma GOM (fig. 5.13)

Fig.5.13 Scaner ATHOS III Fig.5.14 Tipuri de markeri

[www.gom.com]

Etapele scanării

- În prima etapă pe piesa scanată se lipesc markeri (fig 5.14) în aşa fel încât sa fie vizibili

intr-un număr minim de patru la o scanare după care, piesa este acoperită cu un strat de

pulbere cu rol de anti-reflexie.

- A doua etapă constă în fixarea scanerului în aşa fel încât acesta sa focuseze cu ambele camere

pe piesa de măsurat (fig 5.15).

Fig.5.15 Fixarea scanerului [www.gom.com]

- Etapa a treia constă în scanarea piesei din mai multe pozţii în aşa fel ca modelul să fie scanat

complet (fig.5.17).

Page 31: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 30

Fig.5.16 Calapod

Fig. 5.17 Scanare calapod Fig.5.18 Recunoaştere markeri

În urma scanării se observă că markerii sunt recunoscuţi automat de softul utilizat la

prelucrare fig.5.18.

- Etapa a patra constă în prelucrarea norului de puncte obţinut în urma scanării. Softul utilizat la

prelucrare permite introducerea modelului proiectat şi alinierea suprafeţelor de tip mesh rezultate

în urma scanării pe acesta. Această aliniere se face dupa doua plane, trei puncte etc. În cazul

nostru alinierea s-a făcut după două plane fig. 5.19 şi fig. 5.20

. Fig.5.19 Plane de aliniere piesă scanată Fig.5.20 Calapod şi suprafaţa mesh aliniate

Page 32: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 31

După aliniere s-au obţinut abaterile dintre suprafaţa piesei proiectată respectiv cea

realizată şi de asemenea poziţia găurilor de fixare ale calapodului (fig. 5.21 si fig. 5.22).

Fig.5.21 Pozitia găurilor de fixare calapod şi abaterea acestora de la proiect

Fig.5.22 Abateri ale suprafeţei active a calapodului faţa de modelul proiectat

Page 33: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 32

5.2.2.Tehnica de verificare utilizând maşina de măsurat în coordonate

Maşina de măsurat în coordonate (DEA - Digital Electronic Automation), folosită în cazul

nostru este de tip pod şi are urmatoarele caracteristici:

Dimensiunile pieselor ce pot fi măsurate pe cele trei axe sunt:

Axa X 12590mm (lungime); Axa Y 1830mm (lăţime); Axa Z 970mm (înălţime)

Precizia măsurătorilor 0.002m; Temperatura de lucru (20±1)oC; Umiditate (60±5)%

Piesa verificată este un calapod (acelaşi folosit la scanare) pe care sunt trase profile

denumite lise necesare la rigidizarea fuselajului aeronavei (fig. 5.16).

Etapele măsuratorii de verificare:

După pornirea maşinii de măsurat în coordonate şi realizarea iniţializării acesteia, se

importă formatul modelului 3D proiectat din CATIA/CAD în programul de măsurare, aflat

instalat pe calculator, după care se trece la poziţionarea piesei pe masa de măsurare astfel încât

orientarea şi aşezarea ei să faciliteze cât mai mult procesul de inspecţie. [Dragomir, Mototolea,

2013]

Având astfel poziţia piesei pe masa maşinii, se aleg tipurile de palpatoare care se vor

folosi, se definesc şi se calibrează orientările palpatorului cu care se vor putea identifica

suprafeţele piesei care contribuie la determinarea alinierii cu scopul definirii noului sistem de

coordonate al piesei în raport cu cel global. Definirea noului sistem de coordonate se face în

funcţie de trei plane alese pe piesă cu ajutorul cărora acesta este precis poziţonat.

Procedura pentru definirea suprafeţelor de măsurat în cazul în care dispunem de modelul

CATIA/CAD este diferită de cea în care nu avem această informaţie. Elementul care ne dă

această diferenţă, este felul în care definim suprafaţa şi anume, prin selectarea acesteia direct de

pe modelul CATIA/CAD. Astfel pe modelul introdus în programul de calcul se defineşte

suprafaţa care se doreşte a fi analizată, aceasta schimbându-şi culoarea în galben pentru o

identificare mai uşoară (fig.5.24 şi fig.5.25).

Odată ce s-a stabilit suprafaţa de măsurare, punctele care urmează să fie palpate se

definesc cu ajutorul mouselui prin intermediul unei reţele aflate în zona stabilită, în cadrul căreia

distanţa dintre două puncte succesive reprezintă pasul de măsurare. Modul de realizare a

măsurării este complet automat în toate etapele.

Page 34: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 33

Rezultatele inspecţiei (abaterile) sunt analizate în timp real fiind afişate pe ecranul

calculatorului pentru fiecare punct măsurat de pe piesă prin compararea cu modelul proiectat.

Salvarea datelor din programul de control al maşinii de măsurat în coordonate s-a făcut într-un

fisier de format text.

Softul cu care operează maşina de măsurat în coordonate nu permite modificarea

coordonatelor în care aceasta lucrează (translaţii sau rotaţii) şi de aceea modelul proiectat este

adus din sistemul de coordonate al aeronavei în sistemul de coordonate local al maşinii de

măsurat prin aliniera acestuia după cele trei plane de lucru pe poziţia în care este fixată piesa

pentru inspecţie.

Fig.5.23 Maşina de măsurat în diferite etape ale inspecţiei

Fig.5.24 Suprafaţa la care se doreşte inspecţia Fig.5.25 Softul cu care operează maşina de

măsurat în diferite etape ale inspecţiei

Page 35: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 34

Fişier rezultate în format text

Surface:SUR002

Surf-Profile -0.237,-0.114 -0.500 +0.500 --*+---

Nom.X Nom.Y Nom.Z Act.X Act.Y Act.Z Dev

-61.421 60.167 -9.893 -61.414 60.053 -9.892 -0.114

-86.588 57.392 -24.728 -86.571 57.248 -24.728 -0.145

-135.816 50.909 -58.855 -135.782 50.674 -58.858 -0.237

5.2.3. Tehnica de verificare utilizând sistemul laser tracker

În acest capitol este prezentată tehnica de verificare cu sistemul laser tracker a suprafeţei

de lucru pentru un calapod folosit la realizarea liselor de rigidizare a fuselajului unei aeronave.

Pentru obţinerea suprafeţei active prelucrate pe calapod se parcurg următoarele etape de lucru:

I. Se obţine din proiectul calapodului care se află introdus în procesul de fabricaţie în

format CAD-3D (în softul CATIA în care a fost proiectată aeronava cu toate pǎrţile componente

şi dispozitivele cu care se prelucreazǎ subansamblele ei) .

În prima fazǎ se va prelua (din CATIA) suprafaţa exterioară a profilului ce urmează a fi

prelucrat pe calapod la care se vor aplica toleranţele din procesul de fabricaţie de la asamblarea

liselor pe fuselajul aeronavei. Această suprafaţă se va introduce în softul de achiziţie a datelor

(PolyWorks 10.0) unde se va face compararea cu suprafaţa obţinută în urma prelucrării

calapodului.

II. Se aduce dispozitivul laser tracker în condiţii optime de funcţionare, la temperatura

mediului în care se lucrează (încălzirea acestuia).

III. Se aduce sistemul de lucru al dispozitivului laser tracker în sistemul de coordonate al

calapodului prin alinierea pe suprafaţa exterioară şi pe gǎurile de fixare ale calapodului (acestea

se măsoară cu dispozitivul T-Probe) (fig.5.26).

IV. Se scanează (cu dispozitivul T-Scan) suprafaţa activă de lucru. Scanerul T-Scan şi

dispozitivul laser tracker trebuie să aibă vizibilitate permanentă (fig 5.3) În cazul în care

dispozitivul laser tracker pierde contactul vizual cu scanerul T-Scan se reia măsuratoarea de la

alinierea sistemelor de coordonate (fig.5.27).

V. După scanare se generează o suprafaţă de tip mesh prin unirea norilor de puncte scanaţi

(fig.5.28). Se compară această suprafaţă cu cea din proiect. Dacă suprafaţa măsurată a

Page 36: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 35

calapodului se încadrează în toleranţe atunci poate fi folosită la prelucrarea liselor pentru

rigidizarea fuselajului aeronavei. În cazul în care suprafaţa măsurată nu se încadrează în toleranţe

atunci se prelucrează zonele în care apar abateri de la toleranţe dupa ce în prealabil acestea au

fost identificate.

Fig. 5.26 Plan de aliniere calapod

VI. Verificarea rezultatelor determinărilor poate fi realizată mai în detaliu pentru anumite

zone, în cazul în care aceasta este necesară, se poate face pe secţiuni, posibil de obţinut în orice

zonă a piesei de controlat, la o scară de reprezentare convenabilă, cu ajutorul softului de

prelucrare a datelor.

Abaterile de la profilul teoretic pentru ca secţiunea calapodului să se încadreze în toleranţă

trebuie să fie între ±1mm. Calapodul măsurat se încadrează în toleranţe.

Fig.5.27 Reprezentare abateri suprafaţǎ activǎ

Page 37: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 36

Fig 5.28 Reprezentare abateri suprafaţǎ activǎ

5.2.4. Concluzii

Prin efectuarea de măsurători ale calapodului cu cele trei dispozitive (maşina de măsurat în

coordonate, sistemul de scanare laser şi sistemul laser tracker) am obţinut valori asemănătoare ale

abaterilor.

Ca urmare a proceselor de măsurare cu maşina de măsurat în coordonate am constatat că:

- aceasta se poate folosi la verificări pentru orice piesă care se încadrează în dimensiunile

pe care le poate măsura cu o precizie constantă în condiţiile în care piesa poate fi scoasă din

producţie şi transportată în hala unde este instalată maşina de măsurat în coordonate;

- pentru măsurători nu este necesar un model CAD al piesei /ansamblului proiectat, pentru

comparaţie fiind suficiente planşele de execuţie;

- pentru piese identice produse în serie se poate programa maşina de măsurat în

coordonate să execute aceleaşi masurători de verificare necesitând o supraveghere minimă din

partea operatorului. Rezultatele măsurătorilor se înregistrează într-un fişier de tip text. Acestea

Page 38: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 37

pot fi vizualizate oricând cu ajutorul softului cu care se lucrează pe maşina de măsurat în

coordonate sau cu un editor de text.

Cu ajutorul sitemelor de scanare se poate determina rapid forma unor piese complexe de

dimensiuni mici şi se poate realiza compararea lor cu modelul proiectat. Acestea permit

suprapunerea pieselor prelucrate cu modelul proiectat în format CAD şi determinarea abaterilor

faţă de piesa proiectată. Se poate măsura orice dimensiune a pieselor scanate. Precizia de

determinare este dependentă de distanţa la care se realizează scanarea, aceasta limitând

dimensiunile piesei scanate. Piesa nu poate fi scanată în timpul procesului de producţie ea trebuie

scoasă de pe utilajul de prelucrare. Aceste scanere pot fi utlizate numai la finalul unui proces de

prelucrare. Pentru a putea aduce piesa în coordonate este necesar sa avem modelul proiectat într-

un fişier de tip CAD peste care se suprapune modelul scanat.

Dispozitivul laser tracker este un sistem complet de măsurare cu ajutorul căruia se pot

realiza atât măsurători punctuale pentru verificare cât şi scanarea pieselor. Nu este necesar un

model proiectat pentru comparaţie fiind suficiente planşele de execuţie. În cazul în care există în

format CAD modelul piesei acesta poate fi verificat atât în sistemul de coordonate al aeronavei

căt şi într-un sistem de coordonate local stabilit de operator. Este singurul instrument de

verificare dintre cele trei studiate care poate lucra într-un alt sistem de coordonate decât al

dispozitivului de măsurare.

Page 39: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 38

CAPITOLUL 6. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBU ŢIILE

AUTORULUI ŞI PERSPECTIVE DE CERCETARE

6.1. Concluzii generale

Măsurarea este un proces în care mărimea măsurată este comparată cantitativ cu o

mărime de referinţă de acelaşi tip. Din rezultatele unei măsurători pot fi trase concluzii privind:

- calitatea obiectului măsurat, de exemplu dacă piesa este conformă sau neconformă, dacă poate

fi corectată;

- parametrii procesului de prelucrare, de exemplu dacă procesul este adecvat, starea maşinii-

unelte, reglarea parametrilor procesului, alegerea sculei;

- capacitatea furnizorului de a fabrica produse cu caracteristicile cerute în conformitate cu

cerinţele acestora.

Determinante pentru geometria unui avion sunt abaterile părţilor componente ale acestora.

Cunoaşterea cu precizie ridicată a acestor abateri, pentru care toleranţele sunt de ordinul

zecimilor de milimetru este de aceea o cerinţă importantă. Alegerea dispozitivului de măsurare

pentru determinarea acestor abateri este dependentă, în esenţă, de precizia sistemului, de numărul

punctelor ce trebuie măsurate, de disponibilitatea obiectului măsurat şi de condiţiile de mediu din

timpul măsurătorii.

Dispozitivul laser tracker are avantajul că permite aducerea sistemul său de coordonate în

sistemul de coordonate din proiectul aeronavei spre deosebire de maşina de măsurat în

coordonate la care softul cu care operează maşina nu permite modificarea coordonatelor în care

aceasta lucrează (translaţii sau rotaţii) şi de aceea modelul proiectat este adus din sistemul de

coordonate al aeronavei în sistemul de coordonate local al maşinii de măsurat. Un alt avantaj al

sistemului laser tracker şi sistemului de scanare laser constă în faptul că acestea pot fi transportate

şi pot opera pe un interval mai mare de temperatură (0, +40oC); ele nu au nevoie de climatizare

precum maşina de măsurat în coordonate (care funcţionează la 20±1oC).

Reviziile sistemului laser tracker se realizează săptămânal de către operator. Costurile de

întreţinere sunt mult mai mici decât cele de la maşina de măsurat în coordonate.

Sistemele de scanare laser au avantajul determinării rapide a formei pieselor complexe de

dimensiuni mici şi compararea lor cu modelul proiectat. Acestea permit suprapunerea pieselor

prelucrate şi determinatea abaterilor faţă de modelul în format CAD. Se poate măsura orice

Page 40: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 39

dimensiune a pieselor scanate. Nu necesită climatizare. Sunt transportabile. Au intervale mari la

care se realizează verificările şi costuri mult mai mici de exploatare decât celelate doua aparate.

Principalul dezavantaj al sistemelor de scanare laser constă în faptul că precizia de

determinare este dependentă de distanţa la care se realizează scanarea, aceasta limitând

dimensiunile piesei scanate. Un alt dezavantaj este acela că după procesul de scanare modelul

necesită o prelucrare a norilor de puncte obţinuţi. Pentru a putea determina - de exemplu

diametrul unei găuri trebuie să construim figuri geometrice ajutătoare cum ar fi în acest caz un

cerc caruia îi putem determina ulterior diametrul. Aceasta înseamnă o procesare ulterioară a

modelului care necesită timp. Un alt dezavantaj constă în faptul că sistemul de scanare laser nu

lucrează într-un sistem de coordonate impus ci numai în sistemul de coordonate al scanerului

aproximând pixelii cu dimensiuni metrice. Modelul scanat necesită un volum mare de date fiind

necesare sisteme puternice de calcul. Piesa nu poate fi scanată în timpul procesului de producţie

ea trebuind demontată de pe utilajul de prelucrare. Aceste scanere pot fi utilizate numai la finalul

unui procedeu de prelucrare şi nu pot fi folosite în timpul procesului. Pentru a putea aduce piesa

în coordonate este necesar să avem modelul proiectat într-un format de tip CAD peste care se

suprapune modelul scanat.

În producţia industrială, pentru maşina de măsurat în coordonate nu există nici o piesă ale

cărei dimensiuni să nu poată fi măsurate.

Principalele avantaje ale maşinilor de măsurat în coordonate sunt:

- măsoară dimensiunile, forma şi poziţia tuturor elementelor geometrice;

- se reduc majoritatea timpilor de măsură la o fracţiune din timpii necesari altor aparate;

- se adaptează flexibil la schimbarea dimensiunilor şi a tipului de piesă;

- pot înlocui calibrele şi aparatele de măsură monoscop;

- lucrează într-un sistem cartezian de coordonate;

- precizia de determinare a punctelor măsurate se păstrează constantă pe toata zona bancului de

fixare în perimetrul căruia se realizează măsurătorile pentru piesele prelucrate. Aceasta nu

depinde de distanţa la care se realizează determinările în comparaţie cu măsurătorile realizate cu

sistemul de scanare laser sau sistemul laser tracker unde precizia depinde de distanţa la care se

află piesa faţa de dispozitivul care realizeză măsurătoarea.

- etapele procesului de măsurare sunt înregistrate (poziţiile pe care le urmează palpatorul) într-un

fişier de tip text. În cazul în care se realizează inspecţia pentru piese de acelaşi tip, aceasta se face

Page 41: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 40

automat, cu o minimă supraveghere din partea operatorului ceea ce duce la o productivitate mai

bună.

Rezultatele inspecţiei (abaterile) sunt analizate în timp real acestea fiind afişate pe ecranul

calculatorului la fiecare punct măsurat de pe piesă prin compararea cu modelul proiectat.

Salvarea datelor din programul de control al maşinii de măsurat în coordonate se poate realiza

într-un fişier de format text.

Principalele dezavantaje ale maşinilor de măsurat în coordonate

- Softul cu care operează maşina de măsurat în coordonate nu permite modificarea

coordonatelor în care aceasta lucrează (translaţii sau rotaţii) şi de aceea modelul proiectat este

adus din sistemul de coordonate al aeronavei în sistemul de coordonate local al maşinii de

măsurat prin aliniera acestuia după cele trei plane de lucru pe poziţia în care este fixată piesa

pentru inspecţie.

- Piesa nu poate fi măsurată în timpul procesului de producţie ea trebuind scoasă de pe

utilajul de prelucrare. Aceste dispozitive pot fi utilizate numai la finalul unui proces de prelucrare

şi nu pot fi folosite în timpul procesului.

- Necesită climatizare.

- Este necesară o perioadă de 24 ore pentru a se aduce piesele la temperatura secţiei în

care se realizează verificarea. Aceast lucru poate duce la modificări ale dimensiunilor pieselor

faţă de momentul prelucrării.

Maşina de măsurat în coordonate necesită intervale şi costuri ridicate pentru revizii

perioadă în care maşina este scoasă din producţie.

Sistemele de măsurare în industrie oferă astăzi o multitudine de posibilităţi de utilizare în

diverse ramuri ale industriei, construcţiilor sau în alte domenii de activitate.

6.2. Contribuţiile autorului

Ca urmare a realizării lucrării de cerecetare dintre contribuţiile pe care autorul le-a adus sunt:

- S-au studiat şi au fost prezentate în capitolul 3 dispozitive de măsurat utilizate în

industrie cum sunt: maşina de măsurat în coordonate, sistemul de scanare laser şi sistemul laser

tracker.

- S-au studiat şi au fost prezentate în capitolul 4 tehnici de măsurare utilizate în industria

de automobile şi în industria aeronautică.

Page 42: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 41

- În capitolul 5.1 intitulat “Determinări experimentale cu sistemul laser traker” s-au

prezentat procedeele prin care s-a realizat cu ajutorul sistemului laser tracker a unor măsurători

punctuale respectiv tehnica de scanare a suprafeţelor active de lucru a unor piese şi dispozitive

din industria aeronautică. S-au stabilit şi au fost prezentate etapele de lucru pentru fiecare

procedeu de realizare a verificării prin determinări punctuale, prin scanare fie prin combinaţii ale

celor două. S-au studiat posibilităţile de utilizare a datelor măsurate în verificarea produselor cu

ajutorul softului “PolyWorks 10.0” care este un program ce permite achiziţia de date de la diferite

dispozitive de măsurare şi utilizarea acestora în vederea realizării de verificări şi măsurători

necesare la controlul calităţii produselor atât în timpul cât şi la finalul procesului de prelucrare.

Acest soft permite atât obţinerea în timp real de dimensiuni, suprafeţe şi volume ale produselor

controlate cât şi compararea acestora cu modelul proiectat (daca acesta există într-un format de

tip CAD) pentru obţinerea abaterilor de la acesta. Softul permite de asemenea lucrul atât într-un

sistem de coordonate local cât şi într-un sistem de coordonate impus. Valorile abaterilor de la

modelul proiectat se obţin în timpul măsurătorii şi nu mai sunt necesare alte prelucrări.

Prezentarea rezultatelor se poate face în diverse modalităţi cum ar fi sub formă de grafice, tabele

cât şi imagini color în care sunt prezentate abaterile obţinute. De asemenea se pot genera rapoarte

de tip pdf, txt, doc, jpeg s.a.

- În capitolul 5.2 de determinări experimentale comparative utilizând diferite tehnici de

măsurare au fost stabilite modalităţi de verificare cu ajutorul a trei aparate şi anume maşina de

măsurat în coordonate, sistemul de scanare laser şi sistemul laser tracker pentru un calapod folosit

în industria aeronautică. S-au stabilit care sunt etapele în care se realizează măsurătorile pentru

cele trei tipuri de aparate. S-au stabilit comparativ care sunt avantajele şi dezavantajele fiecarui

tip de aparat. De asemenea s-au studiat modalităţile de realizare a verificărilor şi de întocmire a

rapoartelor ca urmare a măsurătorilor produselor cu ajutorul softurilor utilizate de către fiecare

dispozitiv de măsurare.

- În urma determinărilor experimentale s-a stabilit care dispozitiv de măsurare este cel

mai potrivit pentru un tip de produs cu scopul de a obţine cele mai bune rezultate şi cea mai bună

productivitate în vederea verificării pentru controlul calităţii şi în ce condiţii poate fi folosit

acesta.

Page 43: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 42

6.3. Perspective de cercetare

Sistemele de măsurare în industrie oferă astăzi o multitudine de posibilităţi de utilizare, în

diverse ramuri ale industriei, construcţiilor sau în alte domenii.

Datorită dezvoltării şi modernizării tehnologiilor, sistemele de măsurare în industrie au un

mare avantaj faţă de sistemele clasice de măsurare. Întrucât trebuie asigurat un control al calităţii

produselor şi datorită automatizării proceselor de producţie atât în industrie cât şi în domeniul

construcţiilor trebuie să să utilizeze sisteme moderne de măsurare pentru controlul calităţii. De

aceea este necesar ca firmele să-şi asume un manual al calităţii propriu, capabil să fie pus în

practică în conformitate cu cerinţele impuse la standarde internaţionale.

Perspective personale de cercetare:

- Stabilirea unor tehnici de obţinere a coordonatelor pentru dispozitive de prelucrare

(roboţi industriali) aflate în mişcare cu scopul de a determina parametrii de poziţionare cu

ajutorul cărora aceste utilaje se pot programa sau se poate verifica dacă funcţionează în

parametrii în care au fost programate.

- Implementarea unui singur soft de achiziţie şi de prelucrare a datelor pentru toate

dispozitivele de măsurare cum sunt: maşina de măsurat în coordonate, sistemul de scanare laser,

sistemul laser tracker.

- Studiu comparativ între mai multe softuri de achiziţie şi de prelucrare a datelor pentru

aceleaşi determinări de coordonate.

- Adaptarea şi montarea unui dispozitiv de scanare laser pe maşina de măsurat în

coordonate şi realizarea unor determinări experimentale cu acesta.

- Realizarea unui studiu comparativ între scanarea cu dispozitivul de scanare adaptat şi

montat pe maşina de măsurat în coordonate, sistemul laser tracker şi sistemul de scanare laser cu

scopul determinării avantajelor, dezavantajelor, etapelor de măsurare şi identificării tipului de

produse pentru care este potrivit să realizeze determinări fiecare dispozitiv cu scopul de a obţine

cele mai bune rezultate şi cea mai bună productivitate în vederea verificării pentru controlul

calităţii produselor.

Page 44: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 43

Bibliografie:

[1] Clinci T. S., Dragomir P. I. - Positioning techniques used in engineering geodesy. RevCAD 2012 - Journal of Geodesy and Cadastre, ISSN 1583-2279, 7 pagini (41-47), redaction for the Department of Topography, "1 Decembrie 1918" University of Alba Iulia, Romania, indexed by SCIRUS, COPERNICUS [2] Coşarcă Constantin, Dragomir Petre-Iuliu, Ursea Vasile - Sisteme de măsurare automată în domeniul industrial Sisteme de măsurare în domeniul industrial - Revista de Geodezie, Cartografie şi Cadastru, 2/1994 [3] C. Coşarcă, P.I. Dragomir , V. Ursea - Sisteme de măsurare automată în domeniul industrial Sisteme de măsurare industrială - Revista de Geodezie, Cartografie şi Cadastru, nr. 3/1994, 7 pagini; [4] Coşarcă Constantin - Siteme de Măsurare în Industrie - Note de curs studii aprofundate UTCB 2008 [5] Coşarcă Constantin - Sisteme de Măsurare în Industrie - Editura CONSPRESS, 2009, ISBN 978-973-100-077-0 [6] Dodoc Petre - Metode şi mijloace de măsurare moderne în mecanica fină şi construcţia de maşini - Editura Tehnică Bucureşti 1978 [7] Dodoc Petre - Metrologie Generală - Editura Didactică şi Pedagogică Bucuresti-1979 [8] Dodoc Petre - Teoria şi construcţia aparatelor optice - Editura Tehnică – 1989 Volumul I şi Volumul II [9] Dragomir Petre-Iuliu Asigurarea topo-geodezică a montajului utilajului tehnologic. -Teză de Doctorat, 1988, Bucureşti [10] Dragomir Petre-Iuliu, Coşarcă Constantin, ş.a. - Studii teoretice privind realizarea şi utilizarea sistemelor topografice de măsurare în industrie - Contract de cercetare 306 B, UTCB, 1995, Beneficiar:M.T.C [11] P.I.Dragomir , Johan Neuner, Hans-Bernd Neuner - Consideraţii privind precizia de măsurare în construcţia de maşini şi în instalaţii - Simpozion aniversar “50 de ani de la înfiinţarea facultăţii de Geodezie şi 180 de ani de la prima promoţie de ingineri hotarnici – Bucureşti, 26-28 noiembrie 1998, 10 pagini [12] P.I.Dragomir , Gh. Tămaioagă, D. Mih ăilescu, R. Ţurcanu - Topografie inginerească – CONSPRESS Bucureşti, 2000, 224 pagini [13] Petre Iuliu Dragomir , Daniela Cristiana Docan - Consideraţii privind rolul topografiei ingineresti în asigurarea calităţii geometrice în construcţii – Simpozionul Stiinţific de Măsurători Terestre şi Cadastru , Bucureşti 2005 – publicat în Revista de Geodezie, Cartografie şi Cadastru, nr 1-2/2005, ISSN 1454-1408 [14] Dragomir Petre-Iuliu - Măsurători inginereşti în domeniul apropiat - Note de curs masterat UTCB 2008 [15] Dragomir Petre-Iuliu – Bazele măsurătorilor inginereşti – Editura CONSPRESS, 2009, ISBN 978-973-100-082-4 [16] Dragomir Petre Iuliu, Sărăcin Aurel, Docan Daniela, Clinci Tudorel - ASPECTS OF QUALITY ASSURANCE IN ENGINEERING SURVEYING - Simpozionul internaţional ‘GeoPreVi’ al Facultăţii de Geodezie, Bucureşti, 12 – 13 mai 2011, (467-474), Editura CONSPRESS, Bucureşti

Page 45: Mototolea Corneliu

CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE M ĂSURARE GEODEZICE UTILIZATE ÎN INDUSTRIE Ing. CORNELIU MOTOTOLEA 44

[17] Dragomir Petre-Iuliu, Mototolea Corneliu - Measurement techniques in aeronautics industry - International Symposium GEOMAT - Iaşi 2013 [18] Fotescu Nicolae - Teoria erorilor de măsurare şi metoda celor mai mici pătrate - Litografie, ICB, 1979 [19] Hennecke/Müler /Werner - Handbusch Ingenieurvermessung - Band 6 Maschinen – und Anlogenbau 1992 Herbert Wichmann Verlog [20] Mototolea Corneliu - Tehnici de măsurare în domeniul apropiat - Raport de cercetare ştiinţifică nr.1 2011 [21] Mototolea Corneliu - Sisteme de măsurare în industrie - Raport de cercetare ştiinţifică nr.2, 2012 [22] Mototolea Corneliu - Studiu comparativ privind metode de măsurare statice şi dinamice de determinare a formei unui produs/piese în vederea stabilirii unor norme pentru controlul calităţii - Raport de cercetare ştiinţifică nr.3, 2013 [23] Mototolea Corneliu - Application of laser tracker in the aeronautics industry - International Symposium GeoCad, Alba Iulia 2014 [24] Möser Michael, Müler Gerhard, Schlemmer Harald, Werner Hans – Handbuch ingenieurgeodäsie.Grundlagen - Die Deutsche Bibliotheck, Herbert Wichmann Verlag - Heidelberg, 2000 [25] Michael Möser, Gerhard Müler , Harald Schlemmer, Hans Werner, Franz Löffler - Handbuch ingenieurgeodäsie Maschinen – und Anlagenbau 2002 [26] Staiger Rudolf - Theoretische Untersuchungen zum Einzatz von Industriemeßsystemen - Deutsche Geodätische Kommission, Reihe C, Heft 340/1988 [27] Rudolf Staiger - Push the Button – or Does the “Art of Measurement” Still Exist? - International Federation of Surveyors Article of the Month – June 2009 [28] Willfried Schwarz Vermessungsverfahren im Maschinen – und Anlagenbau Stuttgart 1995 [29] www.leica-geosystems.com [30] www.wikipedia.org [31] www.innovmetric.com [32] www.gom.com [33] www.mdmstandard.ro