ММК Спецтехнология ЛА 2013

Всвязи с тем, что механические дигитайзеры являются ручными устройствами, их использование требует четкой координации движений и внимательности.

Вкачестве примера приведем координатно-измерительную машину Cyclone фирмы Renishaw. Она предназначена для высокоскоростного измерения сложных трехмерных поверхностей деталей: литейных форм, штампов, прессформ и технологической оснастки. Полученные измерения можно преобразовать в управляющую программу для станков с ЧПУ. Достоинством этой машины являются:

•высокая скорость сканирования;

•компактные размеры и низкая масса;

•мощное программное обеспечение;

•легкость в использовании;

•управление от персонального компьютера.

За счет применения алюминиевых деталей машина обладает очень небольшой массой и инерцией движущихся частей. Это позволяет сканировать сложные поверхности со множеством деталей с высокой скоростью без потери контакта щупа и поверхности.

В зависимости от исполнения они обеспечивают точность от 0,025 мм до 0,12 мм, что часто является достаточным при измерении крупногабаритных деталей. При этом длина измерения со стационарной позиции составляет от 1,5 до 3,6 м, а при наличии специальной системы лазерной привязки, может достигать 12 м правда, с потерей точности до 0,25 мм.

Другая измерительная машина Romer Armony (Франция) собирается из одного или нескольких колен. В зависимости от их количества длина измерения может быть 1300, 2700, 4200 или 5100 мм. Предусмотрено 12 вариантов сборки — 5- осевая рука с одним коленом и продольной направляющей, 6-осевая рука с двумя коленами и 7-осевая рука с двумя коленами и продольной направляющей, по которой перемещается базовая опора. Сборка руки проводится в течение 2 мин. Вес от 4 до 6 кг.

Модели из серии MicroScribe-3D могут снимать координаты со скоростью 1000 точек в секунду и передают информацию со скоростью 38 Кбит/с. Для построения ЗD-образов можно использовать программы от Immersion Corp (набор Digitizing Software Application), которые позволяют представлять отсканированные объекты различными способами, например — в виде точек, линий, проволочного каркаса, сплайнов, NURBS (неоднородных рациональных В-сплайнов), а также редактировать и сохранять 3D-o6pa3bi в файлах форматов dxf, IGES, obj, txt, 3dx для последующего импортирования в другие приложения.

Ультразвуковые сканеры

Из всех систем по оцифровке ЗD-объектов ультразвуковые (или сонарные) сканеры являются наименее точными и надежными. При этом они наиболее чувствительны к изменениям в окружающем пространстве, могут реагировать на звуковые волны, создаваемые другим оборудованием, кондиционерами. Даже жужжание флуоресцентных ламп влияет на точность показаний. К тому же ультразвуковые системы издают раздражающие оператора «кликающие» звуки.

Как известно, скорость звука зависит от влажности, атмосферного давления, температуры и других условий. Изменение значения любого из этих параметров приводит к погрешности измерений. Преимущество ультразвуковых установок перед прочими системами является возможность сканирования тел с внутренней структурой или тел, находящихся в какой-либо однородной среде.

Ультразвуковые сканеры обычно имеют несколько передатчиков, жестко закрепленных на стенках и потолке камеры. Передатчики работают по принципу радара. Они излучают ультразвуковые волны и на основании информации об их отображении вычисляются координаты точек поверхностей модели. Абсолютная погрешность их измерения равна примерно 1,4 мм. Они используются, в основном, при оцифровке скульптур и в медицине. Ультразвуковые сканеры (толщиномеры) используются для измерения толщин при одностороннем доступе и оценки степени коррозии на сталях, чугуне, алюминии, сплавах, пластмассах, композитах, резине, стекле и других материалах. Например, ультразвуковые сканеры серии MG2 компании «Panametrics-NDT», США обеспечивают точность измерения до 0,01 мм. Технология позволяет определять толщину металла и его покрытия одновременно. Отпадает необходимость удалять покрытие.

Магнитные и электромагнитные сканеры

Магнитные и электромагнитные сканеры в машиностроении используют редко.

Внастоящее время ведутся разработки магнитных и электромагнитных ЗDсканеров, использующих для определения пространственных координат изменение пространственного магнитного поля. Их принцип работы такой же, как у ультразвуковых систем (принцип радара), только для построения пространственной модели вместо звуковых используются магнитные и электромагнитные волны. Результаты измерений не зависят от погодных условий, но на точность их показаний влияют электромагнитные поля. Точность измерения находится в пределах 0,7 мм.

Вкачестве примера назовем магнитный сканер «СкМ-Ш» фирмы «АВТОГАЗ». ОН хорошо зарекомендовал предназначенный для контроля сварных швов резервуаров и труб с внешним диаметром 1020-J420 мм и толщиной стенок до

20 мм.

3D-сканеры с фотосенсорами

В ЗD-сканерах, основанных на работе фотосенсоров, модель получается программным путем, из множества фотоснимков, сделанных в различных ракурсах. Такие сканеры, например, предлагает компания Olympus.

Фотографический способ сканирования требует значительных временных затрат, однако это окупается невысокой стоимостью устройств, использующих данный принцип пространственного сканирования. Кроме того модель можно сканировать уже с текстурами, причем весьма высокого качества.

Лазерные сканеры

Лазерные сканеры представляют собой бесконтактные, полностью автоматизированные измерительные устройства. Их применяют для измерения с высокой точностью и с большой скоростью (несколько тысяч измерений в секунду) геометрических примеров и конфигурации поверхностей объектов сложной геометрической формы. Скорость сканирования — несколько тысяч измерений в секунду, шаг сканирования зависит от необходимой степени проработки рельефа поверхности. Однако обработка результатов измерений и получение объемных изображений может занять достаточно много времени. Полученный по результатам измерений набор сотен тысяч и миллионов точек называется облаком точек.

С помощью специального программного обеспечения, выполняются сложные математические расчеты, которые используются для построения пространственной математической модели поверхностей объекта. Ее преобразуют в твердотельную модель объекта, трехмерную поверхность, плоский чертеж и т. д. Создание трехмерной модели по огромному массиву точек, а не по дискретным измерениям, значительно повышает ее точность и достоверность. Бесконтактный метод хорошо зарекомендовал себя при измерении конфигурации объектов из легко деформируемых материалов.

Первыми заказчиками этих приборов стали автомобильные и авиационные конструкторские бюро. Как известно, дизайн автомобилей и летательных аппаратов может отрабатываться по результатам продувки их модели в аэродинамической трубе. Затем улучшенная модель может быть измерена с помощью лазерного сканера.

На рис. 5.83 показан лазерный сканер LPX-600 компании Roland. Он позволяет выполнять плоскостное сканирование, сканировать вращающиеся образцы диаметров до 254 мм и высотой до 406 мм. Разрешение сканирования 0,2 мм. Для быстрого подключения используется USB порт.

ЗD-сканирование применяется в лабораториях и в цехах заводов автомобильной, космической, оборонной промышленности, в архитектурных и скульптурных мастерских в следующих случаях:

•при создании ЗD-моделей готовых штампов, прессформ и других изделий сложной формы, в случае необходимости их изменения, ремонта или повторного воспроизведения;

•при создании ЗD-моделей сделанных вручную художественных рельефных изделий (медальонов, скульптур, ба рельефов, горельефов и т. п.) с целью последующего промышленного воспроизведения;

•при измерении геометрических параметров изделий, которые не могут быть измерены стандартными методами.

Рис. 5.83. Измерение скульптуры на лазерном сканере:

а— сканированное изображение на экране компьютера;

б—лазерный сканер LPX-600

Широкое распространение лазерных сканеров сдерживаю высокая цена, достигающая нескольких десятков тысяч долларов, и трудности сканирования объектов с зеркальными, прозрачными и полупрозрачными поверхностями, а также впадин и выступов, препятствующих прямому прохождению лазерного луча.

Разработаны устройства, совмещающие лазерные датчики и цифровой фотоаппарат, который применяется для большей точности сканирования и позволяет получить модели объектов с наложенными текстурами. В последние годы разработаны трехмерные сканеры, например VisionAccess 3D Face Reader, которые используют для идентификации личности. Система является бесконтактной и может с расстояния около двух метров за считанные секунды идентифицировать человека, который находится перед ним.