Do pomiaru elementu można wykorzystać zarówno proste przyrządy ręczne, jak i współrzędnościowe maszyny pomiarowe oraz skanery 3D. Każde z tych rozwiązań dostarcza informacji o rzeczywistej geometrii, ale różni się zakresem zastosowania, sposobem pozyskiwania danych i wymaganiami dotyczącymi realizacji pomiaru.
Dlatego pytanie nie powinno brzmieć: „Czy skaner 3D jest lepszy od innych metod?”, lecz: „Która metoda pozwoli uzyskać informacje potrzebne w konkretnym projekcie?”.
Jeżeli trzeba szybko sprawdzić jeden prosty wymiar, odpowiedni przyrząd ręczny może być najefektywniejszym rozwiązaniem. Gdy natomiast celem jest odwzorowanie złożonego kształtu, analiza deformacji albo przygotowanie danych do inżynierii odwrotnej, większą wartość może zapewnić skanowanie 3D. W zadaniach wymagających kontroli określonych cech i tolerancji właściwym rozwiązaniem może być także CMM albo połączenie kilku metod.
Pomiar jest tylko jednym z etapów pracy z rzeczywistym obiektem. Pozyskane dane trzeba następnie sprawdzić i opracować, a w zależności od celu projektu można wykorzystać je do kontroli jakości lub rekonstrukcji modelu CAD. Więcej na ten temat przeczytasz w artykule „Proces cyfrowego odwzorowania obiektów – od pomiaru 3D do modelu CAD„.
Jakie metody pomiarowe można zastosować?
W zależności od zadania można wykorzystać m.in.:
- suwmiarki i mikrometry,
- czujniki oraz wysokościomierze,
- sprawdziany i przyrządy specjalne,
- współrzędnościowe maszyny pomiarowe,
- optyczne skanery 3D.
Przyrządy ręczne są przeznaczone przede wszystkim do pomiaru określonych wymiarów. CMM umożliwia kontrolę współrzędnych, wymiarów, położenia i innych cech geometrycznych według przygotowanej strategii pomiarowej. Skanowanie 3D pozwala natomiast pozyskać gęsty zbiór danych opisujących dostępne powierzchnie elementu.
Metody te nie są bezpośrednimi zamiennikami. Wybór zależy od rodzaju potrzebnej informacji, geometrii części, wymaganej dokładności i sposobu wykorzystania wyników.
Kiedy wystarczy ręczny przyrząd pomiarowy?
Jeżeli potrzebny jest jeden lub kilka łatwo dostępnych wymiarów, wykonanie pełnego skanu może być nieuzasadnione. Średnicę wałka, grubość blachy albo prostą odległość pomiędzy powierzchniami często można sprawdzić szybciej za pomocą odpowiednio dobranego przyrządu ręcznego.
Nie oznacza to jednak, że każdy prosty wymiar można wiarygodnie zmierzyć dowolnym przyrządem. Znaczenie mają zakres pomiarowy, dostęp do cechy, wymagana dokładność, geometria elementu oraz umiejętność prawidłowego przeprowadzenia pomiaru.
Jeżeli zakres potrzebnych informacji jest niewielki i jednoznacznie określony, prostsza metoda może być najbardziej efektywna.
Kiedy przewagę daje skanowanie 3D?
Skanowanie 3D jest szczególnie przydatne, gdy element ma złożoną geometrię albo potrzebne są dane opisujące większy obszar jego powierzchni. W jednym procesie można pozyskać gęsty zbiór danych obejmujący dostępne pomiarowo fragmenty obiektu.
Dotyczy to m.in.:
- powierzchni swobodnych,
- nieregularnych kształtów,
- złożonych odlewów,
- elementów karoserii,
- konstrukcji spawanych,
- obudów i korpusów maszyn.
Wynikiem jest cyfrowe odwzorowanie zmierzonej geometrii, które może zostać wykorzystane do analizy odchyłek, dokumentowania stanu obiektu albo jako podstawa inżynierii odwrotnej.
Skanowanie 3D a suwmiarka i mikrometr
Suwmiarka i mikrometr są doskonałymi narzędziami do szybkiej kontroli określonych wymiarów.
Ich ograniczeniem jest jednak charakter pomiaru. Otrzymujemy informacje o wybranych cechach geometrycznych, a nie cyfrowy zapis całej dostępnej powierzchni.
Skaner 3D działa inaczej: pozyskuje gęsty zbiór danych opisujących dostępną powierzchnię. Jeżeli odpowiedni fragment został zeskanowany z wymaganą jakością, dane mogą pozwolić na przeprowadzenie również takich analiz, których nie zaplanowano przed pomiarem.
Nie oznacza to jednak, że ze skanu zawsze można później wiarygodnie wyznaczyć dowolny wymiar. Potrzebna cecha musi być dostępna, poprawnie odwzorowana, a jakość danych odpowiednia do oczekiwanego wyniku.
Skanowanie 3D a maszyna współrzędnościowa CMM
Porównanie mobilnego skanera 3D z CMM wymaga uwzględnienia konkretnej konfiguracji urządzeń. Maszyny współrzędnościowe mogą pracować z głowicami stykowymi, głowicami skaningowymi oraz czujnikami optycznymi. Nie są więc ograniczone wyłącznie do pomiaru pojedynczych punktów.
CMM dobrze sprawdza się podczas kontroli określonych cech geometrycznych i tolerancji w ustalonym układzie odniesienia. Jej zaletami mogą być wysoka dokładność, powtarzalność oraz możliwość automatyzacji przygotowanego programu pomiarowego.
Mobilny skaner 3D ułatwia natomiast sprawne pozyskanie gęstych danych z dużej części dostępnej powierzchni, również bezpośrednio przy dużym lub trudnym do przemieszczenia obiekcie. Jest szczególnie przydatny przy powierzchniach swobodnych, analizie deformacji i pozyskiwaniu danych do inżynierii odwrotnej.
Ostateczny wybór zależy od możliwości konkretnego systemu, geometrii elementu, wymaganej dokładności, miejsca realizacji oraz rodzaju kontrolowanych cech. W wielu projektach obie technologie mogą się uzupełniać.
Zakres danych zależy od zastosowanej metody
Przyrządy ręczne dostarczają przede wszystkim wyników dotyczących wcześniej wybranych wymiarów. CMM realizuje pomiar według przygotowanej strategii i może pozyskiwać zarówno pojedyncze punkty, jak i serie danych przy użyciu głowic skaningowych lub optycznych. Mobilny skaner 3D pozwala natomiast sprawnie rejestrować gęste dane opisujące dostępne powierzchnie obiektu.
Skanowanie nie musi być dokładniejsze od innych metod. Jego główną zaletą jest zakres oraz przestrzenny charakter pozyskiwanych danych.
A co z dokładnością?
Nie można ogólnie stwierdzić, że skanowanie 3D jest dokładniejsze od CMM albo od pomiaru przyrządem ręcznym. Wynik zależy od konkretnego urządzenia, rodzaju kontrolowanej cechy, warunków realizacji oraz całej procedury pomiarowej.
Znaczenie mają m.in.:
- parametry metrologiczne zastosowanego systemu,
- jego aktualny stan i wymagane sprawdzenia,
- warunki środowiskowe,
- stabilność oraz sposób zamocowania obiektu,
- właściwości mierzonej powierzchni,
- dostęp do kontrolowanych cech,
- strategia pomiarowa,
- sposób opracowania i interpretacji danych,
- kwalifikacje operatora.
Dlatego metody nie należy dobierać wyłącznie na podstawie jednego parametru podanego w specyfikacji urządzenia. Trzeba ocenić, czy cały proces pozwoli uzyskać wynik odpowiedni do wymagań projektu.
Co wybrać do inżynierii odwrotnej?
W przypadku inżynierii odwrotnej skanowanie 3D jest szczególnie przydatne, gdy trzeba odtworzyć element o złożonym lub nieznanym kształcie. Pomiar kilku podstawowych wymiarów może nie wystarczyć do opisania powierzchni swobodnych, nieregularnych odlewów i złożonych przejść geometrycznych.
Skanowanie dostarcza danych o rzeczywistym stanie dostępnych powierzchni. Dane te mogą następnie posłużyć do rekonstrukcji geometrii i przygotowania modelu CAD. Sam skan nie jest jednak gotowym modelem konstrukcyjnym – wymaga opracowania, interpretacji i podjęcia decyzji dotyczących m.in. zużycia, deformacji oraz docelowego przeznaczenia części.
Więcej na ten temat przeczytasz w artykule „Inżynieria odwrotna – jak odtworzyć geometrię części bez dokumentacji?„.
Co wybrać do kontroli jakości?
Wybór metody zależy przede wszystkim od rodzaju kontrolowanej cechy i wymaganej informacji.
Jeżeli trzeba sprawdzić jeden prosty wymiar, odpowiedni przyrząd ręczny może być wystarczający. CMM może być właściwym rozwiązaniem przy kontroli określonych wymiarów, położenia i tolerancji geometrycznych. Jeżeli natomiast potrzebna jest analiza różnic na większym obszarze dostępnej powierzchni, przydatne może być skanowanie 3D.
Dane ze skanowania można porównać z modelem nominalnym i przedstawić w formie mapy odchyłek. Pozwala to zobaczyć przestrzenny rozkład różnic, a nie tylko pojedynczy wynik pomiaru. Sama mapa nie przesądza jednak automatycznie o zgodności wszystkich cech elementu z dokumentacją.
Więcej o przygotowaniu danych, sposobie dopasowania do modelu nominalnego i interpretacji wyników przeczytasz w artykule „Skanowanie 3D w kontroli jakości – jak wygląda pomiar i analiza odchyłek?„.
Czy można łączyć różne metody?
Tak. W bardziej złożonych projektach uzasadnione może być połączenie kilku metod. Skaner 3D może posłużyć do odwzorowania większego obszaru powierzchni, a wybrane cechy mogą zostać dodatkowo sprawdzone za pomocą CMM lub odpowiedniego przyrządu ręcznego.
Takie podejście pozwala wykorzystać różne możliwości:
- skanowanie 3D dostarcza gęstych danych o dostępnych powierzchniach,
- CMM umożliwia kontrolę wybranych cech według przygotowanej strategii,
- przyrządy ręczne pozwalają sprawnie mierzyć proste i łatwo dostępne wymiary.
Dobór metod powinien wynikać z celu pomiaru, a nie z założenia, że jedna technologia musi zastąpić pozostałe.
Jak dobrać odpowiednią metodę?
Przed rozpoczęciem pomiaru warto odpowiedzieć na kilka podstawowych pytań:
- Jakich informacji potrzebujemy?
Jednego wymiaru, kontroli określonych cech czy danych o większym obszarze powierzchni? - Jaka jest geometria elementu?
Czy składa się z prostych i łatwo dostępnych cech, czy zawiera powierzchnie swobodne i nieregularne kształty? - Jakie tolerancje obowiązują?
Metoda i system pomiarowy muszą być odpowiednie do wymagań kontrolowanej cechy. - Do czego zostaną wykorzystane wyniki?
Do szybkiej weryfikacji wymiaru, raportu kontroli, analizy odchyłek, inżynierii odwrotnej czy przygotowania modelu CAD? - Gdzie znajduje się obiekt?
Znaczenie mają jego gabaryty, możliwość transportu oraz warunki panujące w miejscu pomiaru. - Czy wszystkie istotne cechy są dostępne?
Głębokie otwory, wnętrza kanałów i zasłonięte powierzchnie mogą wymagać innej metody lub pomiaru uzupełniającego.
Na tej podstawie wykonawca może dobrać przyrząd ręczny, CMM, mobilne skanowanie 3D albo połączenie kilku metod.
Gabaryty obiektu i miejsce realizacji również wpływają na wybór technologii. Jeżeli elementu nie można łatwo przetransportować, mobilny system pozwala wykonać pomiar bezpośrednio przy maszynie lub konstrukcji. Więcej o możliwościach i ograniczeniach takiego rozwiązania przeczytasz w artykule „Mobilne skanowanie 3D – zastosowania, możliwości i ograniczenia„.
Skanowanie 3D czy tradycyjny pomiar – krótkie porównanie
| METODA | NAJLEPIEJ SPRAWDZA SIĘ PRZY | GŁÓWNA ZALETA | GŁÓWNE OGRANICZENIE |
| SUWMIARKA LUB MIKROMETR | Pojedynczych, łatwo dostępnych wymiarach | Szybki i prosty pomiar | Niewielki zakres informacji o całej geometrii |
| SPRAWDZIAN LUB PRZYRZĄD SPECJALNY | Powtarzalnej kontroli określonej cechy | Szybka ocena przygotowanego wymagania | Wąski zakres zastosowania |
| CMM | Kontroli wymiarów, położenia i tolerancji geometrycznych | Dokładny i powtarzalny pomiar według ustalonej strategii | Wymaga odpowiedniej konfiguracji, dostępu i warunków pomiaru |
| MOBILNE SKANOWANIE 3D | Złożonych powierzchniach, deformacjach i inżynierii odwrotnej | Gęsty zbiór danych o dostępnej powierzchni | Ograniczony dostęp do powierzchni zasłoniętych i cech wewnętrznych |
| POŁĄCZENIE METOD | Projektach wymagających różnych rodzajów danych | Wykorzystanie mocnych stron poszczególnych technologii | Większy zakres planowania i opracowania wyników |
Podsumowanie
Nie istnieje jedna metoda odpowiednia do każdego zadania pomiarowego. Przyrządy ręczne dobrze sprawdzają się przy szybkiej kontroli prostych wymiarów. CMM umożliwia pomiar określonych cech według przygotowanej strategii, natomiast mobilne skanowanie 3D jest szczególnie przydatne przy złożonych powierzchniach, analizie deformacji i pozyskiwaniu danych do inżynierii odwrotnej.
O wyborze powinny decydować przede wszystkim cel pomiaru, geometria i gabaryty obiektu, obowiązujące tolerancje, dostęp do kontrolowanych powierzchni oraz sposób późniejszego wykorzystania danych.
W niektórych projektach wystarczy jedna metoda. W innych najbardziej wiarygodne lub praktyczne rozwiązanie może wymagać połączenia skanowania z pomiarem CMM albo kontrolą wybranych wymiarów za pomocą przyrządów ręcznych.
Nie wiesz, jaka metoda będzie odpowiednia?
Prześlij nam zdjęcia i orientacyjne wymiary elementu oraz napisz, jakie informacje chcesz uzyskać i do czego zostaną wykorzystane wyniki. Na tej podstawie ocenimy, czy właściwym rozwiązaniem będzie skanowanie 3D, inna metoda pomiarowa czy połączenie kilku technologii.
Opisz element i cel pomiaru – zaproponujemy odpowiedni zakres realizacji.