Skanowanie 3D jest wykorzystywane w kontroli jakości elementów przemysłowych, ponieważ pozwala pozyskać dużą liczbę danych opisujących ich rzeczywistą geometrię. Dzięki temu można nie tylko sprawdzić wybrane wymiary, lecz także zobaczyć, gdzie i w jakim stopniu dostępna pomiarowo powierzchnia różni się od geometrii nominalnej.
Kontrola jakości jest jednym z zastosowań cyfrowego odwzorowania obiektów. Więcej o tym, jak poszczególne etapy łączą się w cały proces, przeczytasz w artykule „Proces cyfrowego odwzorowania obiektów – od pomiaru 3D do modelu CAD”.
Na czym polega kontrola jakości za pomocą skanowania 3D?
Proces rozpoczyna się od zeskanowania badanego elementu i uzyskania danych opisujących jego rzeczywistą geometrię. Następnie dane pomiarowe mogą zostać porównane z modelem CAD, geometrią wzorcową albo wymaganiami określonymi w dokumentacji technicznej.
Jedną z możliwych form prezentacji wyniku jest mapa odchyłek. Pokazuje ona różnice między zeskanowaną powierzchnią a geometrią nominalną po ich odpowiednim wzajemnym ustawieniu.
Analiza danych może pomóc zidentyfikować:
- obszary różniące się od geometrii nominalnej,
- deformacje i odkształcenia powierzchni,
- nieprawidłowości kształtu,
- zmianę położenia wybranych części zespołu,
- lokalne uszkodzenia widoczne w geometrii,
- wymiary lub cechy geometryczne wymagające dodatkowej kontroli.
Jak wygląda pomiar?
Przed rozpoczęciem pomiaru wykonawca ustala z klientem cel kontroli, wymagane powierzchnie i cechy geometryczne, obowiązujące tolerancje oraz oczekiwany sposób przedstawienia wyników. Na tej podstawie dobierana jest strategia skanowania i opracowania danych.
Po zeskanowaniu elementu dane są sprawdzane, oczyszczane i przygotowywane do analizy. W zależności od celu projektu podstawą dalszych prac może być chmura punktów lub utworzona na jej podstawie siatka trójkątów.
Przed wyznaczeniem odchyłek dane pomiarowe trzeba odpowiednio ustawić względem modelu nominalnego. Można to zrobić m.in. na podstawie baz wskazanych w dokumentacji, wybranych cech geometrycznych albo dopasowania typu best fit, które minimalizuje różnice na określonym obszarze.
Wybór metody nie jest wyłącznie czynnością techniczną. Może zmienić wartości i przestrzenny rozkład odchyłek, dlatego powinien wynikać z dokumentacji, sposobu montażu elementu lub celu prowadzonej analizy. Dopasowanie best fit nie powinno automatycznie zastępować baz określonych na rysunku technicznym.
Mapa odchyłek – co pokazuje?
Mapa odchyłek przedstawia różnice między zeskanowaną powierzchnią a geometrią nominalną po zastosowaniu określonego sposobu dopasowania. Kolory odpowiadają przedziałom wartości określonym na legendzie, dzięki czemu można szybko rozpoznać obszary znajdujące się powyżej lub poniżej powierzchni nominalnej.
Interpretacja mapy wymaga uwzględnienia zastosowanego bazowania, kierunku wyznaczania odchyłek oraz przyjętej skali kolorów. Zmiana tych ustawień może wpłynąć na sposób prezentacji wyników, chociaż sama geometria zmierzonego elementu pozostaje taka sama.
Mapa może wskazywać m.in.:
- obszary wymagające dokładniejszej analizy,
- lokalne lub rozległe deformacje,
- nierównomierny rozkład odkształceń,
- miejsca, w których różnica względem modelu nominalnego przekracza przyjęty próg,
- charakterystyczne kierunki i rozkład zmian geometrii.
Wyniki można uzupełnić o przekroje, wymiary oraz konkretne wartości odchyłek, co pozwala dokładniej ocenić stan badanego elementu.
Sama wartość widoczna na mapie odchyłek nie przesądza jeszcze o zgodności elementu. Wynik należy ocenić w odniesieniu do konkretnych wymagań i tolerancji określonych w dokumentacji technicznej lub uzgodnionym planie kontroli.
Znaczenie mogą mieć również przyjęty układ baz, sposób wyznaczania kontrolowanej cechy, zdolność zastosowanej metody pomiarowej oraz – jeżeli wymaga tego zakres kontroli – niepewność pomiaru i ustalona reguła podejmowania decyzji.
Skanowanie 3D a tradycyjna kontrola wymiarowa
Punktowe i stykowe metody pomiarowe dobrze sprawdzają się przy kontroli określonych wymiarów oraz cech geometrycznych. Skanowanie 3D pozwala natomiast pozyskać gęsty zbiór danych opisujących dostępne powierzchnie elementu i przeanalizować przestrzenny rozkład różnic względem geometrii nominalnej.
Jego szczególną zaletą jest możliwość sprawnego pozyskania gęstych danych z wielu dostępnych obszarów elementu. Jest to szczególnie przydatne przy kontroli powierzchni swobodnych, odlewów, konstrukcji spawanych i elementów wielkogabarytowych.
Nie oznacza to jednak, że skanowanie 3D zastępuje wszystkie metody metrologiczne. W praktyce poszczególne technologie mogą się wzajemnie uzupełniać.
Czy do kontroli jakości zawsze potrzebny jest skaner 3D? Wszystko zależy od rodzaju kontrolowanej cechy i wymaganej informacji. Więcej na ten temat przeczytasz w artykule „Skanowanie 3D a tradycyjne metody pomiarowe – co wybrać?”.
Gdzie wykorzystuje się skanowanie 3D w kontroli jakości?
Technologia znajduje zastosowanie m.in. przy kontroli:
- odlewów,
- części obrabianych CNC,
- konstrukcji spawanych,
- elementów karoserii,
- form i narzędzi,
- części maszyn,
- elementów wielkogabarytowych.
Skanowanie może być wykorzystywane zarówno do kontroli gotowych produktów, jak i do zbierania danych pomocnych w analizie przyczyn powstawania odchyłek w procesie produkcyjnym.
Dlaczego warto analizować większy obszar powierzchni?
W przypadku tradycyjnego pomiaru kontrolowane są zazwyczaj wcześniej określone punkty lub cechy geometryczne. Skanowanie 3D pozwala spojrzeć na element znacznie szerzej.
Odwzorowanie dużej części dostępnej powierzchni może ujawnić różnice, których nie widać podczas kontroli kilku wybranych punktów lub wymiarów. Jest to szczególnie przydatne w analizie deformacji, odkształceń i powierzchni o złożonej geometrii.
Zakres danych zależy jednak od dostępu optycznego do poszczególnych fragmentów obiektu. Powierzchnie zasłonięte, głębokie otwory i wąskie kanały mogą wymagać zastosowania innych metod pomiarowych.
Skanowanie 3D pozwala więc nie tylko analizować, czy i gdzie występują niezgodności, ale również ocenić ich rozmieszczenie i wartości.
Jak zapewnić wiarygodność danych wykorzystywanych do kontroli? Istotne są m.in. przygotowanie powierzchni, stabilność pomiaru, kompletność danych i właściwe opracowanie skanu. Więcej na ten temat przeczytasz w artykule „Jak osiągnąć wysoką dokładność skanowania 3D? Od przygotowania obiektu do opracowania danych”.
Od pomiaru do raportu kontroli
Końcowym rezultatem kontroli nie musi być wyłącznie surowa chmura punktów. Zakres opracowania może obejmować raport zawierający m.in. mapę odchyłek, przekroje, wyniki pomiarów wybranych cech oraz opis zastosowanego sposobu dopasowania danych.
Jeżeli przed pomiarem określono wymagania, tolerancje i zasady oceny, raport może również zawierać informację o zgodności kontrolowanych cech. Samo wykonanie skanu lub mapy odchyłek nie oznacza jeszcze formalnego potwierdzenia zgodności całego elementu.
Podsumowanie
Skanowanie 3D pozwala pozyskać gęste dane opisujące dostępne powierzchnie elementu i porównać je z geometrią nominalną. Wyniki mogą zostać przedstawione w postaci mapy odchyłek, przekrojów oraz pomiarów wybranych cech geometrycznych.
Wiarygodność analizy zależy nie tylko od samego skanowania, lecz także od właściwego przygotowania obiektu, kompletności danych, sposobu ustawienia pomiaru względem modelu nominalnego oraz poprawnej interpretacji tolerancji.
Skanowanie nie zastępuje automatycznie wszystkich innych metod kontroli. Jest szczególnie przydatne wtedy, gdy znaczenie ma rozkład różnic na większym obszarze powierzchni, analiza złożonego kształtu lub wykrycie deformacji trudnych do opisania za pomocą kilku pojedynczych wymiarów.
Chcesz sprawdzić rzeczywistą geometrię elementu?
Prześlij nam zdjęcia i orientacyjne wymiary elementu, model CAD lub dokumentację techniczną oraz informację, które cechy wymagają kontroli. Na tej podstawie ocenimy możliwość wykonania pomiaru i zaproponujemy odpowiedni zakres analizy oraz formę raportu.
Opisz element i oczekiwany rezultat kontroli.