Metrologia z zastosowaniem skanerów 3D

Współrzędnościowa technika pomiarowa, w odniesieniu do tradycyjnych przyrządów pomiarowych zyskuje przede wszystkim dzięki uniwersalności zastosowania oraz wizualizacji wyniku pomiaru. Maszyny pomiarowe CMM (Coordinate-meassuring machine) są wyposażone w programy do ich obsługi. W wielkim uproszczeniu, zadaniem tych aplikacji jest rejestracja pojedynczych impulsów głowicy pomiarowej i odpowiednie przetworzenie w taki sposób, aby użytkownik otrzymał informacje o badanym obiekcie. Wspomniane wcześniej impulsy, zamieniane są na punkty w przestrzeni maszyny pomiarowej. Oprogramowanie maszyny ma za zadanie skojarzyć te pojedyncze punkty jako płaskie lub przestrzenne elementy geometryczne i opisać obiekt rzeczywisty za pomocą tych elementów. W przypadku, kiedy kształt badanego obiektu jest nieregularny, wówczas do jego zobrazowania bardzo często wykorzystuje się pojedyncze punkty powierzchniowe. Wartość nominalna punktu mówi o tym, jaki obiekt powinien być – to cel, do którego powinno się zmierzać. Natomiast wartość rzeczywista punktu świadczy o tym jaki ten element jest w rzeczywistości. W poniższym przykładzie będzie to odpowiednio: Nominal (cel) oraz Actual (rzeczywisty kształt).

Oprócz odczytu wartości pojedynczych punktów należy analizować relacje między tymi punktami. Śledząc wyniki pomiarów trzeba wywnioskować, na przykład w jakim stopniu powierzchnia detalu jest płaska lub czy detal po wytworzeniu jest skrzywiony? Te informacje nie wynikają bezpośrednio z przedstawianego widoku. Zależności te trzeba po prostu wykryć poprzez odpowiednią interpretację. Dlatego ilość i rozmieszczenie punktów pomiarowych to bardzo istotna kwestia. Od tego właśnie zależy, czy osoba analizująca uzyskane wyniki będzie mogła z łatwością wyobrazić sobie rzeczywisty detal. Czy będzie w stanie dostrzec, jaka jest relacja pomiędzy obiektem rzeczywistym, a obiektem teoretycznym?

Odczytywanie raportu pomiarowego można porównać z rozmową dwóch osób. Komunikat jest tylko wtedy poprawny, jeżeli odbiorca zrozumiał to, co nadawca chciał mu przekazać. Zatem zadaniem metrologa jest wyrażać się w sposób jasny i jednoznaczny tak, aby był zrozumiany na przykład przez inżyniera, technologa lub inspektora. Co więcej, metrolog powinien się starać, aby jego komunikat (raport pomiarowy) był zrozumiały (łatwy w interpretacji) nawet dla osób niewyspecjalizowanych w metrologii. Czy zatem jest możliwe, aby raport z maszyny pomiarowej był zrozumiały dla osoby z działu kadr lub księgowości?

Okazuje się, że tak. Takie możliwości ułatwiają optyczne skanery pomiarowe. Akwizycja punktów pomiarowych przy użyciu skanera, to w efekcie bardzo gęsta chmura punktów. Można odnieść wrażenie, że jest to wręcz „model rzeczywisty”. Nakładając na siebie model nominalny i rzeczywistą chmurę punktów kwestia oceny elementu jest bardzo ułatwiona. Odbiorca takiego rodzaju informacji, nie jest zmuszony do analizowania relacji między pojedynczymi punktami. Relacja ta jest w łatwy sposób zauważalna:

To szybka i zarazem zgrubna informacja – widzimy, że element prawą stroną odstaje od tego, jakim powinien być. Nie wiemy jednak, czy odchylenie to mieści się w zadanej tolerancji, czy wykracza poza nią? Lewa strona też jest niewiadomą – w tym miejscu wykonany element może być w przedziale tolerancji, lub być poza nim odstając w przeciwną stronę niż prawa. Jak już wspomniano, skan elementu rzeczywistego to chmura punktów. Można zatem każdy z tych punktów odnieść do celu i w efekcie przedstawić kolorową mapkę odchyłek. Te dwa rodzaje widoków, to komplet informacji – raport, który bez głębszej dedukcji obrazuje relację cel-rzeczywistość:

Taki rodzaj informacji jest łatwiejszy w odbiorze. Odnosząc się do codzienności przedstawiony styl raportowania można porównać do jazdy samochodem w nieznane nam dotąd miejsce. Potrzebujemy wskazówek. Tradycyjna mapa pomiarowa wymaga od nas ustalenia punktów charakterystycznych (wybrane miasta) i analizy relacji między nimi (gdzie jesteśmy, gdzie powinniśmy skręcić). Kolorowa mapka odchyłek to jazda z nawigacją GPS, nie musimy zbytnio analizować – informacja podawana jest w przyjazny sposób.