Obsah 1

(1)

1

Obsah

1 Úvod - současný stav ... 2

1. 1 Cíl práce ... 2

2 Handyscan 3D – REVscan ... 3

2. 1 Princip snímání ... 4

2. 2 Reverzní inženýrství, modelování, design a analýza ... 4

2. 2. 1 Výhody ... 5

2. 2. 2 Nevýhody ... 5

2. 3 Kontrola ... 5

3 Popis formy: ... 6

3. 1 Měření formy ... 7

3. 2 Postup měření ... 7

3. 2. 1 Charakteristika a popis používaných počítačových formátů ... 8

3. 3 Postup zpracování naměřených dat v programu ATOS v6.1. ... 9

Varianta A... 14

Varianta B ... 17

4 Měření pěny ... 19

4. 1 Postup zpracování naměřených dat v programu ATOS v6.1. ... 20

Varianta A... 24

Varianta B ... 27

4. 1. 1 Výhody: ... 29

4. 1. 2 Nevýhody: ... 29

4. 1. 3 Podmínky uplatnění: ... 29

5 Další využití metody bezkontaktního měření ... 29

5. 1 Jednoúčelové cubingy pro kontrolu jednotlivých dílů ... 30

5. 2 Postup měření: ... 31

5. 3 Zpracování dat. ... 32

5. 3. 1 Tvorba řezů ... 35

5. 3. 2 RPS body ... 36

6 Porovnání nákladovosti na pořízení zařízení ... 39

6. 1 EXAscan ... 40

6. 2 MAXscan ... 41

Závěr ... 42

Literatura ... 43

(2)

2

1 Úvod - současný stav

Tato práce je určena k inovaci ve výstupní kontrole ve firmě Modelárna LIAZ spol s r.o. Firma je orientována na výrobu nástrojů a přípravků pro automobilový průmysl: formy pro PUR pěny a PUR díly, měřící a kontrolní přípravky, cubingové přípravky, lisovací nástroje pro obkladové díly automobilových interiérů a modely pro slévárenství. V současné době se veškerá kontrola ve firmě Modelárna LIAZ spol. s r.o. provádí pomocí souřadnicového měřícího stroje Carl Zeiss Carmet C5. Výstup ze souřadnicového měřícího stroje je v textovém formátu, který bývá občas nepřehledný a koncový zákazník firmy má často problém se v dokumentu správně orientovat a pochopit ho. Zákazníci proto vyžadují jinou přehlednější, pro firmu jednoduší metodu vyhodnocování a archivace kontrolovaných dat. Firma má zájem o inovaci technologie kontroly a tím pádem zvýšení konkurenceschopnosti.

1. 1 Cíl práce

a) Cílem diplomové práce je vypracovat jasný, přehledný a co možná nejjednodušší návod pro kontrolu formy sedáku pro PUR pěnu měřeného pomocí laserového scanneru Handyscan 3D – REVscan. Zjistit možnosti HandyScanu pro využití ve firmě. Dále vytvořit dokumentaci, která bude případně posílána zákazníkům firmy, a která bude vyhovovat požadavkům, jaké si zákazníci kladou. Tento úkol bude prováděn pomocí softwaru ATOS v6.1 od společnosti GOM určený pro zpracování, úpravu, měření a kontrolu naměřených dat. Po splnění těchto požadavků bude třeba vyhodnotit, zda následující technologie má reálné uplatnění v běžné praxi a zda tento systém bude vhodný pro uplatnění ve firmě Modelárna LIAZ spol. s r.o.

b) Zkontrolovat naměřená data formy s CAD modelem pěny po smrštění, provést polohování, vytvořit tři kontrolní řezy v daných místech a vyhodnotit měření.

c) Provést kontrolu naměřených dat předního nárazníku automobilu a měřícího cubingu. Změřit mezeru mezi světlometem a nárazníkem a provést kontrolu v předem definovaném bodě.

(3)

3

2 Handyscan 3D – REVscan

Handyscan 3D je první opravdu přenosný laserový scanner na trhu. V současné době je HandyScan 3D nejlepší laserové snímací zařízeni navržené pro zlepšování konstrukce a kontroly během výroby. HandyScan 3D používá připojení počítače pomocí FireWire kabelu.

REVscan je laserový skener určený pro reverzní inženýrství, návrh designu a 3D kontrolu. ¹

Tab. 1. Základní technické údaje a parametry REVscan

Hmotnost 0,98 kg

Rozměry 160 x 260 x 210 mm

Snímání 18,000 snímků/s

Laser II (eye safe)

Rozlišení v ose Z 0.1 mm (0.004 in.)

Přesnost až 50µm (0.002 in.)

ISO 20µm + 200µ/m

Obr. 1. REVscan

1 HANDYSCAN [online]. [cit.2010-12-04]. Dostupné z WWW: <http://www.handyscan.cz/popis/index.html>.

(4)

4

2. 1 Princip snímání

HandyScan 3D identifikuje pomocí dvou kamer, které snímají laserový kříž na tělese, poziční značky na tělese nebo podložce. Na počítači se automaticky generuje polygonová síť a v reálném čase se zobrazuje obraz snímání. Díky této patentované technologii snímání a vyhodnocování dat lze velice jednoduše snímat i tvarově složité modely. Pro orientaci snímaných dat v prostoru se používají poziční značky, které umožňují automaticky určovat vzájemnou polohu skeneru a snímaného tělesa. Pro snímání pomocí HandyScanu se používají nekódované reflexní poziční značky náhodně rozmístěné na/kolem měřeného objektu.

Výsledná síť se automaticky přepočítává na základě všech nasnímaných dat podle zvoleného rozlišení. Systém zaznamenává všechny snímky, a díky tomu je možné data neustále zpřesňovat a upravovat. Okamžité zobrazení výsledků snímání urychluje vyhledání míst, která nebyla nasnímána nebo vyžadují detailnější snímání.

2. 2 Reverzní inženýrství, modelování, design a analýza

REVscan laserový scanner umožňuje společnostem splnit jejich požadavky na vytváření nebo obnovování nových konstrukcí ze stávajících a někdy i zastaralé výrobky nebo jejich části, nebo dokonce staré části, které mohou být vyvinuty bez použití CAD. REVscan se ukazuje jako obzvláště účinný na urychlení a usnadnění produktového designu, tvorby a analýzy, při současném snížení souvisejících nákladů. REVscan ukazuje, že je velmi silný pro úkoly, jako jsou:

 Rekonstrukce povrchu

 3D modelování

 Mechanické provedení

 Digitalizace hliněných modelů

 Vývoj nástrojů a přípravků

 Údržba, opravy a revize (MRO)

 Metody konečných prvků (FEA)

(5)

5 2. 2. 1 Výhody

 Snadná manipulace

 Rychlost

 Automatické pozicování

 Přesný a přenosný skener

 Možnost snímat tvarově složité součásti – obecné plochy

 Vysoká hustota bodů

 Automaticky generuje polygonovou síť

 Relativně nízká cena a nízké provozní náklady

2. 2. 2 Nevýhody

 U lesklých povrchů a průhledných materiálů je nutná antireflexní úprava.

 Čas na editování náhodně sejmutých bodů způsobených odrazem světla.

 Špatné snímání míst kam laser a kamery “nevidí“ (otvory, kapsy, zahloubení,…).

2. 3 Kontrola

Během výrobního procesu je nutné kontrolovat mnohé komponenty, podsestavy a sestavy. Kontrolované díly je možné nasnímat pomocí scanneru HandyScan 3D, získaná data exportovat do CAD systému pro porovnání. Pro zobrazení výsledků porovnání se nejčastěji používá barevná mapa odchylek, se kterou lze dále pracovat a provádět kontrolní řezy, měření vzájemných ploch, bodů i křivek vůči sobě, zjišťování bodů odchylek,…² . Pro kontrolu formy sedáku je požadovaná odchylka ± 1mm.

2 HANDYSCAN [online]. [cit.2010-12-04]. Dostupné z WWW:

<http://www.handyscan.cz/pouziti/automobilovy-prumysl.html>.

(6)

6

3 Popis formy:

Jedná se o formu určenou k výrobě PUR sedáků do automobilu. Forma je tvarově složitá s velkým počtem děr a dutin. Je vyrobena z hliníkové slitiny a skládá se ze dvou dílů, přičemž dohromady mají rozměry 416x805x743 mm. Uvnitř každé půlky je výhřevná trubice sloužící k výhřevu celé formy na požadovanou teplotu (viz obr. 3.). Tento výhřev je nezbytný pro správnou iniciaci chemické reakce, která je nutná pro správné vypěnění sedáku. Při uzavření formy se obě půlky spojí v dělící rovině, která je určující pro další zpracování naměřených dat, a kterou budeme považovat v prvním způsobu zpracování dat za nulový počátek.

Obr. 2. Fotky obou dílů formy – tmavou barvou je na fotkách označena dělící rovina.

Obr. 3. Ukázka výhřevné trubice v obou dílech formy ve formátu .step.

(7)

7

Obr. 4. Ukázka obou dílů formy ve formátu .step.

3. 1 Měření formy

Měření proběhla ve výrobní hale firmy Modelárna LIAZ spol. s r.o. Na měření jsme měli pouze půl hodiny času, tedy jsme nemohli měřit hodnoty formy za ideálních podmínek.

Forma byla těsně před samotným měřením vyhřátá na cca 80°C a proběhlo u ní zkušební vypěnění PUR pěnou. Během měření chladla při pokojové teplotě a tato změna teploty měla samozřejmě vliv na přesnost naměřených údajů. Jelikož se teplota snižovala během celého měření, není výsledná naměřená odchylka směrodatná a tento postup měření je pouze modelový. Forma byla během měření uložena v obecné poloze. Naše měření a následné zpracování naměřených dat proto nelze brát jako přesnou kontrolu formy, ale jako modelový příklad a ujištění možností softwaru.

3. 2 Postup měření

1) Propojení HandyScanu s počítačem pomocí FireWire kabelu.

2) Kalibrace HandyScanu pomocí kalibrační desky.

3) Nalepení pozičních značek na plochu snímaného objektu nebo kolem snímaného objektu. Tyto reflexní značky mají náhodné umístění.

4) Při prvním snímání načteme pouze reflexní body spodní formy.

5) Nastavení měřeného objemu a jasu laseru. V našem případě byl zvolený objem 800x800x800 mm. Tím, že jsme vybrali takto veliký objem, měření se nám na oplátku sníží přesnost samotného měření. V tomto případě platí přímá úměra mezi velikostí měřeného objemu a přesností. Se zvětšujícím se objemem klesá přesnost.

(8)

8

6) Oscanování spodní formy, které trvá cca 10 minut.

7) Oscanování vrchní formy, které trvá cca 10 minut.

8) Uložení naměřených dat do počítače.

Obr. 5. Ukázka měření formy označená reflexními značkami.

3. 2. 1 Charakteristika a popis používaných počítačových formátů

STEP

STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data) je relativně novým formátem pro výměnu dat CAD. Kromě čistých 2D i 3D dat dokáže navíc přenášet další údaje o výrobku. Převod 3D modelů pomocí tohoto formátu je snadnější a dává zpravidla lepší výsledky než při použití formátu IGES. Díky schopnosti formátu STEP přenést uzavřené těleso složené z ploch (volum) odpadají problémy s nespojitostmi přeneseného 3D tělesa. O vnitřní logiku (topologii) objemového modelu (solidu) však přijdete i v tomto případě. Formát STEP je mezinárodně normalizován normou ISO 10303 a existuje ve dvou provedeních, STEP AP214 a STEP AP203. STEP je v současné době pravděpodobně nejprogresivnějším formátem pro převod dat CAD.³

3ČEVELA, Lubomír. Výměna dat mezi různými systémy CAD [online]. Vystaveno 01/2001 [cit. 2010-12-09].

Dostupné z WWW: < http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=33435>.

(9)

9 STL

Formát STL (Stereolithographie) byl vyvinut výrobci stereolitografických zařízení. Při převodu dat pomocí tohoto formátu je objemový model nahrazen fazetkami (ploškami) jeho povrchu. Mimo stereolitografická zařízení se příliš nerozšířil.⁴

3. 3 Postup zpracování naměřených dat v programu ATOS v6.1.

V této části je zpracovaný přesný postup zpracování naměřených dat krok po kroku a vysvětluje možnosti softwaru. Na základě této práce by měl být kontrolor schopen zpracovat data stejným způsobem.

1) Založení nového projektu

FILE► NEW PROJECT

2) Otevření naměřených dat ve formátu .STL

FILE ►OPEN ►NÁZEV.STL

3) Vymazání „prachu“

První co musíme udělat před samotným poměřováním skutečného modelu a námi naměřených dat je vymazání „prachu“ (tj. prachem se rozumí body, které vznikly při samotném měření, nemají s modelem nic společného a jsou způsobeny odrazem paprsku měřícího laseru).

Označíme všechen „prach“, který chceme vymazat pomocí Pravého Tlačítka myši (dále jen PT) ► SELECT TROW SURFACE (označené části zčervenají) ► CTRL+DELETE

4) Dále musíme naimportovat data formy sedáku, které máme uložené ve formátu .STEP

FILE ►IMPORT ►NÁZEV MODELU.STEP

5) Předběžné polohování naměřených dat s CAD daty

4 ČEVELA, Lubomír. Výměna dat mezi různými systémy CAD [online]. Vystaveno 01/2001 [cit. 2010-12-09].

Dostupné z WWW: < http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=33435>.

(10)

10 Manuální Pre-registrace

Pomocí této funkce můžete zaregistrovat (tedy napojit) dvoje data pomocí ručně stanovených bodů k sobě. Definovat tyto body na měřených datech a CAD datech. Body nesmí ležet na jedné linii a měly by být daleko od sebe v zájmu dosažení správné pre- registrace. Jakmile jsou označeny minimálně tři body, je spočítána transformace a je zobrazena odchylka. Pokud je tato odchylka uspokojivá, potvrdíme naší volbu. Může se však stát, že se nám hned napoprvé správná pre-registrace nepodaří a je nutné tento krok několikrát opakovat. To z toho důvodu, že se nám nemusí podařit trefit vhodné body hned napoprvé a odchylka by tím pádem byla nevyhovující.

Označit model ► OPERATIONS ► REGISTRATION ► MANUAL PRE- REGISTRATION ► Označit alespoň tři body na měřeném modelu a co možná nejpřesněji i body na CAD datech.

6) V dalším kroku musíme poměřit CAD data s naměřenými daty a vymazat všechny části, které se odlišují, a které by nám v následujícím kroku komplikovaly a znepřesňovaly registraci jako jsou díry, kapsy, výstupky a všechny data, která neodpovídají CAD modelu. Budeme postupovat obdobně jako v kroku 3. „vymazání prachu“.

7) Přesné polohování naměřených dat s CAD daty Registrace

Toto polohování budeme provádět pomocí metody Best-Fit, jelikož je pro daný úkol nejvhodnější, a která vyžaduje výběr některých oblastí naměřených údajů nebo celé měřené sítě. Proto je Best-Fit registrace závislá na uživateli, protože uživatel může mít vliv na výběr ploch. V našem případě určuje vybrané plochy dělící rovina formy (viz obr. 2.). Stejně jako u pre-registrace, tak i v tomto případě se nám může stát, že neoznačíme vhodné plochy hned napoprvé a musíme postup opakovat.

OPERATIONS ► REGISTRATION ► Označíme jen plochy, které budeme ustavovat ► BEST FIT REGISTRATION

(11)

11

Obr. 6. Ukázka zobrazení dělící roviny pro Best-Fit Registraci označené červeně.

Obr. 7. Ukázka zobrazení CAD modelu a měřených dat po Best-Fit Registraci.

(12)

12

8) Dále následuje samotné měření CAD dat a dat námi naměřených pomocí funkce INSPECTION. Jednou z nejjednodušších metodzpůsobů kontroly je porovnání polygonové sítě nebo mraku bodů s CAD daty. Výsledek měření je vidět ve 3D zobrazení pomocí barevné mapy odchylek (viz obr. 8.).

INSPECTION ► SURF DEVIATION ► DEVIATION TO REFERENCE MESH ► SERCH RADIUS (rozpětí odchylek – v našem případě 3mm)

Obr. 8. Ukázka zobrazení mapy odchylek spodní formy sedáku.

9) Kroky 1-8 použijeme stejně i pro vrchní část formy, abychom mohli přistoupit k tvorbě řezů a výpočtů skutečné a požadované vzdálenosti mezi formami. Díky tomu, že CAD data máme již vůči sobě napolohovaná, napolohují se pomocí tohoto postupu i .stl data obou půlek měřené formy.

10) Tvorba řezů

Požadavky firmy Modelárna LIAZ spol. s r.o. byly tři kontrolní řezy. Jeden svislý řez, který povede středem formy a dva na něj kolmé procházející zhruba ve třetinách formy (viz obr.9.). Pokud bychom jich však potřebovali více, není problém kdykoliv během procesu dodělat řezy v pro nás potřebných místech.

(13)

13

Obr. 9. Ukázka umístění řezů na spodní části formy sedáku.

INSPECTION ► INSPECTION SECTION ► INSPECTION SECTION ►zobrazí se tabulka kterou vyplníme podle obr.10.

Obr. 10. Zobrazení tabulky pro řez 1.

(14)

14

Pro řezy 2 a 3 je postup obdobný s tím, že jediný rozdíl je ve výběru REFERENCE PLANE, kde zvolíme rovinu X (Plane X) a PLANE POSITION (vzdálenost od počátku, tj. od nulového bodu) pro řez 2 je hodnota 1310 mm a pro řez 3 je hodnota 1540mm.

11) Měření roztečí

Při tvorbě kót, které nám určují rozteče v řezech mezi spodním a vrchním dílem formy, můžeme postupovat pomocí dvou variant.

Varianta A

V první metodě tvoříme kóty jen mezi křivkami CAD dat, díky čemuž získáme pouze vzdálenost mezi vrchní a spodní formou v CAD datech bez námi zkoumané odchylky. Toto měření budeme pro tuto zkoušku provádět v řezu 3.

DIMENSIONS ► DISTANCES ► POINT-POINT DISTANCES ► označujeme uzlové body na vrchní i spodní křivce (snažíme se, aby kóta byla co možná nejvíce vertikální) viz obr. 11. ► tímto způsobem vytvoříme námi potřebný počet kót (v našem případě 15 ve vzdálenosti cca 20-35mm od sebe) viz obr. 12.

Obr. 11. Zobrazení tvorby kót v řezu 3.

(15)

15

Obr. 12. Zobrazení rozložení kót v řezu 3

Dále pak v těchto uzlových bodech musíme určit odchylku měřených dat od těch požadovaných.

INSPECTION ► INSPECTION SECTION ► PICK DEVIATION POINT ► CTRL+PT v uzlových bodech (označené červeným kroužkem)viz obr. 9.

Tento postup opakujeme pro všechny uzlové body v místě, kde leží kóty, čímž nám vznikne 30 bodů odchylek. Po vytvoření všech 30 bodů odchylek máme již všechny parametry, které jsou potřeba k tomu, abychom mohli dopočítat celkové odchylky v jednotlivých místech i skutečnou vzdálenost mezi formami v řezu 3. Všechny tyto hodnoty jsou uvedeny v tabulce 1. Pro nás je nejdůležitější předposlední sloupec - celková odchylka, která je pro firmu Modelárna LIAZ spol. s.r.o. klíčová.

(16)

16

Obr. 13. Zobrazení bodů odchylek

Tab. 2. Hodnoty odchylek a vzdáleností.

Kóta číslo

Vzdálenost v ose Y od počátku [mm]

Požadovaná vzdálenost [mm]

Odchylka spodní formy [mm]

Odchylka vrchní formy [mm]

Celková odchylka [mm]

Skutečná vzdálenost [mm]

1 -178,105 31,94 -1,41 0,13 -1,28 30,66

2 -200,095 32,73 -1,06 1,12 0,06 32,79

3 -229,065 55,51 -0,74 -1,03 -1,77 53,74

4 -252,244 61,53 -0,81 -0,58 -1,39 60,14

5 -252,486 61,53 -0,92 -0,60 -1,52 60,01

6 -314,408 61,50 -0,92 -0,48 -1,40 60,10

7 -349,701 61,47 -1,01 -0,53 -1,54 59,93

8 -370,230 34,80 -1,12 -1,37 -2,49 32,31

9 -399,576 61,44 -1,02 -0,69 -1,71 59,73

10 -430,006 61,43 -0,88 -0,55 -1,43 60,00

11 -458,327 61,41 -0,73 -0,49 -1,22 60,19

12 -489,080 61,39 -0,62 -0,44 -1,06 60,33

13 -520,031 60,59 -0,54 -0,43 -0,97 59,62

14 -549,936 35,16 -0,63 -0,51 -1,14 34,02

15 -571,092 28,80 -0,65 -0,30 -0,95 27,85

(17)

17 Varianta B

Druhá metoda je v mnohém podobná té první. Hlavní rozdíl je v tom, že v této metodě se kóty vytvářejí na jedné straně od křivky CAD dat a na straně druhé vedou ke křivce .STL dat (viz obr. 14). Tím je dosaženo toho, že nám oproti metodě A odpadne potřeba tvorby tak velkého množství bodů odchylek. Následná tvorba bodů odchylek se tvoří již jen na straně křivky CAD dat. Další rozdíl je v tom, že kóty jsou tvořeny v ose Z oproti první metodě, kde byly uzlové body označovány ručně. Tato varianta má tu nevýhodu, že můžeme zjistit pouze vzdálenosti mezi .stl daty, aniž bychom však znali požadované rozměry či celkovou odchylku.

Toto měřeni budeme provádět v řezu 1.

DIMENSION ► DISTANCE ►DIRECTED DISTANCE ► vybereme uzlové body tam, kde chceme rozteč měřit pomocí CTRL+PT ► určíme směr (v našem případě –Z) a vybere kam až máme měřit (v našem případě „forma_vrch“) ► P. MOD. „SURFACE“ ► vytvoří se kóty

(18)

18

Obr. 15. Zobrazení tvorby kót v řezu 1

Dále pak v těchto uzlových bodech musíme určit odchylku měřených dat od těch požadovaných. Těchto čtrnáct bodů vytvoříme jen na jedné straně formy.

INSPECTION ► INSPECTION SECTION ► PICK DEVIATION POINT ► CTRL+PT v uzlových bodech (označené červeným kroužkem viz obr. 16)

(19)

19

Tab. 3. Hodnoty odchylek a vzdáleností

Kóta číslo

Vzdálenost v ose X od počátku

[mm]

Vzdálenost CAD a měřených dat

[mm]

Odchylka spodní

formy [mm]

Skutečná vzdálenost

[mm]

16 1167,82 20,69 0,06 20,75

17 1253,09 22,77 -1,14 21,63

18 1290,42 48,21 -1,04 47,17

19 1327,56 41,33 -1,19 40,14

20 1381,73 45,85 -0,97 44,88

21 1419,95 67,97 -0,82 67,15

22 1479,26 67,22 -0,99 66,23

23 1521,14 65,19 -1,07 64,12

24 1582,11 61,85 -0,47 61,38

25 1637,44 38,41 -1,04 37,37

26 1670,54 57,63 0,31 57,94

27 1691,09 64,63 -0,25 64,38

28 1727,31 45,69 -1,55 44,14

29 1734,08 40,73 -2,17 38,56

Z těchto dvou metod je pro náš konkrétní případ vhodnější aplikovat metodu A, která má pro nás vyšší informační hodnotu a oproti variantě B, díky ní zjistíme požadovanou vzdálenost a celkovou odchylku formy.

4 Měření pěny

V předchozí kapitole bylo prováděno zpracování naměřených dat vůči CAD datům formy sedáku a polohování bylo děláno na dělící rovinu formy. Na základě konzultace ve firmě Modelárna LIAZ spol. s r.o. jsme provedli další zpracování našich naměřených dat vůči CAD modelu pěnového sedáku, který byl z firmy dodán ve formátu .stp. Požadavek firmy je zjistit, zda by bylo možné napolohovat a změřit data tak, aby na jedné straně ležela data pokud možno v nulové poloze, a na straně druhé bude zobrazena celková odchylka od nominálních dat. Toto měření by mělo být provedeno opět ve třech kontrolních řezech, které mají procházet stejným místem jako u předchozího měření formy. Kontrolní kóty i body odchylek budou pokud možno na stejných souřadnicích jako před tím. Pěnový sedák je přesným negativem formy, a proto pro jeho kontrolu využijeme naměřených dat formy a budeme zjišťovat odchylku formy od modelu sedáku.

(20)

20

Obr. 17. Forma vypěněná PUR pěnou, na kterou budeme polohovat naměřená data.

4. 1 Postup zpracování naměřených dat v programu ATOS v6.1.

1) V prvním kroku musíme stejně jako u formy naiportovat data pěny, které jsou ve formátu .STP.

FILE ►IMPORT ►NÁZEV MODELU .STEP

2) Předběžné polohování naměřených dat s CAD daty Manuální Pre-registrace

V této operaci využijeme toho, že naměřená data vrchní a spodní formy již máme vůči sobě napolohovaná z předchozí úlohy a stačí nám tedy jen napolohovat jednu stranu. Pomocí této funkce můžete zaregistrovat (tedy napojit) dvoje data pomocí ručně stanovených bodů k sobě. Definovat tyto body na měřených datech a CAD datech. Body nesmí ležet na jedné linii a měly by být daleko od sebe v zájmu dosažení správné pre-registrace. Jakmile jsou označeny minimálně tři body, je spočítána transformace a je zobrazena odchylka. Pokud je tato odchylka uspokojivá, potvrdíme naší volbu.

(21)

21

Označit model ► OPERATIONS ►TRANSFORMATION ► REGISTRATION ► MANUAL PRE-REGISTRATION ► Označit alespoň tři body na měřeném modelu a k těmto třem bodům co možná nejpřesněji i body na CAD datech.

3) Přesné polohování naměřených dat s CAD daty Registrace

Toto polohování budeme opět provádět pomocí metody Best-Fit, jelikož je pro daný úkol nejvhodnější, a která vyžaduje výběr některých oblastí naměřených údajů nebo celé měřené sítě. Proto je Best-Fit registrace závislá na uživateli, protože uživatel může mít vliv na výběr ploch. V tomto případě označíme celý vnitřek formy z jedné strany, která bude námi brána jako nulová (viz obr. 18.).

Obr. 18. Ukázka ploch pro Best-Fit Registraci označené červeně

OPERATIONS ► REGISTRATION ► Označíme jen plochy, které budeme ustavovat ► BEST FIT REGISTRATION

(22)

22

4) V dalším kroku již pomocí modulu INSPECTION vytvoříme mapu odchylek tak, že označíme všechna naměřená data.

INSPECTION ► SURF DEVIATION ► DEVIATION TO REFERENCE MESH ► SERCH RADIUS (rozpětí odchylek – v našem případě 3mm)

Obr. 19. Mapa odchylek spodní plochy

Obr. 20. Mapa odchylek vrchní plochy

(23)

23

Na obr. 19. je vidět převládající světle a tmavě zelená barva, což nám ukazuje minimální odchylky a bereme spodní plochu jako plochu základní pro měření. Proti tomu na obr. 20. je vidět více bledě modré barvy a hned na první pohled jsou zřejmá místa, kde jsou největší odchylky.

5) Tvorba řezů

Požadavky firmy Modelárna LIAZ spol. s r.o. byly tři kontrolní řezy. Jeden svislý, který povede středem formy a dva na něj kolmé procházející zhruba ve třetinách formy (viz obr. 21.).

Obr. 21. Ukázka umístění řezů na sedáku

INSPECTION ► INSPECTION SECTION ► INSPECTION SECTION ►zobrazí se tabulka, kterou vyplníme podle obr. 22. jen s tím rozdílem, že zvolíme jiná CAD data.

(24)

24

Obr. 22. Zobrazení tabulky pro řez 3

Pro řez 2 je postup naprosto stejný a jediný rozdíl je ve výběru PLANE POSITION, kde je hodnota 1310 mm. Pro řez 1 je postup obdobný s tím rozdílem, že ve výběru REFERENCE PLANE zvolíme rovinu Y (Plane Y) a PLANE POSITION (vzdálenost od počátku, tj. od nulového bodu) pro řez 1 je hodnota -379mm.

Varianta A

Pro tento typ zpracování dat z předchozích zkušeností zvolíme variantu A. Tímto postupem nám opět vznikly tři kontrolní řezy. V těchto řezech opět vytvoříme 15 kontrolních kót ve skoro stejných místech (viz obr. 23.) a 30 bodů odchylek (viz obr. 24.). Po splnění všech těchto kroků opět získáme dostatečné množství dat, která jsou shrnuta v tab. 4.

V ideálním případě by na jedné straně měly všechny body deformace hodnotu 0,00. Toho však nemůžeme dosáhnout kvůli nepřesnosti měření a nedokonalé polygonyzaci dat. S tímto problémem se však musíme smířit a provádět měření v rámci požadované odchylky, která odpovídá hodnotě ±1mm.

(25)

25

(26)

26

Obr. 25. Zobrazení kót a bodů odchylek

Pro řezy 2 a 3 je postup obdobný s tím, že jediný rozdíl je ve výběru REFERENCE PLANE, kde zvolíme rovinu X (Plane X) a PLANE POSITION (vzdálenost od počátku, tj. od nulového bodu) pro řez 2 je hodnota 1310 mm a pro řez 3 je hodnota 1540mm.

Tab. 4. Hodnoty odchylek a vzdáleností v řezu 3

Kóta číslo

Vzdálenost v ose Y od počátku

[mm]

Požadovaná vzdálenost

[mm]

Odchylka spodní

formy [mm]

Odchylka vrchní formy [mm]

Celková odchylka

[mm]

1 -178,11 38,48 0,11 -0,42 -0,31 38,17

2 -200,10 26,22 0,25 -1,33 -1,08 25,14

3 -232,07 54,03 -2,47 -1,90 -4,37 49,66

4 -252,24 63,39 -0,14 -1,25 -1,39 62,00

5 -252,49 63,37 -0,16 -1,26 -1,42 61,95

6 -314,41 63,38 -0,24 -1,11 -1,35 62,03

7 -349,70 63,37 -0,37 -1,29 -1,66 61,71

8 -366,10 63,38 -0,29 -1,39 -1,68 61,70

9 -399,58 63,37 -0,28 -1,36 -1,64 61,73

10 -430,01 63,37 -0,19 -1,26 -1,45 61,92

11 -458,33 63,37 -0,09 -1,11 -1,20 62,17

12 -489,08 63,37 0,10 -1,12 -1,02 62,35

13 -520,03 56,71 -1,97 -0,80 -2,77 53,94

14 -549,94 25,98 0,20 -0,67 -0,47 25,51

15 -571,09 35,27 -0,05 -0,44 -0,49 34,78

(27)

27 Varianta B

Varianta B se mi pro tento typ zpracování dat jeví jako vhodnější, snadnější a rychlejší. Důvodem je to, že v tomto zadání je našim cílem hlavně získání celkové odchylky zobrazené pouze na jedné straně. Pří měření a zpracování tohoto zadání nemůžeme dosáhnout úplně na 100%, ale v rámci námi požadované odchylky je to vyhovující. Postup zpracování dat je stejný jako je výše uvedený. Důležité je jen to, abychom kóty tvořili od té křivky CAD dat, u které potřebujeme zjistit celkovou odchylku. V tomto případě je to na obr. 26 vrchní křivka.

(28)

28

Tab. 5. Hodnoty odchylek a vzdáleností

Kóta číslo

Vzdálenost v ose X od počátku [mm]

Vzdálenost CAD a měřených dat [mm]

Odchylka vrchní křivky

[mm]

16 1167,80 20,87 -0,63 20,24

17 1253,10 23,09 -0,46 22,63

18 1290,42 48,21 -0,53 47,68

19 1327,61 41,57 -0,22 41,35

20 1382,32 47,36 -0,99 46,37

21 1420,12 68,88 -1,26 67,62

22 1481,22 68,38 -1,59 66,79

23 1520,12 64,58 -1,75 62,83

24 1582,35 61,06 -1,79 59,27

25 1637,49 38,66 1,01 39,67

26 1670,02 58,15 -0,77 57,38

27 1691,36 64,30 -0,85 63,45

28 1728,71 46,62 -0,86 45,76

29 1734,12 40,89 -1,37 39,52

(29)

29

Po naměření a zpracování dat máme již všechny potřebné informace o rozměrech kontrolované formy. Ověřili jsme tímto způsobem, že tato technologie je vhodným řešením pro firmu Modelárna LIAZ spol. s.r.o., jak snadno, rychle a efektivně provádět měření a kontrolu nejen těchto typů forem.

4. 1. 1 Výhody:

 Možnost vybrat si libovolné plochy pro ustavení

 Okamžitá vizuální kontrola díky barevné mapě odchylek

 Snadné zpracování údajů

 Možnost kdykoliv se k uloženým datům vrátit a provézt kontrolu v požadovaném místě.

 Tvorba libovolného počtu řezů a měření

 Přehledný výstup z měření

 Možnost tvorby primitiv

4. 1. 2 Nevýhody:

 Ukládání velkého množství dat

 U lesklých povrchů a průhledných materiálů je nutná antireflexní úprava.

 Čas na editování náhodně sejmutých bodů způsobených odrazem světla.

 Špatné snímání míst kam laser a kamery “nevidí“ (otvory, kapsy, zahloubení,…).

4. 1. 3 Podmínky uplatnění:

 Zaškolený personál

 Potřeba mít licenci k software Geomagic nebo jiný software na zpracování polygonové sítě.

5 Další využití metody bezkontaktního měření

(30)

30

Firma se mimo jiné orientuje jak na výrobu měřících a kontrolních přípravků, tak přípravků cubingových. Cubingové přípravky musí splňovat ty nejvyšší požadavky na přesnost, která se pohybuje v řádech setin mm. Z toho důvodu byl další požadavek firmy zjistit, zda by bylo možné využít měřící a kontrolní systém HandyScan jako možnou náhradu za toto složité a finančně náročné měření pomocí cubingu. Dále chceme zjistit montážní přesnosti mezi světlometem a předním nárazníkem automobilu (viz obr. 28). U tohoto měření je pro nás důležitá přesnost ve spojovací oblasti mezi světlometem a nárazníkem.

5. 1 Jednoúčelové cubingy pro kontrolu jednotlivých dílů

Jednoúčelové cubingy slouží ke kontrole jednotlivých dílů vzhledem ke svému nejbližšímu okolí. Právě toto okolí, které se na vozidle může skládat z několika na sebe navazujících dílu, simuluje jednoúčelový cubing. Jak již vyplývá z názvu kapitoly tento cubing není univerzální a je třeba pro každý jednotlivý díl vyrobit samostatný měřící cubing což je velice náročné na finance i na čas. ⁵

Obr. 28. Nárazník a cubing světlometu

5 DYTRON, konstrukce [online]. 2003.[cit. 2010-12-09]. Dostupné z WWW:

<http://konstrukce.dytron.cz/data/Reference_konstrukce_DYTRON_CZ-2003g_STD.pdf

(31)

31

5. 2 Postup měření:

1) Propojení HandyScanu s počítačem pomocí FireWire kabelu.

2) Kalibrace HandyScanu pomocí kalibrační desky.

3) Oproti měření formy musíme u tohoto typu materiálu ještě před samotným měřením provést antireflexní úpravu povrchu materiálu pomocí křídového spreje.

4) Nalepení pozičních značek na ploše snímaného objektu a/nebo kolem dílu. Tyto reflexní značky mají náhodné umístění.

5) Při prvním snímání načteme pouze reflexní body.

6) Nastavení měřeného objemu a jasu laseru.

7) Oscanování světlometu a nárazníku, které trvá cca 10 minut.

8) Uložení naměřených dat do počítače.

Obr. 29. Ukázka měření nárazníku a cubingu – Na fotce je vidět náhodné rozmístění pozičních značek (bílé body) a křídová antireflexní úprava povrchu.

(32)

32

Obr. 30. Naměřená data nárazníku a světlometu po odstranění nepotřebných dat.

5. 3 Zpracování dat.

Postup zpracování naměřených dat probíhá obdobně jako u měření formy. Stejně jako u formy jsme napolohování dat provedli metodou Best-Fit, která je pro tento typ obecných ploch ve většině případů nejvhodnější. Pro ustavení volíme plochu cubingu, který v tomto případě tvoří nulové hodnoty měření a představuje ideální rozměry světlometu (viz obr. 31).

(33)

33

Obr. 31. Ukázka ploch pro Best-Fit Registraci označené červeně

Po napolohování dat vytvoříme pomocí modulu Inspection mapu odchylek a body odchylek (viz obr. 32.), stejně jako jsme je tvořili u formy sedáku. Odchylky v kontrolovaných bodech jsou vypsány v tabulce 6. Umístění bodů odchylek je náhodné a označujeme místa, která by nás mohly zajímat. Proto nejsou uvedeny souřadnice měřených bodů a slouží pro vizuální kontrolu.

(34)

34

Obr. 32. Mapa odchylek vrchní plochy s rozmístěním polohy bodů odchylek

Tab. 6. Hodnoty odchylek

Bod číslo Odchylka [mm] Bod číslo Odchylka [mm]

1 1,92 12 3,38

2 1,77 13 3,18

3 1,33 14 2,85

4 0,60 15 2,25

5 0,30 16 2,28

6 -0,32 17 0,88

7 -0,68 18 1,22

8 -1,32 19 0,49

9 -2,22 20 -0,44

10 3,33 21 -0,89

11 1,68

Dále vytvoříme pět kontrolních řezů, na kterých jsou odchylky opticky vidět a máme tak díky tomu jasnou představu, ve kterém místě na nárazníku je problém. Tvorba řezů u nárazníku bude probíhat jiným způsobem než u řezů formy.

(35)

35 5. 3. 1 Tvorba řezů

Nejprve musíme vytvořit linky, podél kterých půjdou následné řezy. To provedeme pomocí funkce 3D LINE SECTIONS. Tento typ tvorby řezu může být volně definovaný uživatelem.

SECTIONS ► 3D LINE ► Vykreslit křivku, kterou povedeme později řez (viz obr. 33)►

3D LINE SECTION

Obr. 33. Ukázka křivek pro tvorbu řezů nárazníkem

Po vytvoření křivek vytvoříme pět kontolních řezů na obr. 34.

INSPECTION ► INSPECTION SECTION ► INSPECTION SECTION ► Vyplníme tabulku, která se nám zobrazí a to tak, že za místa řezů označíme postupně všech pět křivek, které jsme vytvořily v předchozím kroku.

(36)

36

Obr. 34. Ukázka vytvořených řezů.

5. 3. 2 RPS body

Jedním ze zásadních požadavků firmy Modelárna LIAZ s.r.o. bylo, zda je možné pomocí tohoto softwaru zjistit deformaci v předem definovaném bodě. Tento bod by měl být definován souřadnicemi X, Y a Z. Toto zadání je pro firmu důležité pro porovnání firmou definovaného bodu s bodem definovaným z CAD softwaru.

CMM INSPECTION ► POINTS ► INSPECTION POINTS ►Ručně zadáme nominální data, tedy souřadnice bodů, ve kterých chceme změřit odchylku. Námi zadané souřadnice jsou zobrazeny na obr. 35 ve sloupci NOMINAL.

Po zadání nominálních dat potřebujeme ještě zadat aktuální data (ACTUAL ELEMENT).

Ve stromu klikneme PT na RPS bod, který jsme vytvořily ►LINK TO ACTUAL ELEMENT

► ACTUAL ELEMENT (naše .stl data) ► PROJECTION MOD: POINT

Tímto způsobem jsme vytvořily tři RPS body (viz obr. 35.), na kterých jsme si demonstrovali, že zadání firmy Modelárna LIAZ spol. s.r.o. lze splnit, a že i v tomto ohledu je tato technologie vhodná. Po vytvoření těchto tří bodů se nám vytvoří u každého bodu tabulka,

(37)

37

ze které lze snadno vyčíst souřadnice nominálních a aktuálních dat, odchylky ve směru souřadného systému a celkovou odchylku. Tyto tři body jsme zvolili náhodně a nemají žádnou konkrétní vypovídající hodnotu. Zvolili jsme je pouze jako pokus, zda je vůbec možné toto provést, a zda nám to software dovolí.

Obr. 35. Ukázka RPS bodů

Posledním krokem této diplomové práce je provést měření vzdálenosti mezi .stl daty nárazníku a CAD cubingu světlometu. Bylo by možné měřit i .stl data nárazníku s .stl daty cubingu. V tomto případě ale volíme CAD data cubingu z toho důvodu, že cubing je pro nás referenční plocha pro registraci best-fit, tudíž by .stl data cubingu měla CAD datům odpovídat. Výsledek měření je zobrazen v tabulce 7.

DISTANCES ► PROJECTED POIN DISTANCE ► INSPECTION POINTS ► Vyplníme tabulku podle obr. 36. V poli POINT můžeme buď zvolit předem definované RPS body, pokud je máme definované, nebo je volit ručně.

(38)

38

Obr. 36. Zobrazení tabulky pro tvorbu kót

Obr. 37. Rozmístění osmy kontrolních měření mezery

Tab. 7. Tabulka naměřených hodnot Měření č. Vzdálenost [mm]

1 4,93

2 5,44

3 4,77

4 3,86

5 3,68

6 3,56

7 4,96

8 4,98

(39)

39

6 Porovnání nákladovosti na pořízení zařízení

V tabulce 8. je pro srovnání nejen námi používaný REVscan, ale i výkonnější a přesnější scany od společnosti Creaform. Pod tabulkou s cenami jsou uvedené i technické parametry jiných typů HandyScanů pro lepší představu o možnostech tohoto typu přístrojů.

Tyto HandyScany mají oproti námi používaného REVscanu jednu kameru navíc. Třetí kamera „vyfotí“ všechny poziční značky a velice rychle vytvoří poziční model z několika fotek. Snímání povrchu probíhá standardně pomocí zbylých dvou kamer. ⁶

Tab. 8 . Ceny jednotlivých přístrojů

Měřicí přístroj Cena v € Cena v Kč

ATOS II + SOFTWARE 94 000 € 2 349 000,- Kč

Handyscan 3D – REVscan 33 000 € 825 000,-

Handyscan 3D – EXAscan 36 000 € 900 000,-

Handyscan 3D – MAXscan 61000 € 1 525 000,-

Přídavné moduly pro systém Handyscan - Geomagic Studio

13 000 € 325 000,-

Cena je pouze orientační a slouží pouze k představě o pořizovacích nákladech jednotlivých přístrojů. Orientační kurz je 25 Kč za 1 €.

6 HANDYSCAN [online]. [cit.2010-12-04]. Dostupné z WWW: <http://www.handyscan.cz/popis/technické- informace.html>.

(40)

40

6. 1 EXAscan

Tab. 9. Základní technické údaje a parametry REVscan ⁷

Hmotnost 1,25 kg

Laser II (eye safe)

ISO 20µm + 100µ/m

Obr. 38. EXAscan

(41)

41

6. 2 MAXscan

Tab. 10. Základní technické údaje a parametry MAXscan⁸

Hmotnost 1,27 kg

Laser II (eye safe)

ISO 20µm + 25µ/m

Obr. 39. MAXscan

(42)

42

Závěr

V souladu se zadáním byl vytvořen přehledný návod pro kontrolu formy sedáku pro PUR pěnu, měřeného pomocí laserového scanneru Handyscan 3D – REVscan. Byla vytvořena dokumentace v předem požadovaných řezech a odzkoušel jsem si, že tato metoda je vhodná pro kontrolu těchto typů dílů a je v praxi ve firmě Modelárna LIAZ spol. s r.o. uplatnitelná.

Podmínkou pro správnou implementaci tohoto systému ve firmě je dobře zaškolený personál, koupě Handyscanu a softwaru pro zpracování polygonové sítě a domluva se zákazníkem firmy na novém způsobu kontroly dílů.

V dalším úkolu byla kontrolována naměřená data s CAD modelem pěny po smrštění a splnily požadavek firmy ohledně polohování pěny, měření a zdokumentování modelu ve třech kontrolních řezech.

V poslední části této práce byl měřen nárazník automobilu vůči cubingu světlometu.

Po zpracování těchto dat jsem zjistil, že tato metoda je vhodná i pro tento typ dílů, a to hlavně proto, že je možné velice rychle vytvořit mapu odchylek, měřit v předem definovaných RPS bodech, vytvářet kontrolní řezy a měřit mezeru mezi nárazníkem a cubingem.

Za hlavní přínos této metody kontroly dílů považuji její velice všestrannou, rychlou a snadnou manipulaci a její reálný předpoklad návratnosti vynaložených investičních nákladů ve velmi krátké době.

Tato práce slouží jako podklad pro další zlepšování kontrolních procesu ve firmě Modelárna LIAZ spol. s r.o., v dalších pracích se může navázat vyšší automatizací kontroly.

(43)

43

Literatura

[1] Čevela, Lubomír. AUTOMA, časopis pro automatizační techniku. Výměna dat mezi různými systémy CAD. [Online] 2001. [Citace: 9. 12 2010.]

http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=33435

[2] Handy scan. Handy scan 3D. [Online] SolidWorks. [Citace: 9. prosine 2010.]

www.handyscan.cz

[3] Manuál Atos. ATOS - user manual - software. Braunschweig : GOM mbH, 2008. 1.

Atos_v61_1st_en_rev-b