Snel en nauwkeurig complexe vormen meten

19 oktober 2018

GOM zet in op optische meetsystemen

In vrijwel ieder productontwerp worden voorwaarden vastgelegd betreffende vorm en afmetingen. Het toetsen van een gemaakt product aan die eisen kan, afhankelijk van bijvoorbeeld tolerantie en de vereiste meetmethode, variëren van eenvoudig tot zeer complex. Het inspecteren van (dubbel-)gekromde vlakken is een goed voorbeeld van een complexe meting.

 

Door Rob Sman

Natuurlijk zijn er wel voorbeelden te bedenken waarbij het volstaat op een oppervlak een beperkt aantal coördinaten te meten, iets wat bijvoorbeeld kan door middel van een contactmeting met een taster op een coördinatenmeetmachine. Deze manier van meten wordt echter tijdrovend wanneer een product uit meerdere vlakken bestaat en er ook allerlei details moeten worden gemeten, zoals de afmetingen en positie van gaten. Optische meetsystemen zijn daarentegen in staat een dergelijke taak in enkele seconden uit te voeren en kunnen daarbij de oppervlakken zeer gedetailleerd beschouwen.

Het Duitse bedrijf GOM ontwikkelt al bijna dertig jaar apparatuur, installaties en software voor optisch meten. In Leuven is GOM Benelux gevestigd. Wim Cuypers, sales engineer, vertelt graag en met passie over GOM’s producten en technologie. Ten eerste willen we graag van hem weten hoe het optisch meten in zijn werk gaat. Cuypers legt uit: “Het hart van onze systemen wordt gevormd door de 3D-scanner. Deze bestaat uit twee camera’s aan weerszijden van een lichtbron die een lijnenpatroon op het te meten object projecteert. De camera’s en de projector zijn ten opzichte van elkaar gekalibreerd. In tegenstelling tot systemen die het object met een enkele laserbron ‘aftasten’ is bij ons systeem het hele meetgebied in één keer ‘belicht’. Het systeem heeft mede daardoor de capaciteit om binnen twee seconden 16 miljoen punten in te scannen. De twee camera’s zorgen daarbij voor het benodigde ‘stereo’ zien. Behalve voor het vergelijken van de meetpunten met het CAD-model, kunnen de punten natuurlijk ook dienen voor reverse engineering. Wij leggen de nadruk op de mate van detail die verkregen kan worden; overtollig detail kan tenslotte wél eenvoudig worden uitgefilterd, maar ontbrekend detail kan niet achteraf worden toegevoegd. Overigens is het inscannen ook een prima manier om de handmatig aangebrachte aanpassingen van spuitgiet- en andere matrijzen te documenteren.”

optisch meten

Een carrosserie wordt door twee scanners vastgelegd.

Scanboxen
Vaak moeten metingen plaatsvinden op metalen producten en dan kan reflectie een probleem zijn. GOM heeft hier echter een oplossing voor bedacht. “Wij gebruiken voor de projectie specifiek blauw licht. Hierdoor is de invloed van omgevingslicht zeer gering en mede dankzij de hoge lichtintensiteit kunnen altijd korte meettijden worden gerealiseerd, ongeacht het materiaal.” Cuypers voegt daar zelf nog wel aan toe dat transparante objecten nog wel altijd lastig zijn in te meten. “Het oppervlak van dergelijke objecten moet voor het scannen goed worden voorbereid.”

De grootte van te scannen objecten kunnen in de maakindustrie sterk uiteenlopen en GOM heeft dan ook voor verschillende volumes verschillende producten beschikbaar. “Wij maken complete systemen met enerzijds de zogeheten ATOS Scanboxen en anderzijds mobiele meetsystemen. De Scanboxen delen we in naar scanvolume. De range begint bij een systeem met een volume van 500x500x500 millimeter, geschikt voor kleine objecten zoals munten of naalden. In de grootste systemen passen complete personenauto’s. De 3D Scanner is heel breed inzetbaar en kan worden gebruikt voor, zoals wij dat noemen, meetvolumes van 40x30x30 tot 6000x3000x3000 millimeter. De scanner wordt door het verwisselen van de cameralenzen afgestemd op het vereiste meetvolume.”

optisch meten

Rapportpagina uit de GOM Inspect-software.

Samenwerkende scanners
Zoals hierboven vermeld zijn er ook mobiele systemen die onafhankelijk van een Scanbox kunnen worden ingezet, bijvoorbeeld in een meetopstelling aan een productie- of bewerkingsmachine. Om de 3D-scanner ook uit alle gewenste richtingen zicht te bieden op het object, wordt deze doorgaans door een robot verplaatst. Overigens kunnen in bepaalde opstellingen twee scanners samenwerken. Het programmeren van de robots en de uit te voeren metingen wordt uitgevoerd aan de hand van een vooraf opgesteld inspectieplan. Het met deze ‘Auto Teaching’ verkregen programma wordt voor ingebruikname gesimuleerd en een keer doorlopen om de scanner zelf intelligent een aantal parameters te laten instellen. De duur van dit hele proces is door de intelligente technieken zo kort mogelijk. De automatisering van het meetproces brengt met zich mee dat voor het uitvoeren van een meting geen bijzondere kennis meer vereist is.

Afhankelijk van de vereiste nauwkeurigheid wordt, vooral bij grotere objecten, vaak nog de Plus Box aan de scanner toegevoegd, waarmee referentiepunten kunnen worden gedetecteerd. Deze referentiepunten zorgen voor een stabiele basis om, indien gewenst, de nauwkeurigheid te vergroten. Daaraan draagt ook een in de Scanbox geplaatst gecertificeerd kalibratiepaneel bij, waarmee de scanner in staat is zichzelf te kalibreren. Het is moeilijk in het algemeen iets te zeggen over de nauwkeurigheid van de metingen, omdat meetvolume en het type scanner daarop van invloed zijn. Uit de lijst van referenties waarop GOM kan bogen, blijkt dat de nauwkeurigheid voldoet aan de eisen die door de industrie worden gesteld.

Automatische verwerking
Cuypers vertelt hoe de meetresultaten van de GOM-scanners worden omgezet in een mesh-model van het gemeten oppervlak. “Aan de hand van de criteria die in het inspectieplan zijn vastgelegd, worden de data vergeleken met het nominale model. Ook specifieke features als gaten worden hierin uiteraard meegenomen. Hiervan wordt een rapport opgemaakt dat naast de nodige numerieke informatie ook zeer informatieve grafische voorstellingen kan bevatten. De meetrapporten kunnen worden verzameld ten behoeve van onder meer statistische analyses.”

“Het geautomatiseerde verwerken van de meetresultaten is niet alleen snel, maar sluit ook menselijke invloeden uit. Een voorbeeld: waar vaklieden visueel en op gevoel afwijkingen zoals deuken en bulten in carrosseriedelen beoordelen, kan hetzelfde defect door verschillende vaklieden toch verschillend worden geclassificeerd. Door in plaats daarvan de gescande data te vergelijken met een ‘surface defect map’ kan consistenter worden beoordeeld en geclassificeerd.”

Worden de meetrapporten ook direct gebruikt om het productieproces bij te sturen, en gebeurt dat dan ‘smart’? Bijvoorbeeld zonder tussenkomst van een operator het programma van een zetbank aanpassen, of het instellen van een tool-offset op een freesmachine. “Hoewel ik zo gauw daarvan geen voorbeeld ken, moet het zeker niet worden uitgesloten. De data zijn gewoon beschikbaar in ASCII-formaat, voor iedereen en alles leesbaar. Dat biedt alle mogelijkheden voor toepassing in het productieproces”, aldus Cuypers.

optisch meten

Mobiele opstelling met ATOS Compact Scan.

Software
Voor het verwerken van de scandata gebruikt GOM zijn eigen software. Belangrijke functies in dergelijke software zijn onder meer het uitlijnen van de scandata ten opzichte van het (CAD-)model, het analyseren van geometrie ten behoeve van geometrische- maatvoorwaarden (GD&T) en, niet onbelangrijk, het genereren van rapporten. Cuypers: “Omdat wij zowel de hard- als software zelf ontwikkelen, zijn we in staat een optimaal presterende oplossing aan te bieden. Onze software is zowel door het Duitse PTB (het nationale metrologisch instituut) als het Amerikaanse NIST gecertificeerd en ingedeeld in de categorie met de hoogste nauwkeurigheid. Daar kunnen ook derden gebruik van maken, want wij bieden de software ook als zelfstandig product aan. Dat kan omdat de software in staat is om scandata van andere systemen te verwerken. Sommige softwarepakketten zijn zelfs gratis te downloaden; GOM Inspect bijvoorbeeld, waarmee puntenwolken kunnen worden geïmporteerd en naar een mesh worden omgezet.”

Website GOM

Comments are closed.