3D-skannereita koskeva ISO 10360-8 -standardi

Teollisessa ympäristössä laadunhallintaprosesseja hoidettaessa on ehdottoman tärkeää, että mittauslaitteeseen voi luottaa täysin. Skanneria, jolla on hyvät tekniset tiedot ja selkeästi määritellyt rajat, voidaan hyödyntää paremmin, ja se tuottaa kyseisessä sovelluksessa yhdenmukaisia tuloksia. Standardisoimalla testit kaikkien valmistajien osalta standardi ISO 10360-8 varmistaa yhdenmukaisuuden, selkeyden ja siten luottamuksen skannerien teknisiin tietoihin.

‍

Olemmeko todistamassa kyseenalaisista teknisistä vaatimuksista eroon pääsemistä?

Aiemmin kukin valmistaja käytti testejä, jotka esittivät heidän tuotteensa parhaassa mahdollisessa valossa. Silmiinpistävin esimerkki on skannerimittausten muotopoikkeaman määrittely. Vertaillaan kahta skanneria, joiden muotopoikkeama on vastaavasti 15 µm ja 18 µm. Ensi silmäyksellä ensimmäinen skanneri näyttää paremmalta, paitsi että sen muotovirhe on ilmaistu 1 sigman (σ) tarkkuudella ja toisen 2 σ:n tarkkuudella. Tämä tarkoittaa, että ensimmäisessä tuloksessa otetaan huomioon 68 % tarkimmista pisteistä, eikä 95 % kuten toisessa (katso kuva 2.3). Itse asiassa on erittäin todennäköistä, että toinen skanneri toimii paremmin. Vaikka tarkkaavainen tarkkailija saattaa pystyä havaitsemaan tämän taktiikan, valmistajien luomat erityistestit voivat tehdä tuotteiden vertailun lähes mahdottomaksi.

‍

Mitkä 3D-skannaustekniikat kuuluvat standardin ISO 10360-8 piiriin?

Standardi kattaa laajan valikoiman tekniikoita, joten hyvin erilaisia järjestelmiä voidaan verrata keskenään. Tyypillisiä mittausperiaatteita ovat triangulaatio ja koaksiaalinen etäisyydenmittaus. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat rakenteellinen viivaprojektio, moiré-ilmiö, rakovaloprojektio, pistekartoitus jne., ja jälkimmäiseen ryhmään kuuluvat interferometria ja konfokaaliset järjestelmät.

‍

KREONIN SUORITTAMAT KOLME TÄRKEINTÄ TESTAUSTA

‍

Miten testit suoritetaan?

Koska Kreon-skannerit toimivat lasertriangulaatioperiaatteella, standardin ISO 10360-8 mukaiset testit edellyttävät niiden lineaarista liikuttamista koordinaattimittauskoneella (CMM). Testejä on määritelty lukuisia, ja ne antavat useissa tapauksissa hyvän arvion sekä koordinaattimittauskoneen että skannerin suorituskykyominaisuuksista. Skannereiden testeillä määritetään seuraavat virheet: kohina, digitointivirhe, kuvan vääristymä, optinen vuorovaikutus näytteen pinnan kanssa, standardointivirhe ja virheellinen algoritmi.  Seuraava analyysi perustuu kolmeen Kreonin käyttämään olennaiseen testiin.

‍

‍

Testi 1: Mittauskohteen koon virheen suurin sallittu virhe Kaikki

MPE (P[Size.Sph.All:Tr:ODS])

Tämä testi määrittää skannausvirheen mitattaessa ulottuvuutta.
Testin suorittaminen vertailupallolla antaa eron skannerin mittaaman halkaisijan (joka on johdettu pienimmän neliösumman menetelmällä kaikista skannatuista pisteistä) ja skannatun pallon todellisen halkaisijan välillä. Mitä lähempänä tulos on nollaa, sitä tarkempi skanneri on mitatessaan geometristen muotojen kokoa.

Menettelytapa (kuviot 1.1 ja 2.1)

1. Skannaa kalibroitu pallo.
2. Laske kaikkien mittauspisteiden perusteella mitattu halkaisija pienimmän neliösumman menetelmällä.
3. Laske seuraava ero: Mitattu halkaisija – Kalibroitu halkaisija = Testitulos.

‍

Testi 2: Pallon pinnalla mitattavan hajonnan suurin sallittu raja-arvo

MPL (P[Form.Sph.D95%:Tr:ODS])

Tämä testi määrittää pisteiden jakauman skannatulla pinnalla (kuva 1.2).
Sitä voidaan käyttää mittaushäiriöiden arviointiin. Kalibroidulla pallolla suoritettuna se piirtää pallon ympärille kuoren, joka kattaa 95 % skannatuista pisteistä (2 σ). Testituloksessa kuoren paksuus jaetaan kahdella, koska se ilmaistaan +/-2 σ:na. Mitä lähempänä arvo on nollaa, sitä vähemmän pistepilvessä on kohinaa.

Menettelytapa (kuvat 1.2 ja 2.2)

1. Skannaa kalibroitu pallo.
2. Laske pallomaisen kuoren leveys, joka kattaa 95 % luoduista pisteistä.
3. 1/2 paksuus = testitulokset.

‍

Testi 3: Tunnistuksen hajonnan suurin sallittu raja tasossa

MPL (P[Form.Pla.D95%:Tr:ODS])

Tämä testi täydentää edellistä testiä ja noudattaa samoja periaatteita. Tässä testissä laserlinjaa testataan kokonaisuudessaan, eikä osittain kuten pallon pinnalla.
Mittaushäiriöt määritetään pallon sijaan tason perusteella. Testi kattaa 95 % skannatuista pisteistä kahden yhdensuuntaisen tason välillä. Testituloksessa näiden kahden tason välinen etäisyys jaetaan kahdella, ja se ilmaistaan arvoina +/-2 σ. Mitä lähempänä arvo on nollaa, sitä vähemmän pistepilvessä on häiriöitä.

Menettelytapa (kuviot 1.3 ja 2.2)

1. Kuvaus lentokoneesta.
2. Laske kahden tason välinen pienin etäisyys, joka kattaa 95 % luoduista pisteistä.
3. 1/2 etäisyys = testituloksen.

‍

Testien esittäminen Gaussin käyrällä, joka kuvaa pistejoukkoa niiden keskiarvon ympärillä.

Testien kuvausjärjestelmä

P vai E?

– P = Suorituskyky.
P viittaa skannerin suorituskykyparametriin, kuten esimerkiksi pistepilven jakautumisarvoon.
– E = Virhe.
E viittaa mittausvirheeseen, kuten esimerkiksi pallon koon virheeseen.

MPL vai MPE?

Suurinta sallittua raja-arvoa (MPL) käytetään suurimman sallitun virheen (MPE) sijaan silloin, kun testimittaukset eivät ole virheitä; näin ollen MPL-määrittelyn testaaminen ei edellytä asianmukaisesti kalibroitujen testikappaleiden käyttöä.
Valmistajan ilmoittamat MPL- ja MPE-arvot takaavat, että kyseinen järjestelmä toimii sallittuja enimmäisarvoja paremmin.

‍

ONKO KAIKKI STANDARDISSA MÄÄRITELLYT TESTIT SUORITETTAVA?

‍

Miksi et tekisi LDia-testiä?

LDia-testi määrittää pyörivällä mittauspäällä varustettujen koordinaattimittauskoneiden suorituskyvyn. Siinä mitataan palloa skannerilla, joka on sijoitettu viiteen eri asentoon. Koska testissä yhdistyvät koordinaattimittauskoneen ja pyörivän mittauspään (esimerkiksi PH10) virheet, se kuuluu niihin testeihin, jotka keskittyvät nivelrakenteisten järjestelmien virheisiin pikemminkin kuin skannerien virheisiin. Siksi me Kreonilla emme sisällytä tätä tulosta skannerien teknisiin tietoihin.
CMM-laitteen konfiguroinnissa skannerin kanssa tämä testi voi kuitenkin olla hyödyllinen erityisesti moniasentoisen pään epävarmuuksien tarkistamisessa.

Miksi et kokeilisi pituusmittauksia?

Pituusmittaustestit edellyttävät koordinaattimittauskoneen (CMM) huomattavaa liikettä, minkä vuoksi ne kuuluvat niihin testeihin, jotka suoritetaan koordinaattimittauskoneen testaamisen yhteydessä eivätkä nimenomaan skannerin testaamiseksi.

Ovatko jotkut testit merkityksettömiä?

Lukuisat testit perustuvat pilvipisteiden huomattavaan vähentämiseen, jolloin jäljelle jää vain 25 pistettä. Useista käytettävissä olevista menetelmistä yksinkertaisin on valita yksi piste kustakin 25:stä tasaisesti sijoitetusta alueesta. Näin on helppo valita 25 parasta pistettä, mikä takaa erinomaiset tulokset, jotka eivät missään nimessä vastaa skannerin suorituskykyä tavallisessa käytössä.

Erityisesti koordinaattimittauskoneisiin (CMM) asennettaviin skannereihin soveltuva ISO 10360-8 -standardi tarjoaa luotettavat tekniset tiedot laajalle valikoimalle eri tekniikoita käyttäviä skannereita. Standardin yleistyvä käyttö auttaa merkittävästi tekemään kaupallisesti saatavilla olevien skannerien suorituskykytiedoista ymmärrettävämpiä. Ostajat, metrologit ja insinöörit voivat nyt saada todellisen kuvan tästä jatkuvasti laajenevasta tuotevalikoimasta. Tukeakseen tätä läpinäkyvyyden ja selkeyden pyrkimystä Kreon on sitoutunut perustamaan kaikki uudet skannerien tekniset tiedot ISO 10360-8 -standardiin jo vuodesta 2016 lähtien.