Standarden ISO 10360-8 för 3D-skannrar

Det är avgörande att ha fullt förtroende för ett mätinstrument när man hanterar kvalitetsprocesser i en industriell miljö. En skanner med bra specifikationer och tydligt definierade gränsvärden kan utnyttjas bättre och ger tillförlitliga resultat för den aktuella tillämpningen. Genom att standardisera testerna för alla tillverkare säkerställer ISO 10360-8 enhetlighet, tydlighet och därmed förtroende för skannerns specifikationer.

‍

Är det snart slut på tvivelaktiga specifikationer?

Tidigare använde varje tillverkare tester som visade upp deras respektive produkter från sin bästa sida. Det mest slående exemplet är angivelsen av formavvikelsen vid skannermätningar. Låt oss jämföra två skannrar som har en formavvikelse på 15 µm respektive 18 µm. Vid första anblicken verkar den första skannern bättre, förutom att dess formfel uttrycks i 1 sigma (σ) och den andra i 2 σ. Det innebär att det första resultatet tar hänsyn till 68 % av de mest exakta punkterna, och inte 95 % som det andra (se figur 2.3). I själva verket är det mycket troligt att den andra skannern presterar bättre. Medan en skarpsinnig observatör kanske kan upptäcka knepet, kan specialtester som skapats av tillverkarna göra jämförelser mellan produkterna nästintill omöjliga.

‍

Vilka 3D-skanningstekniker omfattas av ISO 10360-8?

Standarden omfattar ett brett spektrum av tekniker, vilket gör det möjligt att jämföra prestandan hos mycket olika system. Typiska mätprinciper som berörs är triangulering och koaxial avståndsmätning. Den förstnämnda omfattar bland annat strukturerad linjeprojektion, moiré, slitsljusprojektion och punktskanning, medan den senare omfattar interferometri och konfokala system.

‍

TRE HUVUDSAKLIGA TEST SOM UTFÖRS AV KREON

‍

Hur utför man testerna?

Eftersom Kreon-skannrarna bygger på principen om lasertriangulering kräver provning enligt ISO 10360-8 att de förflyttas linjärt med hjälp av en CMM. Det finns ett stort antal definierade provningar, vilka i många fall ger en god bedömning av både CMM:ens och skannerns prestandaspecifikationer. Provningarna av skannrarna fastställer följande fel: brus, digitaliseringsfel, bildförvrängning, optisk interaktion med provytan, standardiseringsfel samt felaktig algoritm.  Följande analys baseras på tre väsentliga tester som används av Kreon.

‍

‍

Test 1: Högsta tillåtna fel för mätfel vid avmätning Alla

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

Detta test mäter skanningsfelet vid mätning av ett mått.
Testet utförs på en referenssfär och visar skillnaden mellan den diameter som skannern mäter (beräknad med minsta kvadratmetoden utifrån alla skannade punkter) och sfärens faktiska diameter. Ju närmare resultatet ligger 0, desto mer exakt är skannern vid mätning av geometriska formers storlek.

Hur vi går tillväga (figurerna 1.1 och 2.1)

1. Skanna den kalibrerade sfären.
2. Beräkna den uppmätta diametern med metoden för minsta kvadratanpassning utifrån alla uppmätta värden.
3. Räkna ut följande skillnad: Uppmätt diameter – Kalibrerad diameter = Testresultat.

‍

Test 2: Högsta tillåtna gräns för spridning vid sondering på en sfär

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

Detta test fastställer punktfördelningen på en skannad yta (fig. 1.2).
Det kan användas för att bedöma mätbrus. När testet utförs på en kalibrerad sfär ritas en hölje runt sfären (som ett skal) som täcker 95 % av de skannade punkterna (2 σ). För testresultatet divideras skalets tjocklek med två eftersom det uttrycks som +/-2 σ. Ju närmare värdet är noll, desto mindre brus finns det i punktmolnet.

Hur vi går tillväga (figurerna 1.2 och 2.2)

1. Skanna den kalibrerade sfären.
2. Beräkna bredden på ett sfäriskt skal som omfattar 95 % av de genererade punkterna.
3. 1/2 tjocklek = Testresultat.

‍

Test 3: Högsta tillåtna gräns för spridning vid sondering på ett plan

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

Detta test kompletterar det föregående och bygger på samma principer. Här testas laserlinjen i sin helhet, inte delvis som på sfären.
Mätningen av brus baseras på ett plan istället för en sfär. Testet täcker 95 % av de skannade punkterna mellan två parallella plan. I testresultatet divideras avståndet mellan dessa två plan med två, eftersom det uttrycks som +/-2 σ. Ju närmare värdet är noll, desto mindre brus innehåller punktmolnet.

Hur vi går tillväga (figurerna 1.3 och 2.2)

1. Skanning av flygplanet.
2. Beräkna det minsta avståndet mellan två plan som omfattar 95 % av de genererade punkterna.
3. 1/2 av avståndet = Testresultat.

‍

Framställning av testresultat på en Gaussisk kurva som visar fördelningen av punkter kring deras medelvärde.

Notationssystem för testbeskrivning

P eller E?

– P = Prestanda.
P avser en prestandaparameter för skannern, till exempel punktmolnets spridningsvärde.
– E = Fel.
E avser ett mätfel, till exempel ett fel i storleken på en sfär.

MPL eller MPE?

En specifikation av maximalt tillåtet gränsvärde (MPL) används i stället för en specifikation av maximalt tillåtet fel (MPE) när testmätningarna inte utgör fel; därför kräver testning av en MPL-specifikation inte användning av kalibreringsobjekt med relevant kalibrering.
De MPL- och MPE-värden som anges av tillverkaren garanterar att det aktuella systemet presterar bättre än de maximalt tillåtna värdena.

‍

MÅSTE ALLA PROV SOM ANGES I STANDARDEN UTFÖRAS?

‍

Varför inte göra LDia-testet?

LDia-testet fastställer prestandan hos koordinatmätmaskiner (CMM) utrustade med ett roterande huvud. Det mäter en sfär med hjälp av en skanner placerad i fem olika lägen. Genom att kombinera fel hos CMM-maskinen och hos det roterande huvudet (till exempel PH10) hör detta test till dem som fokuserar på fel i ledade system snarare än på fel hos skannrarna. Det är därför vi på Kreon inte inkluderar detta resultat i våra skannerspecifikationer.
När man konfigurerar en CMM med en skanner kan detta test dock vara användbart för att verifiera osäkerheterna i samband med ett huvud med flera indexeringar i synnerhet.

Varför inte testa längdmätningarna?

Längdmätningar innebär omfattande förflyttningar av koordinatmätmaskinen, vilket gör att de räknas till den kategori av tester som ska utföras vid provning av själva koordinatmätmaskinen och inte specifikt av skannern.

Är vissa tester irrelevanta?

Många tester bygger på en mycket kraftig minskning av antalet molnpunkter, där endast 25 punkter behålls. Av de olika metoder som finns för att välja ut dessa punkter är den enklaste att välja ut en enda punkt i var och en av 25 jämnt fördelade zoner. Detta gör det enkelt att välja ut de 25 bästa punkterna, vilket garanterar utmärkta resultat som dock inte på något sätt återspeglar skannerns prestanda vid normal användning.

Standarden ISO 10360-8 är särskilt lämplig för skannrar på en CMM och ger tillförlitliga specifikationer för ett brett utbud av skannrar som använder olika tekniker. Att standarden används i allt större utsträckning bidrar i hög grad till att göra prestandadata för kommersiellt tillgängliga skannrar mer begripliga. Inköpare, metrologer och ingenjörer kan nu börja få en verklig bild av detta ständigt växande produktutbud. För att stödja denna strävan efter transparens och tydlighet har Kreon sedan 2016 åtagit sig att basera alla sina nya skannerspecifikationer på ISO 10360-8.