Тенденции в мултисензорните измервания – част II

В настоящия брой на сп. Инженеринг ревю публикуваме продължение на темата за съвременните методи и технологии при мултисензорните измервания, която стартирахме в брой 1/2018 с преглед на особеностите на мултисензорни измервателни датчици и техните предимства, както и на приликите и разликите между контактните и безконтактните измервателни методи.

Оптимизиране на контактните измервания
Първо, ако измерванията трябва да се извършват постоянно и върху голям брой обекти, а не само епизодично, то методът с непрекъснато сканиране осигурява много повече данни и много по-бързо, отколкото методът с еднократно допиране и сваляне на отчет. Непрекъснатото сканиране ще доведе до по-голяма точност и повишено бързодействие.

Второ, освен ако всички материали, които ще се подлагат на измерване, не са достатъчно твърди, то начинът на допиране на пробника или сондата при сканирането на обекта ще бъде от съществено значение. При някои варианти на контактните измервания се упражнява достатъчно силен натиск, който може да деформира меки или тънкостенни материали – при това положение няма да има смисъл от измерването. По-добро решение е натискът да бъде регулируем по електронен път – при това силата на натиск може да бъде от порядъка на милинютони, което няма да уврежда по-меките материали.

Измервания с лазер и бяла светлина
Измерванията с лазер и бяла светлина заемат междинно положение между оптичните и контактните методи в практическо и функционално направление. Прилагат се там, където обектите са твърде малки за контактно измерване и със стандартните оптични средства не може да се измерят очертанията на съответната повърхност. Малките размери на петънцето, образувано от лазерния лъч, дават възможност да се правят измервания на зони и елементи, които са твърде малки, за да се опре до тях сонда на контактен датчик. Освен това, за разлика от обикновената светлина, отражението на лазерния лъч може надеждно да се улови и така да се измери разстоянието до дадена повърхност, което позволява да се правят измервания по оста на лъча.

Също като лазера, облъчването с бяла светлина може да се използва за бързи и точни измервания по трите направления в пространството. Съответната система фокусира светлинния източник към целевата зона върху повърхността на обекта, като зоната може да е съвсем малка, до 12 микрона, и след това се прави анализ на отразената светлина и нейното разсейване, за да се установи разстоянието до повърхността. Освен че е бърз и точен, този метод дава възможност за измервания върху сложни повърхнини, включително такива, които са с висок коефициент на отражение или на поглъщане на светлината, или пък са прозрачни.

Софтуер за обработка на резултатите
Тъй като софтуерът управлява целия процес на измерване и интерфейса с оператора, той е много важен за ефективността на мултисензорната система. В идеалния случай един-единствен софтуерен пакет трябва да се грижи за всички видове измервания в мултисензорната система – и за контактните, и за оптичните, а така също и за тези, в които се ползва лазер или бяла светлина, ако има и такива. Понякога същият софтуер, който обслужва мултисензорното оборудване, може да обслужва и други измервателни системи в предприятието – целта е да се опрости работата на операторите.

Ако софтуерът има специална функция за интерфейс с CAD система за тримерно проектиране, ще могат да се импортират тримерните CAD модели и те да се използват при настройката на измервателния процес, което премахва скъпото и времеемко ръчно програмиране. А след като се извършат измерванията, интерфейсът с CAD системата за тримерно проектиране позволява резултатите от тях да се представят визуално чрез налагане на отчетените размери върху оригиналния CAD модел.

Мултисензорни измервания в координатно-измервателни машини (КИМ)
Самата КИМ по същество представлява високоточно устройство за позициониране по трите оси. Това, което превръща този механичен уред и в измервателен, са софтуерът и свалянето на отчетите. Мултисензорните устройства могат да вдъхнат нов живот в наличната координатно-измервателна машина и съществено да разширят възможностите за измерване и контрол. В много случаи добавянето на нови датчици, например на датчик с лазерно сканиране, може да превърне контролния уред в средство за развой.

Предвид големия брой различни компоненти в съвременните координатно-измервателни машини, контактният метод в най-добрия случай дава само 50% от ефективността на другите методи за сваляне на отчети. С появата на бързосменящите се накрайници на роботизираните работни механизми, вече е възможно в една-единствена КИМ да се ползват различни конфигурации от датчици. Нещо повече, смените на една система от датчици с друга са предвидени в софтуера и могат да се извършват без да е необходима операторска намеса за пренастройка.

Лазерни скенери
За части от мек материал, които могат да бъдат деформирани от контактната сонда, за метални листове и в редица други случаи на контролно измерване, където високата производителност и скоростта на мерене са от съществено значение, лазерният скенер е надеждна инвестиция и отлично допълнение към КИМ. Сканиращите лазерни датчици са най-подходящи в случаите, когато трябва непрекъснато да се проверяват сходни детайли, или пък трябва да се съчетае проверката на повърхнина с произволна форма и измерването на елементи върху нея. Тези специализирани, безконтактни датчици могат да се ползват съвместно с контактните, при което посредством подходящото съчетание на двата вида се постигат оптимални резултати.

Поради високата скорост, с която събират суровите данни, лазерните скенери могат да се ползват за създаване на тримерни модели на разнообразни повърхнини. Това ги прави отлично средство за инженерен анализ (обратно проектиране), разработка на нови изделия и бързо изработване на прототипи. Тези датчици са изключително ценни, когато трябва да се сравняват реални с номинални данни. Може да се прави и нагледен графичен анализ чрез налагане на реално отчетените размери върху номиналните от тримерните модели и оцветяване в различни цветове. Такова визуално представяне позволява бързо и на място в цеха да се вземат решения, без да е необходимо да се анализират числови данни. Скоростта е най-ценното качество на лазерните датчици – те могат да съберат до 20 хил. отчета в секунда.

Видеодатчици
Повечето видеодатчици представляват свръхвисокоточни CCD камери, а в някои случаи при тях се използва и лазерен локатор. Има и варианти за модернизация, в които са предвидени по-добри възможности за осветяване, което позволява на видеодатчиците да генерират изображения с по-висок контраст и съответно по-ясни очертания на обекти и компоненти.

Наблюдението на изделия с голяма гъстота на съставните компоненти е сред честите приложения на видеодатчиците. Особено подходящи са за електронни и медицински изделия; прецизни компоненти с микроотвори също се измерват лесно. По принцип, там, където сондата на контактния датчик не може да достигне, видеодатчикът може да надникне и да измери с изключителна точност. Видеодатчиците могат да се монтират на сменяема рамка в измерителната машина и, когато е необходимо, да бъдат заменяни от обичайните контактни датчици.

Мултисензорни КИМ
Към съществуващите контролно-измервателни машини не само могат да се добавят допълнително датчици, но вече на пазара се предлагат и готови мултисензорни КИМ. Те са оборудвани с датчици от трите основни вида (контактни, лазерни и видео). Имат някои очевидни предимства. Например поради това, че всички датчици са вградени, за управлението им ще е необходим само един единствен софтуерен пакет. В общия случай, само един комплект датчици може да удовлетвори всички потребности от измервания, което пести време и допълнителни монтажни разходи. Възможността за измерване на всякакви елементи с оптималните за конкретния случай датчици осигурява по-висока точност, по-добра повторяемост и по-надеждни измервания.