Kun mitattavien kappaleiden kokoluokan kasvaessa useisiin metreihin on CMM -mittakone monesti käyttötarkoitukseen sopimaton vaihtoehto. Tällöin yksi ratkaisu on 3D-skannausjärjestelmä, jossa mittaavaa skanneria seurataan erillisen lähetin/vastaanottimen avulla.

Teollisuudessa kappaleiden mittaustarpeet ovat tunnetusti moninaiset. Kun rakenne valmistuu hitsauksesta, halutaan tehdä nopea tarkistus ja vertailu 3D-malliin ennen koneistukseen vientiä.

Vastaavasti kun kappaleet saapuvat alihankinnasta, halutaan usein tehdä tarkistus 3D malliin ennen kokoonpanoa. Niin ikään tehdään mm. valmiiden kappaleiden lopputarkastus ja raportointi toleranssitiedoin tai halutaan olemassa olevasta kappaleesta saada 3D-pintamalli suunnitteluun (reverse engineering).

Näissä tilanteissa silloin, kun mitattavien kappaleiden ja rautarakenteiden painon noustessa ja kokoluokan kasvaessa metristä useisiin metreihin, laadunvalvontaan tarvittava CMM-mittakone alkaa olla erittäin kallis ja monesti käyttötarkoitukseen sopimaton vaihtoehto. Kappaleiden tarkistus ilman ylimääräistä logistiikkaa ja siirtelyä halutaan tehdä samoissa tiloissa missä ne valmistetaan tai vastaanotetaan alihankinnasta.

Tarkistuksella tarkoitetaan tehdyn kappaleen automaattista vertailua suunnittelun 3D-malliin, josta saadaan selkeä ja nopea tieto siitä, ollaanko annettujen toleranssien sisällä.

Scantech on kehittänyt suurille kappaleille TrackScan-P42 järjestelmän, jossa mittaavaa skanneria seurataan erillisen lähetin/vastaanottimen avulla. Järjestelmässä voidaan skannaavan pään lisäksi käyttää myös mittakärkeä, jolla päästään käsin ottamaan pistemäiset mittaukset halutuista paikoista. Järjestelmän Suomen edustaja on Tamspark Oy

Mittaustarkkuus ja menetelmä

Tamsparkin Jussi Tammisalon mukaan tarkkuus on kysymys, johon törmätään aina puhuttaessa skannauksesta.

”Markkinoilla on eriasteista laitteistoa kännyköistä tutuista lidar -menetelmistä ja fotogrammetriajärjestelmästä laserilla tapahtuvaan mittaukseen. Karkeasti voidaan ajatella, että kappaleet saadaan hahmoteltua ja näköismalli luotua helposti mainituilla valokuvaustekniikkaan pohjautuvilla laitteilla, mutta puhutaan mittatarkkuudesta, siirrytään laserjärjestelmiin. Laserskannauksessa tarkkuusluokka alueella 0,010-0,050mm +0,015mm/m. Tämä on monesti hitsatuille rautarakenteille riittävä tarkkuusluokka myös koneistuksen jälkeiseen lopputarkistukseen”, kertoo Tammisalo.

”Skannauksessa on totuttu näkemään kappaleeseen kiinnitettyjä markkereita tai targetteja, joiden tarkoitus on parantaa mittaustarkkuutta ja mahdollistaa kappaleen skannaaminen ympäriinsä, niin että skannausohjelmisto ”löytää” yhtymäpisteet ja pystyy muodostamaan kokonaiskuvan kappaleesta automaattisesti. Scantech TrackScan-P42 on menetelmä kappaleiden skannaukseen myös ilman markkereita, joka on usein toive teollisuuden mittauksissa”, Tammisalo sanoo.

3D-pintamallin luominen skannatusta kappaleesta (reverse engineering)

Tarpeeseen luoda 3D-pintamalli törmätään usein, kun halutaan saada jo olemassa olevasta fyysisestä kappaleesta todellinen 3D-pintamalli tai solidmalli takaisin CAD ohjelmaan, mikäli sellaista ei aiemmin ole laisinkaan olemassa, tai halutaan digitoida esimerkiksi tehdyt muutokset, parannukset tai vauriot ja kulumat. Skannaus muodostaa mittauspisteiden pilven, josta skanneriohjelmat yleisesti luovat STL tiedoston. Tämä tiedostomuoto on myös 3D-tulostuksessa paljon käytetty formaatti, joka sellaisenaan soveltuu huonosti todellisen pintamallin luomiseen. Tähän tarkoitukseen löytyy erikoisovelluksia kuten 3D Systems Geomagic Design X tai Geomagic Wrap

”Koska järjestelmä mahdollistaa mittaamisen tarkasti myös ilman markkereita, Scantech- järjestelmän laitteilla saadaan toteutettua myös robottiavusteinen mittaussolu”, Jussi Tammisalo kertoo.

”Silmiä avaava kokemus”

3D-skannaus soveltuu hyvin erilaisten kookkaiden kappaleiden mittauksiin. Yksi esimerkki Scantechin TrackScan-P42 3D-seurantajärjestelmän käytöstä on kaivinkoneen rungon kiinnitysreikien nopea tarkastus järjestelmän avulla.

Tässä tapauksessa koko koneen painon kantamiseen välttämätön alusta on yleensä yli kolme metriä pitkä ja rakenteeltaan monimutkainen. Osan hankalat alueet ja tehottomat menetelmät muodostavat haastavan tehtävän saada kiinnitysreikien tarkat muodon, muodon ja sijainnin toleranssit.

Älykkään optisen seurantamittausteknologiansa ja korkealaatuisten optisten laitteidensa ansiosta TrackScan-P42 teki 3D-mittauksia ilman merkkejä suurella tarkkuudella. Järjestelmä keräsi dataa jopa 1,9 miljoonan mittauksen sekuntinopeudella. ja sen syväreikäinen skannaus tallensi yksityiskohtia ja vaikeasti saavutettavia alueita korkealla resoluutiolla. Yhdistettynä fotogrammetriajärjestelmään MSCAN kamera L15, tilavuustarkkuus voi olla 0,044 mm/m+0,015 mm/m.

Skannauksen jälkeen kaikki mittaustiedot visualisoitiin ja analysoitiin Scantechin itse kehittämällä ScanViewer-ohjelmistolla. Ensin 3D-skannaustiedot puhdistettiin, kohdistettiin ja kaikki tarpeettomat pistepilvet poistettiin. Tämän jälkeen skannaustietoja verrattiin CAD:iin. Lopulta analyysiraportti luotiin muutamassa minuutissa.

”Se oli silmiä avaava kokemus, sillä kiinnitysreikien skannaamiseen metrologian 3d-skannerin avulla ja analyysiraportin luomiseen meni vain 30 minuuttia”, kommentoi yrityksen mittaustekniikoista vastaava teknikko.