Användningsområden
- Generering av ett noggrant och absolut referenspunktssystem i 3D för användning tillsammans med ATOS 3D-scannersystem
- Variansjämförelse av mätpunkter till CAD för kvalitetskontroll
- Deformationsanalyser av komponenter och prototyper vid olika belastningsfall
- Kontroll av fixturer och referensramar
- Komplement till ATOS 3D-scanner för 3D-scanning av både form och färgtextur för ett objekt
Fördelar med TRITOP
- Mobilt genom användandet av en bärbar PC
- Flexibla objektstorlekar: från 0.1 m upp till över 20 m
- Enkel och snabb bildtagning
- Automatisk behandling av de digitala bilderna via WLAN· Precis mätning av 3D-koordinater
- Definition av 3D-koordinatsystem, med användning av 3-2-1, best-fit eller RPS
- Visualisering av deformationerna i bildform
- Direktinterface till ATOS programvaran
- Export till standard format
- Enkelt och lätt användbart användargränssnitt
Alla TRITOP-system levereras helt körklara med bärbar dator, programvara, kamera, "flight cases", kalibreringstillbehör, installation och utbildning.TRITOP-systemets programvara kan alternativt installeras på datorn för ATOS 3D-scanner om enbart en dator eftersträvas.
Applikationsexempel
Kvalitetskontroll på Cabrioleter
Mobil optisk 3D-koordinatmätningsteknik används för kvalitetskontroll i produktionslinan i den nya BMW fabriken i Regensburg. Det är vid montering av takmodulerna som den optiska mättekniken används för processstudier. Då avvikelser kan upptäckas tidigt i produktionen medverkar mättekniken till att justeringstid och kostnader kraftigt reduceras.
Fabriken i Regensburg sätter samman BMWs olika cabrioleter av typen 1-serie, 3-serie, Z4 och M3. TRITOPs CMM modul används för att mäta takmodulerna så att de passar optimalt mot karossen. Mätsystemet möjliggör en oberoende och flexibel inspektionsmätning direkt vid monteringslinan. TRITOP används även för att kontrollera jiggar och detaljer från underleverantörer.
Mätuppgift: Inspektion av fästdetaljer
För att takdelarna skall passa utan problem i karossen vid uppfällt läge är det viktigt att alla infästningsdetaljer är perfekt positionerade. Om inte blir det läckage av vatten och ljud in i kupén. För infästningen av taket finns det i det här fallet 3 st fästen på varje sida om bilen. En maximal tolerans på 0,7 mm är tillåten. Kontinuerlig kontroll av infästningsdetaljernas positioner för hål, pinnar och gängor är viktigt för att garantera kvalitet i monteringen.
TRITOP CMM är ett transportabelt optiskt mätsystem som snabbt, enkelt och noggrannt mäter 3D-koordinater på individuella punkter. De punkter som skall kontrolleras identifieras med självhäftande eller magnetiska punkter. Adapters vilka anpassats för speciella uppgifter kan även användas för direkt få fram cylindrar, hål, gängor, pinnar, kulor, kanter etc.
Mätningen går till på så sätt att mätobjektet fotograferas från olika vinklar med en TRITOP kamera. Från de tagna bilderna kan 3D-koordinaterna från märken och adaptrar automatiskt kalkyleras tack vare beräkning med så kallad "bundle adjustment". Två certifierade längdskalor, vilka fotograferas samtidigt som aktuellt objekt, garanterar processens noggrannhet. All utrustning kan enkelt bäras av en person, likaså kan en person utföra mätprocessen. Ingen extern ström behövs.
Resultatet från mätningen jämförs och utvärderas direkt mot aktuell CAD-modell för mätobjektet.
Krav på ett mätsystem idag är att det skall vara noggrannt, mobilt och snabbt.
Före det att TRITOP sattes in att mäta i produktionen hos BMW testades det under en prövotid med vanlig kvalitetskontroll på detaljer. Tester med olika användere på samma detaljer gav enormt bra resultat vad gäller repeterbarhet, reproducerbarhet och precision. Manfred Grimm som är ansvarig användare på anläggningen säger "Det blev snart klart för oss att mätning via bilder är en precis och kontrollerbar process, och tack vare information om pixelavvikelse och dubbla skalor möjliggör systemet att noggrannheten kan verifieras på flera sätt". "Systemet är också lätt att använda och kalibreras snabbt före varje projekt" lägger Alexander Besenreiter till, en annan TRITOP användare på BMW. "Det är också en stor fördel att vi nu har ett mätsystem som gör det möjligt att mäta direkt i produktionslinan så att vi inte är beroende av taktil mätningsutrustning. Tidigare var vi tvungna att boka tid i en mätstation, ta bilen ur produktionslinan in till mätrummet. Eftersom detta tar tid med planering och logistik kunde vi ibland bara kontrollera en bil per dag" berättar Manferd Grimm. Med TRITOP kontrollmäts nu var 15'e bil så totalt 5 bilar kontrolleras per skift. Omkring 45 minuter tar en mätning inklusive utlytning av bil ur linan. Vilken som helst mätpunkt kan fångas utan att mättiden dramatiskt ökas.
Mätproceduren hos BMW
Adaptrar appliceras på fästena till takdelarna på BMWs 3-serie cabriolet och Z4 modell för att få ut mätvärden på pinnar, utvändiga- och invändiga gängor. Mönstret på referensmärkena till adaptrarna är kalibrerade till respektive fixeringspunkt på fästena. Detta möjliggör CMM punkter med deras respektive avvikelse till önskad position som resultat av mätningen.
Kodade orienteringskors och två certifierade längdskalor placeras i mätområdet före det att bilder tas på aktuella mätpunkter från olika håll. Bilderna överförs automatiskt via ett WLAN på kameran till den bärbara datorn och börjar att beräknas. 3D-koordinaterna på fästenas monteringspunkter beräknas på mindre än en minut efter det att bilderna har överförts. Mätrapporter jämförda med tillverkningskraven produceras automatiskt med hjälp av adaptrarna.
Avvikelserna upptäcks omedelbart tack vare den snabba utvärderingen direkt i anslutning till produktionslinan. Detta möjliggör att problem i monteringslinan kan åtgärdas snabbt.
"Å ena sidan möjliggör TRITOP CMM systemet för oss att rutinmässigt kontrollera de specifierade toleransgränserna nära produktionslinan när vi monterar fästena, och å andra sidan att snabbt reagera om toleranserna överskrider gränsvärdena" förklarar Siegfried Gebhard, projektansvarig för den här delen av produktionslinan. "Mätningarna tillåter oss att kontinuerligt kontrollera jiggarna och deras kalibreringsstabilitet. Det möjliggör att att okalibrerade jiggar att bli tillrättade vid ett tidigt skede före det har påverkat för många fästen på fordon i produktionen. En reservjig kan då användas medan vi justerar till den felaktiga jiggen" fortsätter Siegfrid Gebhard. "Samtidigt ger det mobila mätsystemet oss en möjlighet att analysera passningsproblem och optimera dessa. Som ett exempel har TRITOP systemet hjälpt oss att finna ut i vilken sekvens vi skall dra åt skruvarna i fästelementen"
TRITOP CMM programvaran kan inte enbart användas för inspektion och ge resultat i form av visuellt tydliga mätrapporter utan programvaran kan även exportera ut mätdata i tabellform för trendanalys i andra programvaror.
Verifiering av detaljer från underleverantörer
Eftersom mätmetoden med TRITOP medger att mäta olika detaljer har BMW utökat mätningen av fästelement med att även mäta position och form på den gummitätning som används för tätning av takdelarna mot A-stolpen. Då dessa detaljer befinner sig inom det område som fångas på bilderna ökar inte tiden för mätningen. Då form och läge på gummitätningarna är viktig för en lyckad inpassning är det en fördel att även kunna få dessa mätningar utförda samtidigt. Användarna hos BMW i Regensburg har tagit fram en adapter för att kunna mäta toppen på överrullningsskyddet vilket garanterar en stabil sättning och positionering av positioneringsadaptern på sammasättningsjiggen - det är troligtvis inte den sista idén som kommer från BMWs användare vid användningen av TRITOP.
Siegfried Gebhard på BMW summerar erfarenheterna med TRITOP CMM med orden "Det mobila optiska mätsystemet hjälper oss att minska justeringstiden, reducera produktionskostnader och optimera våra arbetsprocesser"
Optisk mätteknik finner deformationer i Formel 1 racing
Frontvingen i en Formel 1 bil producerar 25-40% av bilens s k downforce. Vingens utseende, position och höjd i förhållande till banan och bil är av avgörande betydelse för uppkomsten av exakt rätt mängd downforce. Den främre vingen på en Formel 1 bil är byggd av en kolfiberförstärkt polymer (CFRP). CFRP ger stor styrka, en hög elasticitetsmodul och en enastående utmattningshållfasthet. Viktigt är att frontvingen är lätt. Den främre vingen kan ändras flera gånger under ett lopp beroende på en rad olika villkor och önskad respons på bilens hantering. Vingen måste därför passa perfekt och samtidigt vara snabb att installera, sekunderna är värdefulla i Formel 1.
Uppgiften var att använda TRITOP fotogrammetriska system för att mäta och bidra till att förstå deformation och positionering av vingen på ett noggrant och snabbt sätt. Vingen måste vara i exakt samma position efter ett byte som när den först applicerades på bilen.
Mätsystemet TRITOP är enkelt att använda och kan snabbt mäta, visualisera rörelser och deformationer som orsakats av mekanisk eller termisk belastning, till exempel hur olika detaljer på en bil påverkas under ett Formel 1 race.
Mätsystemet producerar exakta mätningar med hjälp av högupplösta digitala bilder, bildbehandling och fotogrammetri. Systemet är extremt mobilt och det kan användas av endast en operatör. En stor fördel med TRITOP är att ingen specialist på fotogrammetriska kunskaper krävs för att producera en mätning med bra noggrannhet.
Första steget i mätningen är att applicera de mätpunkter som är intressanta att fånga data från. Några mätpunkter appliceras även på bilens kaross vilka sedan kommer att fungera som globala referenspunkter vid analysen eftersom de inte är placerade på frontvingen. Därefter fotograferas dessa mätpunkter på frontvingen och längdskalor från olika vinklar för att fånga och skapa utgångsläget för frontvingens montering.
Andra steget är att vingen demonteras och monteras på nytt för att identifiera hur mycket vingen ändrar position eller form efter ommontering. En andra bildtagning med kameran tas nu av operatören och eftersom kameran har en WLAN anslutning kan beräkningen av projektet starta samtidigt som första bilden tas.
Vid den efterföljande analysen används de globala referenspunkterna på karossen och den första bildserien som utgångsläge. Den andra bildseriens punkter på frontvingen ger punkternas ändring i 3D jämfört med den första bildserien.
Systemet kan visualisera resultatet på olika sätt för att på ett överskådligt sätt redovisa deformationer och förskjutningar på aktuella mätpunkter. Bild 6 visar exempel på en rapport som genererats från TRITOP programvara. Rapporten visar deformation och rörelser i X, Y och Z längs med den allmänna trenden i deformation och rörelser. Som framgår av rapporten är vingen föremål för förflyttning av upp till 0,23 mm, med högre värden på vänster än på höger sida av vingen. Vingen visar också en tydlig rotation vid granskningen av resultaten av de uppmätta värdena i X riktningen. Detta visar att snabb montering inte resulterar i att vingen återgår i samma läge. Förskjutningar i Z-riktningen av vingen i förhållande till chassit direkt vid fästpunkterna, bekräftar detta (bild 7). Elasticiteten på vingen resulterar också i en del deformation och förklarar skillnaderna i storleken på deformationen mellan vänster och höger sida av vingen. Båda fenomenen mäts och visualiseras i detta fall.
Inmätning av överbyggnad för norra entrén till Citytunneln i Malmö
Citytunnel under Malmö centrum håller på att byggas och de första tågen beräknas rulla 2011. Med Citytunneln kommer Malmö central inte längre att vara en säckstation, en station utan genomgående spår. Restiderna kommer att förkortas betydligt och Malmö kommer att få två stationer på strategiska platser i staden.
Överbyggnaderna till nedgångarna för de båda nya stationerna, norra och södra, är spektakulärt utformade i glas. Formen är sfärisk och glaspartierna är fästa med hög precision i ett fackverk. Storleken på glasöverbyggnaderna är ca 19 m i diameter och 7 m i höjd.
Fackverket som håller glaspartierna består av ca 230 noder. Avståndet mellan noderna får avvika ytterst lite för att glaspartierna skall kunna fästas på ett optimalt sätt.
Skandinaviska Glassystem i Göteborg, www.skandglas.se, har fått uppdraget att konstruera och montera överbyggnaderna. De har stor erfarenhet av projekt med glaspartier i byggnader och anläggningar.
Eftersom inmätningen av xyz-läget av varje nod i fackverket och beräkning av inbördes avstånd mellan noderna inte är en trivial uppgift anlitades Cascade för uppdraget att mäta in noderna och ta fram avvikelsen mellan optimal fackverkskonstruktion i CAD och byggd konstruktion.
Cascade valde att använda det portabla koordinatmätsystemet TRITOP för inmätningen. TRITOP systemet består av en handhållen professionell kamera, i det här fallet baserat på en Canon Mark III med WLAN, certifierade skalor, referensmärken och en bärbar dator med TRITOP programvara. Systemet är enkelt att använda, lätt att ta med sig och fungerar i alla miljöer en kamera kan arbeta i.
Den preparering som behövde utföras före mätning var att de personer som monterade fackverket applicerade, på varje nod, en vit prick och en klisterlapp med en cirkulär streckkod med samma ID som används på noden i CAD-systemet.
Arbetsgången vid mätningen startas med att några bilder tas på de certifierade skalstavarna som är placerade invid fackverket med noderna. Därefter tas bilder från olika vinklar på alla noder. I det här fallet behövdes en lift för att kunna fånga bilder på de noder som var längst upp på fackverkskonstruktionen. Eftersom systemet skickar över bilderna trådlöst när de börjar att tas till programvaran i den bärbara datorn kan programmet börja att beräkna resultatet under tiden bilderna tas. Det framgår tydligt på datorskärmen vilka noder som är fångade och vilka som saknas.
När alla bilder är tagna och programmet har fångat xyz-läget på alla noder utförs en beräkning av längderna mellan noderna och därefter en jämförelse mot de önskade längderna i CAD-programmet. En rapport fås fram som visar avvikelserna.
Resultatet visade de få noder som behöver justeras och hur mycket för att glaspartierna skall kunna monteras på ett optimalt sätt.
TRITOP systemet fungerar som en bärbar koordinatmaskin som kan arbeta med olika storlekar på ett objekt i en oöm miljö både inomhus och utomhus.
Mätning av deformationer på en motorlyft vid olika lastfall
En motorlyft används huvudsakligen till att lyfta i och ur motorer från bilar.
Den består av en hydraulisk lyftarm som står på 2 st hjulförsedda ben placerade likt ett liggande U.
Maxlasten är beroende på hur långt armen är utfälld. I denna mätning har armen en längd på 140cm då maxlasten är specificerad till 150kg. (Helt infäll klarar lyften 500kg).
TRITOP har en modul som heter "TRITOP Deformation" vilken lämpar sig väl för denna typ av statisk mätning.
Mätpunkter, där deformationerna skall undersökas, appliceras i form av vita klistermärken på lyftarmen.Tekniken bygger på att ett antal bilder tas med en digitalkamera från olika vinklar på mätobjektet med mätpunkterna. Bilderna bestämmer de utplacerade punkternas positioner i 3D. Bildserier vid olika belastningsfall visar mätpunkternas förflyttning.
Mätningen är snabb och enkel att utföra.
Efter att punkterna har placerats på objektet tas den första bildserien med TRITOP på en obelastad motorlyft för att få en referensmätning vilken belastningsfallen skall jämföras mot.
(Klicka gärna på bilderna för att få dem större)
Motorlyften belastas sedan i ett antal steg med en ny TRITOP-fil som resultat för varje steg. I detta fall belastades lyften i 4 steg 20kg, 70kg, 120kg och 170kg.
Alla belastningsstegen sätts samman i ett antal punkter där man vill att deformationerna ska utgå ifrån. I detta fall blir främre delen av benen referens.
Vektorer visar punkternas förflyttning i 3 dimensioner vid samtliga belastningar. I rapporten kan vinklar, enstaka punkters koordinater eller 6dof, längdförändringar mm presenteras. Rapporten uppdateras automatisk beroende på vilket belastningssteg som valts att visa.
TRITOP Deformation är mycket användbar vid statiska mätningar då objektet inte kan flyttas. Det kan exempelvis vara väldigt stora och tunga objekt, de kan vara placerade i en maskin eller i en klimatkammare.
Allt som behövs är en laptop med programvara, kamera, punkter, ett par skalor och ett par meters plats runt om. Bildserierna kan överföras trådlöst från kamera till laptop.
Kompletterande utrustning
Den bärbara koordinatmaskinen TRITOP kan kompletteras med en teleskoparm som gör att inmätningar av större objekt blir ännu enklare. Teleskoparmen kan förlängas från 2 till 4 meter med ett enkelt handgrepp.
Teleskoparmen har en fjärrkontroll på armen för bildtagning när kameran är långt från användaren. Lösningen är även utrustad med en laserpekare så att användaren enkelt ser var bilden tas på objektet. Kamerans riktning justeras lätt på arnen tack vare ett specialfäste. Lösningen sparar tid för användaren och är säkrare för eftersom han/hon inte behöver klättra på en stege vid stora mätobjekt.
TRITOP är en av produkterna inom optisk mätteknik från leverantören GOM mbH. Övriga produkter är:
- ATOS 3D scanners - för mätning av ytor
- ARAMIS - mätning av deformationer över hel yta i långsamma eller snabba förlopp
- ARGUS - mätning och analys av vad som händer med plåtmaterialet vid pressning i pressformningsverktyg
- PONTOS - 3D mätning och analys av punkter på objekt som utsätts för dynamisk påverkan i såväl låga frekvenser som höga frekvenser