Mõõdistuse eesmärk määrab tööriista
Ülikõrge resolutsiooni ja metroloogiaklassi süsteemi kasutamine ei ole alati majanduslikult põhjendatud. Kui projekti lubatud kõrvalekalded on suured, võib suurema mõõtemahu jaoks sobida terrestriline laserskanner. Kui aga kontrollitakse montaažipindu, avasid, telgi või detaile kümnendik- või sajandikmillimeetri tasemel, tuleb valida metroloogiaklassi lahendus.
Seetõttu küsib Vertz 3D enne töö alustamist: kas klient vajab punktipilve, trianguleeritud mesh'i, reverse-engineering 3D-mudelit, solid-mudelit või tolerantsiraportit? Millise nominaalse CAD-geomeetriaga mõõdetud tulemust võrreldakse ja millised tolerantsid on kriitilised?
Suuremad konstruktsioonid: terrestrilised laserskannerid
Leica RTC360, FARO Focus S70, Trimble X9 ja teised TLS-seadmed sobivad suuremate konstruktsioonide ning tööstuskeskkondade mõõdistamiseks, kui kogu objekti on vaja kiiresti ja terviklikult ruumiliselt fikseerida, kuid metroloogiaklassi sajandikmillimeetri täpsus ei ole kogu mõõtemahus vajalik. Töövoog koosneb mitmest skanniseisust, nende registreerimisest ning punktipilve puhastamisest ja kontrollimisest.
TLS-i puhul saadakse esmalt punktipilv. See võib olla järgnevate mõõtmiste, mudeldamise või võrdlusanalüüsi lähteandmestik. SLAM-seadmeid ei käsitleta konstruktsioonide täppiskontrollis vaikimisi asendusena: nende sobivus sõltub konkreetsest tolerantsist ja töö eesmärgist.
Metroloogiaklassi tracker- ja käsiskannerid
Kui konstruktsiooni kontroll nõuab oluliselt kõrgemat täpsusklassi, kasutatakse optiliselt või laser tracker'iga positsioneeritavaid metroloogiaklassi 3D-skannereid. Tootjate ametlike spetsifikatsioonide järgi ulatuvad tänapäevaste süsteemide üksikmõõtmise täpsusnäitajad ligikaudu 0,02–0,05 mm klassi, kuid tegeliku projekti mõõtemääramatus sõltub süsteemist, mõõtemahust, kalibreerimisest, keskkonnast ja töövõttest.
Hexagon Absolute Scanner AS1 + Absolute Tracker
Hexagoni AS1 on suure mõõtemahu jaoks tracker'iga kasutatav metroloogiasüsteem. Hexagon deklareerib AS1 ja Absolute Trackeri kombinatsioonile kuni 50 µm mõõtetäpsust kogu 60 m läbimõõduga mõõtemahus. See näitab hästi, miks konstruktsiooni mõõdistusel tuleb eristada arhitektuurset TLS-skaneerimist ja tööstusmetroloogiat.
Creaform MetraSCAN 3D
Creaform MetraSCAN 3D on optiline metroloogiasüsteem kvaliteedikontrolliks. Creaformi praeguste mudelite deklareeritud täpsus on mudelist sõltuvalt ligikaudu 0,025–0,035 mm; suure mõõtemahu puhul tuleb eraldi arvestada volumetrilise täpsusega.
SCANTECH TrackScan Sharp ja NimbleTrack
SCANTECH-i tracker-põhised süsteemid on mõeldud suurte ja keerukate detailide kontaktivabaks mõõdistamiseks ning kvaliteedikontrolliks. Konkreetse süsteemi valikul tuleb võrrelda mitte ainult reklaamitud punktitäpsust, vaid ka volumetrilist täpsust, mõõtemahtu, tracking'u geomeetriat ja objekti pinnaomadusi.
SHINING 3D FreeScan Trak Nova
FreeScan Trak Nova on dünaamilise tracking'uga süsteem suurte ja keskmiste objektide mõõtmiseks. SHINING 3D deklareerib süsteemile 0,02 mm täpsust ning 12 m³ mõõtemahus 0,062 mm volumetrilist täpsust. See erinevus on oluline: konstruktsiooni mõõdistusel ei tohi üksikut 'accuracy' numbrit automaatselt laiendada kogu suure objekti mõõtemahule.
Skaneering ei ole lõppeesmärk
Klient pöördub sageli sooviga „konstruktsioon üle mõõta“, kuid montaažiriski hindamiseks ei pruugi ainult 3D-skaneeringust piisata. Skaneering on mõõteandmete kogumise etapp. Järgmiseks tuleb otsustada, milline kontroll või digitaalne väljund nende andmete põhjal koostatakse.
- Registreeritud ja puhastatud 3D punktipilv.
- Trianguleeritud mesh ehk mõõdetud pinnast tuletatud kolmnurkvõrk.
- Reverse-engineering või as-built 3D-mudel.
- Kokkulepitud tolerantsiga solid-mudel.
- Tolerantsiraport: mõõdetud geomeetria võrdlus nominaalse CAD-mudeli, joonise, telgede või muude kontrollväärtustega.
Tolerantsiraport: mida tegelikult kontrollitakse?
Tolerantsiraport ei teki automaatselt skannerist. Kõige tugevam töövoog on see, kui klient annab nominaalse CAD-mudeli, joonised, datum'id, teljed ja tolerantsinõuded. Seejärel joondatakse mõõdetud geomeetria kokkulepitud metoodikaga ning hinnatakse kõrvalekaldeid.
Raport võib sisaldada värvikaarti, kus positiivsed ja negatiivsed pinnakõrvalekalded on visualiseeritud skaalal; mõõtepunktide või ristlõigete arvväärtusi; telgede ja keskpunktide asukohti; pindade omavahelisi kaugusi; paksusi, läbimõõte ja muid projektipõhiseid karakteristikuid. Kui kliendil nominaalmudelit ei ole, tuleb enne raportit kokku leppida, milline teoreetiline või rekonstrueeritud geomeetria võrdlusaluseks luuakse.
Näide: survemahuti mõõdistus enne montaaži
Survemahuti või muu monteeritava konstruktsiooni puhul võib kliendi tegelik küsimus olla: kas valmistatud konstruktsioon vastab kavandatud geomeetriale ja kas montaažil tekib probleeme? Sellisel juhul võib töö koosneda skaneerimisest, mesh'i või kontrollgeomeetria loomisest ning tolerantsiraportist. Kontrollitavad omadused määratakse kliendi jooniste ja montaažikriitiliste mõõtude järgi.
Näide: Rumeenia laevatehase laevalifti siinid ja rakised
Vertz 3D on teostanud Rumeenias laevaehitusega seotud suurte konstruktsioonide mõõdistusi ning koostanud mahukaid tolerantsiraporteid. Ühes projektis analüüsiti laevalifti siinide ja nendega seotud konstruktsioonide geomeetriat eri kõrgustel: ristlõikeid, pindade omavahelisi kaugusi, keskpunktide asukohti ning lokaalseid kõrvalekaldeid. Lõppväljund oli kümnete A4-lehekülgedega kontrollraport, mitte lihtsalt skannifail.
Peegeldavad, tumedad ja märjad pinnad
Konstruktsiooni pinna seisukord võib määrata kogu mõõdistuse kvaliteedi. Peegelsiledaks lihvitud metall, märg pind, väga tume materjal, õli, määre ja muu saaste võivad optilisele mõõtesüsteemile tekitada nõrga, küllastunud või mürarikka signaali. Mõne tänapäevase metroloogiaskanneri algoritmid saavad läikivate pindadega paremini hakkama kui teised, kuid seda ei tohi käsitleda universaalse garantiina.
Rumeenia projekti puhul olid osad keevitus- ja siinipinnad lihvitud väga siledaks. Vajalikud piirkonnad muudeti mõõdetavaks sobiva pinnatöötlusega. Võimalikud lahendused on kliendiga kooskõlastatud ajutine matistav skaneerimissprei või, kui konstruktsiooni tehnoloogia seda lubab, sobiv värvikiht.
Skaneerimisspreid ja pinnakattevahendid
Skaneerimissprei eesmärk on muuta optiliselt probleemne pind ühtlasemalt mõõdetavaks. Saadaval on nii puhastamist vajavaid kui ise sublimeeruvaid lahendusi. Nende tegelik püsimisaeg sõltub tootest, kihi paksusest, pinna temperatuurist, õhutemperatuurist, niiskusest ja õhu liikumisest. Seetõttu planeeritakse katmine ja skaneerimine tööetappidena, mitte ainult purgil oleva nominaalse aja järgi.
Kui pinnakattevahendit on vaja, hangib selle üldjuhul Vertz 3D ning materjali- ja töömaht arvestatakse projekti. Püsivama katte eemaldamine võib olla eraldi töö. Enne mistahes katte kasutamist tuleb veenduda, et see on konkreetsele konstruktsioonile lubatud ega kahjusta pinda.
Objekti ettevalmistamine on mõõtetulemuse osa
Kui mõõdetav pind on kaetud õli, tavoti, muda, vee või muu kihiga, mõõdab skanner optiliselt nähtavat pinda – mitte tingimata konstruktsiooni tegelikku metallpinda. Seetõttu peab klient enne täppismõõdistust tagama, et kontrollitavad pinnad on nõutud ulatuses ligipääsetavad ja ette valmistatud. Vertz 3D ei käsitle tavapärase skaneerimistöö osana kliendi konstruktsioonide pesemist, kuivatamist või tööstuslikku puhastamist.
Näide: LNG-mahuti rakised ja märjast põrandast tekkinud andmelüngad
Ühel laevaehitusega seotud rakiste mõõdistusel oli ruum varem veega täitunud. Pärast väljapumpamist jäid põrandale loigud. Skaneerimisel tekkisid märgades piirkondades punktipilve ja sellest tuletatud geomeetria lüngad või ebausaldusväärsed alad. See on hea näide sellest, miks objekti ettevalmistus mõjutab otseselt lõppandmete kvaliteeti.
Punktipilv, mesh ja solid-mudel ei ole sama asi
Skanneri väljund sõltub tehnoloogiast. TLS-süsteemide põhiväljund on tavaliselt punktipilv. Metroloogiaklassi käsiskannerite tarkvara võib skaneerimise käigus või järel genereerida trianguleeritud mesh'i. Täpne CAD solid-mudel on aga üldjuhul eraldi modelleerimis- või reverse-engineering etapi tulemus, mitte skanneri mõõtmisega automaatselt valmis insenerimudel.
Samuti ei näita faililaiend mõõdistuse kvaliteeti. STL-faili võib eksportida nii madalama täpsusega seadmest kui kõrgetasemelisest metroloogiasüsteemist. Kvaliteedi määravad mõõteseadme omadused, kalibreerimine, mõõtemaht, töövõte, pinna seisukord, andmetöötlus ja kontroll – mitte sõna „STL“ failinimes.
Näide: parvlaev Estonia vöörirambi 3D skaneerimine
Vertz 3D on teostanud ka väga keerukate ja tundlike objektide 3D dokumenteerimist. Üheks näiteks on parvlaev Estonia vöörirambi mõõdistus pärast rambi merest väljatõstmist. Pinna seisukord oli mõõtmise seisukohalt keeruline: rooste, liiv, tolm, kahjustunud värvikiht ja värvimullides olev niiskus tekitasid väga ebaühtlase pinna.
Selle projekti eesmärk erines tavalisest reverse-engineering tööst. Oluline oli säilitada ja dokumenteerida olemasolev seisund võimalikult muutmata kujul, sest andmestikku kasutati edasiseks uurimistööks. Vertz 3D teostas objektil 3D-skaneerimise ning projekti osana ka fotogrammeetrilise dokumenteerimise. Fotogrammeetria töövoogu käsitletakse eraldi artiklis.
Miks Vertz 3D küsib enne skaneerimist palju küsimusi?
Sest vale väljund võib muuta tehniliselt korrektse skaneeringu kliendi jaoks kasutuks. Klient ei pea teadma, kas tal on vaja E57, STL-i, polygon mesh'i, STEP-i, solid-mudelit või konkreetset inspection-raportit. Teenusepakkuja ülesanne on välja selgitada, millises tarkvaras klient töötab, mida ta soovib kontrollida ja millise otsuse peab ta mõõteandmete põhjal tegema.
Vertz 3D eesmärk on suunata projekt algusest peale õigesse mõõteahelasse: töö eesmärk → tolerants → mõõtetehnoloogia → objekti ettevalmistus → skaneerimine → andmetöötlus → kontroll → kliendile kasutatav lõppväljund.
Konstruktsioonide 3D mõõdistuse tüüpiline töövoog
- 1. Töö eesmärgi ja kriitiliste tolerantside määratlemine.
- 2. Nominaalse CAD-mudeli, jooniste ja kontrollpunktide kogumine.
- 3. Sobiva TLS-, tracker- või metroloogiaklassi käsiskanneri valik.
- 4. Pinna ja mõõtekeskkonna hindamine; vajadusel puhastamine või matistamine.
- 5. 3D andmehõive ja mõõteprotsessi kvaliteedikontroll.
- 6. Punktipilve registreerimine või mesh'i töötlemine.
- 7. Vajadusel reverse engineering / solid-modelleerimine.
- 8. Nominaali ja mõõdetud geomeetria võrdlus ning tolerantsiraport.
- 9. Failide eksport kliendi tarkvaraga sobivasse formaati.
Vertz 3D konstruktsioonide mõõdistuse kasutusvaldkonnad
- Survemahutite as-built mõõdistus ja montaažikontroll.
- Laevaehituse rakised, siinid ja suured konstruktsioonid.
- LNG-mahutitega seotud rakiste ja pindade kontroll.
- Kuivatustrumlite ja teiste pöörlevate tööstuskomponentide mõõdistus.
- Tootmis- ja metallkonstruktsioonide reverse engineering.
- Tolerantsiraportid, ristlõiked, teljed, keskpunktid ja deviation color map'id.
- Uurimis- ja dokumenteerimisprojektid, kus olemasolev pind tuleb jäädvustada võimalikult muutmata kujul.
Kokkuvõte
Konstruktsioonide 3D mõõdistuses on skanner ainult tööriist. Projekti õnnestumise määrab see, kas enne mõõtmist on õigesti defineeritud töö eesmärk, tolerants, mõõtemaht, pinna seisukord ja lõppväljund. Mõnikord on parim lahendus TLS-punktipilv, teinekord tracker-põhine 0,02–0,05 mm klassi metroloogiasüsteem, kolmandal juhul on tegelik väärtus alles tolerantsiraportis või kontrollitud solid-mudelis. Kui teil on vaja konstruktsiooni mõõdistada, kontrollida montaaživalmidust või võrrelda valmistatud detaili CAD-mudeliga, saab Vertz 3D aidata sobiva töövoo määratleda.
SEO märksõnad ja siselingid
Põhimärksõna: konstruktsioonide 3D mõõdistus. Toetavad märksõnad: konstruktsioonide mõõdistamine, konstruktsioonide 3D skaneerimine, tööstuslik 3D skaneerimine, metroloogiaklassi 3D skaneerimine, tolerantsiraport, 3D inspection, as-built mõõdistus, laser tracker, punktipilv, trianguleeritud mesh, reverse engineering, solid-mudel, survemahuti mõõdistus, laevaehituse 3D mõõdistus.
Soovituslikud siselingid: 3D mõõdistus; terrestrilised laserskannerid (TLS); metroloogiaklassi 3D skaneerimine; reverse engineering; digitaalteisik; fotogrammeetria.
Toimetuslikud kontrollmärkused
- Kontrollida enne avaldamist konkreetsete kliendi- ja projektinimede avaldamisõigus, eriti Estonia ja Rumeenia projektide puhul.
- Lisada päris projektifotod kõikidesse märgitud pildikohtadesse ning ALT-tekstid.
- Tolerantsiraporti näidistel varjata kliendi konfidentsiaalsed mõõdud, projektinumbrid ja CAD-detailid.
- Skaneerimisspreide hinnad jäeti põhitekstist välja, sest tootehind muutub ja sõltub tootest; veebilehel on parem hinnastada see projektipõhiselt.
- Kõrgtäpsete skannerite numbrite juures kasutada alati konkreetse mudeli ametlikku accuracy ja volumetric accuracy spetsifikatsiooni, mitte üldistada ühte numbrit kogu mõõtemahule.
Tehniliste väidete kontrollallikad
- Hexagon – Absolute Scanner AS1: kuni 50 µm süsteemitäpsus Absolute Trackeriga 60 m läbimõõduga mõõtemahus.
- Creaform – MetraSCAN 3D tehnilised spetsifikatsioonid: mudelist sõltuv accuracy 0,025–0,035 mm ja eraldi volumetric accuracy näitajad.
- SHINING 3D – FreeScan Trak Nova: accuracy 0,02 mm; volumetric accuracy 0,062 mm 12 m³ mõõtemahus; ISO/VDI kontrollitud mõõtesüsteem.