A 3D mérés egy metrológiai folyamat, amely különböző típusú 3D mérőeszközöket, például 3D szkennereket használ, hogy 3D adatokat gyűjtsön fizikai objektumokról, például azok alakjáról, textúrájáról, geometriájáról és színéről. A visszamodellező (Scan-to-CAD) és mérőszoftver ezután megcsinálja a 3D méréseket a 3D modelleken további elemzés és feldolgozás céljából.
Milyen típusú vállalkozások alkalmaznak 3D mérést?
Dióhéjban: minden termékeket gyártó vállalkozás profitálhat a 3D mérésekből termékfejlesztési munkafolyamatai és minőségellenőrzési folyamatai során. A 3D mérést számos különböző iparágban használják, mint például:
- Autóipar
- Repülőipar
- Fogyasztói termékek
- Oktatás
- Nehézipar
- Öntészet
- Műanyagipar
- Egészségügy
- Műemlékvédelem
- Olaj- és gázipar
- Energia szektor
A 3D mérés az additív gyártásban, más néven 3D nyomtatásban is döntő szerepet játszik. A 3D mérések felgyorsíthatják a prototípuskészítést, mivel a felhasználóknak nem kell a semmiből fizikai prototípusokat létrehozniuk. A Frost & Sullivan szerint a fejlett metrológiai berendezések, beleértve a 3D mérési megoldásokat is, jelentős növekedési szakasz felé tartanak, és 2024-re közel 300 millió dolláros bevételre tesznek szert.
3D mérések a gyakorlatban
Hogyan működik a 3D mérés? Bár gyakran egy tapasztalt metrológus szakértelmét és készségeit igényli, valójában egyszerűbb, mint amilyennek látszik – köszönhetően az egyszerű 3D mérési technológiák fejlődésének, például a 3D szkennereknek. Vessünk egy pillantást egy tárgy 3D-s mérésének módjaira.
Hogyan mérjünk egy objektumot 3D-ben
Bármely fizikai tárgynak megmérheti annak magasságát, szélességét, mélységét, átmérőjét és kerületét, az objektumtól függően. Egy objektum azonban valójában egy sor változó mérettel rendelkezik, függetlenül az objektum alakjától és összetettségétől (nem egyenes élek, szabad formák, szögek).
Ennek eredményeként a tervezőknek, a termékfejlesztő csapatoknak és a minőségellenőrzési ellenőröknek 3D mérési megoldásokat kell használniuk egy objektum 3D-ben történő megfelelő értékeléséhez, hogy minőségi, különböző szabványoknak megfelelő és idővel optimálisan teljesítő termékeket hozzanak létre.
Egy objektum összes fizikai mérésének 3D-ben történő rögzítésével a gyártók biztosíthatják, hogy az alkatrészek megfelelően illeszkedjenek egymáshoz, optimalizálják a tervezést és a tűréseket, javítsák a mérnöki folyamatokat és a szerszámgyártást, és csökkentsék a selejtekkel, a termékvisszahívásokkal és a gyártási leállásokkal kapcsolatos költségeket.
Gyakran 3D szkennert használnak 3D mérések és térbeli kapcsolatok rögzítésére fizikai tárgyakon. A 3D mérési technológiák termékfejlesztéshez és minőségellenőrzési vizsgálatokhoz használhatók.
Fedezze fel a pontos 3D mérések fontosságának konkrét alkalmazását!
Miért a 3D szkennelés a mérés jövője?
A 3D szkennelés egy roncsolásmentes 3D mérési módszer, amely lézerfény segítségével rögzíti a fizikai objektumok alakját, méretét, geometriáját és textúráit. Más szóval, a 3D szkennerek a fizikai tárgyakat hozzák létre a digitális birodalomba. A pontfelhő létrehozásával a 3D szkennerek meg tudják mérni egy objektum legapróbb részleteit a termékfejlesztés és a minőség-ellenőrzés munkafolyamataihoz.
A 3D szkennelés a 3D mérések legegyszerűbb, leggyorsabb és gyakran a legolcsóbb módja.
Ezenkívül a 3D szkennerek példátlan pontosságot és látómezőt kínálnak még a legszigorúbb iparágakban is, ha a megfelelőségről van szó, mint például az autóipar és a repülőgépipar. Valójában a 3D szkennelés olyan mértékben leegyszerűsítheti a termékfejlesztési és minőség-ellenőrzési műveleteket, hogy ami korábban napokba – ha nem hetekbe – telt, most csupán néhány órát vesz igénybe.
A 3D szkennelés fejlődéséhez hozzájárul a gyártók átállása az Ipar 4.0-ra. Az Ipar 4.0 különféle folyamatok automatizálásaként ismert a termelékenység és a termékminőség javítása érdekében. Ezek a trendek a 3D szkennelési technológiák elterjedését is ösztönzik, miközben a gyártósorok automatizálása történik robotrendszerekkel.
Sok gyártási szakértő és kutató egyetért: a 3D szkennelési technológiák globális piaca az előrejelzések szerint 2025-re eléri a 6,1 milliárd dollárt.
Hogyan használják az objektumok 3D-s méréseit a termékfejlesztésben?
A 3D mérést számos módon lehet kihasználni a teljes termékfejlesztési folyamat számos problémájának enyhítésére.
Egyrészt a terméktervek gyakran olyan meglévő termékeken alapulnak, amelyeknél előfordulhat, hogy még CAD-modell sem áll rendelkezésre. Más tervekhez új alkatrészeket kell beépíteni. A 3D méréseknek köszönhetően a termékfejlesztő csapatok sokkal gyorsabban és pontosabban tudják visszafejteni a terméket a tervezési változtatások és a gyors prototípuskészítés érdekében. A 3D mérés szinte mindig kiküszöbölheti a szükségtelen tervezési iterációkat és optimalizálhatja az anyagfelhasználást.
A terméktervezési folyamat hatékony racionalizálásával és biztosítva, hogy termékeik a specifikációnak megfelelően teljesítsenek, a gyártók sikeresen felgyorsíthatják a piacra jutási időt.
Hogyan használják az objektumok 3D-s méréseit az ellenőrzések és a minőségellenőrzés során?
Tudta, hogy a 3D-s mérés 3D-s ellenőrzésekhez is használható a prototípus és a végtermék minőségének javítására?
A3D szkennerek például több millió adatpontot rögzítenek másodpercek alatt, ami azt jelenti, hogy minden alkatrész és összeállítás mérete figyelembe vehető egy adott termék minőségének értékeléséhez.
Ennek eredményeként az minőségellenőrző csoportok gyorsabban végezhetik el a kiváltó okok elemzését, és azonosíthatják a minőségi problémákat, mielőtt azok befolyásolnák a nagyobb gyártási folyamatokat. A rendkívül pontos vizsgálati jelentésekkel jelentősen leegyszerűsíthetők a tetszőleges méretű vagy bonyolultságú alkatrészeken végzett elsőminta-vizsgálatok (FAI).
3D mérőeszközök
A 3D mérés elvégezhető hagyományos berendezésekkel, beleértve a fix koordináta mérőgépeket (CMM) és az alapvető eszközöket, például tolómérőket és mérőeszközöket. Ezeknek a megközelítéseknek azonban számos hátránya van.
Korlátozott a használt eszköztől függően a mérési sebesség, mobilitás, lefedettség és pontosság. Nem építhetők be semmilyen automatizált munkafolyamatba, mint például automatizált minőség-ellenőrzési folyamatokba. Ezek a felhasználók készségeitől és hatékonyságától függenek; a szűkös munkaerőpiacon még bonyolultabb módszerekhez is nehéz lehet megfelelő személyzetet találni és betanítani.
A másik oldalon a 3D szkennerek leküzdik ezeket a kihívásokat verhetetlen teljesítményüknek köszönhetően a mérési sebesség és hordozhatóság, valamint az adatok pontossága, megbízhatósága és az ismétlőképesség tekintetében. Egyes optikai CMM szkennerek akár minőségellenőrzési alkalmazásokban is használhatók.
3D szkennerek
A hagyományos tapintós 3D-s mérőeszközökkel, például az CMM-ekkel, tapintószenzorokkal és mérőkarokkal szemben a 3D szkennerek érintésmentes megoldások, ami azt jelenti, hogy 3D-ben tudnak adatokat gyűjteni egy objektumról anélkül, hogy megtapintaná.
Számos különböző típusú 3D szkenner különböztethető meg az adatok rögzítésére használt technológia alapján. Íme néhány az elérhető legjobb 3D szkennelési technológiák közül:
Lézernyalábon alapuló 3D szkennerek: ezek a lézerszkennerek nyalábokat bocsájtanak a felületre. A felületre vetített és ezáltal torzult nyalábok képét egy kamera rögzíti. A csúcskategóriás 3D lézerszkennerek rendkívül gyorsak, a felbontásuk és a pontosságuk nagy.
Strukturált fénnyel működő 3D szkennerek vagy másképp fehér fényű szkennerek: ezek a szkennerek a látható fény tartományában egy raszterhálót vetítenek a felületre. A felületen torzult raszterhálót kamerákkal rögzítik több pozícióban és a berendezés ezekből a képekből alkotja meg a felületi pontfelhőt, felületi hálót. A strukturált fénnyel működő 3D szkennerek nagyon gyorsak. Hasonlóképpen a lézerszkennerekhez, a fehér fényű 3D szkennerek könnyen használhatók és hordozhatók.
Fotogrammetria, másnéven távérzékelés elvén működő szkennerek: ezek a 3D szkennerek egyedileg kódolt pozícionáló céltárgyakat (target) használ. A céltárgyakkal ellátott vizsgálati darabról több kép készül különböző szögekből, majd ezeket a képeket felhasználva a berendezés létrehozza a vizsgálati tárgy 3 dimenziós modelljét. Ezek a rendszerek alkalmasak nagyobb tárgyak mérésére is.
3D szkennelés CAD szoftverhez
Viszonylag “egyszerű”. A Scan to CAD szoftver egy utólagos feldolgozószoftver, amely lehetővé teszi a felhasználók számára a 3D szkennelési adatok további feldolgozását és előkészítését, hogy 3D modelleket hozzanak létre egy CAD-rendszerben, mint például a SolidWorks, SolidEdge, Autodesk Inventor, SketchUp, Rhino 3D és egyebek, vagy közvetlenül 3D nyomtatóra küldjék.
A 3D szkennelés CAD utókezelő szoftver, mint például a VXmodel, egyszerű és könnyű folyamatot kínál a 3D szkennelési fájlok véglegesítésére, amelyeket bármilyen típusú 3D nyomtatási alkalmazásban használhatnak, beleértve az ipari minőségű 3D nyomtatást vagy a CAD-alapú munkafolyamatokat is. Mivel a legtöbb 3D Scan to CAD megoldás integrálva van a 3D szkennelési technológiákkal, a gyártóknak nincs szükségük harmadik féltől származó szoftverekre.
Egy utolsó szó a 3D mérési és szkennelési megoldásokról
Amint láthatja, a 3D mérési technológiák határozott változást jelentenek a gyártó termékfejlesztési és minőség-ellenőrzési folyamatainak javítása terén. A 3D mérési megoldások, például a 3D szkennerek javíthatják a termékek általános minőségét és teljesítmény-megbízhatóságát. Csökkenthetik a termékfejlesztési és ellenőrzési időt is, hogy a termékek hamarabb megjelenhessenek a piacon. Az Ipar 4.0 korszakában pedig a robotra szerelt 3D-s mérőrendszerek felbecsülhetetlen értéket jelentenek, amelyek beépíthetők a gyártó automatizált minőségellenőrzéshez vezető folyamatába.
