URZĄDZENIE DO WIZYJNEJ INSPEKCJI
PROCESÓW USTAWCZYCH I OBRÓBKOWYCH NA MASZYNIE CNC
Mirosław Pajor
1a, Marek Grudziński
1b, Krzysztof Okarma
2c1Instytut Technologii Mechanicznej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
2Katedra Przetwarzania Sygnałów i Inżynierii Multimedialnej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
amiroslaw.pajor@zut.edu.pl, bmarek.grudzinski@zut.edu.pl, ckrzysztof.okarma@zut.edu.pl
Streszczenie
Pomimo wysokiego stopnia automatyzacji współczesnych obrabiarek CNC część czasochłonnych operacji przygotowawczych musi zostać wykonana manualnie, m.in: ustawienie przedmiotu obrabianego oraz kontrola wyników obróbki, szczególnie gdy konieczne jest wielokrotne przestawianie i mocowanie przedmiotu w uchwytach. Obecnie stosowane sondy stykowe, obsługiwane przez operatora, można zastąpić zmysłem „widzenia” maszynowego.
W artykule przedstawiono wyniki prób prototypu nowatorskiego systemu wizyjnego, którego zadaniem jest szybkie bazowanie przedmiotu obrabianego. Na obrabiarce dokonano analizy dokładności pomiarów autorskiego układu do pomiarów fotogrametrycznych i do skanowania geometrii oraz przeprowadzono próby bazowania przedmiotu obrabianego. Zaproponowany system może stać się narzędziem codziennej pracy operatora, polepszającym efektywność procesów wytwórczych.
Słowa kluczowe: system wizyjny, skanowanie 3D, obrabiarka CNC, bazowanie, fotogrametria, kamery
VISION BASED DEVICE FOR MANUFACTURING PROCESS INSPECTION ON THE CNC MACHINES
Summary
Despite the high level of automation of modern CNC machine tools some of the time-consuming works have to be prepared manually, i.a. setting the position of the workpiece and quality control of machining process, especially when the workpiece need to be fixed more than once. The commonly used touch-sensors, controlled manually by the operator, can be replaced with “machine seeing”. In the paper the results of accuracy tests for novel 3D vision system for scanning and measuring the workpiece will be presented. The main task of the system is to determine the base coordinate system of the workpiece automatically. Furthermore the system could scan the local workspace of the CNC machine and recognize the colliding objects for machining tool. In the nearest future the proposed system may become a commonly used tool for manufacturing processes.
Keywords: vision based system, 3D scanning, CNC machine tools, photogrammetry, cameras, workpiece positioning
1. WSTĘP
Układy wizyjne do skanowania trójwymiarowego w ostatnich latach znajdują coraz szersze zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu i techniki do automatycznych pomiarów skomplikowanych geometrycznie przedmiotów lub kontroli procesów
produkcyjnych. Szczególny nacisk położony jest na uzyskiwanie coraz większej szybkości i dokładności przy zachowaniu odporności na niekorzystne warunki, typowe dla wielu procesów przemysłowych. Najbardziej zaawansowane systemy do skanowania pełnej geometrii
stosowane są np. przy inżynierii odwrotnej lub kontroli jakości produkcji, jednak zwykle są to urządzenia samodzielne, pracujące we własnej przestrzeni roboczej.
Z kolei nowoczesne centra obróbkowe, pomimo zaawansowanej technologii sterowania, wciąż wymagają manualnej ingerencji operatora obrabiarki, gdy konieczne jest np. ustawienie i przyjęcie baz obróbkowych nowego przedmiotu obrabianego. Stosowane są w tym celu sondy stykowe prowadzone przez operatora za pomocą pulpitu sterowniczego. Ryzyko uszkodzenia takiej sondy jest stosunkowo duże, a zestaw danych geometrycznych ogranicza się do kilku wybranych punktów na powierzchni przedmiotu obrabianego. Przy takim podejściu maszyna nie „widzi”, gdzie znajdują się przedmioty stwarzające ryzyko kolizji z narzędziem.
W Centrum Mechatroniki Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie opracowano prototyp nowoczesnego i niespotykanego dotąd w przemyśle obrabiarkowym narzędzia do trójwymiarowego optycznego skanowania przedmiotu obrabianego. Urządzenie to umożliwia automatyczny wybór bazy obróbkowej na podstawie danych geometrycznych z procesu skanowania.
Rys. 1. Stanowisko badawcze złożone z głowicy do skanowania ustawionej przy frezarce AVIA VC70
Urządzenie może zostać zamocowane na dowolnej obrabiarce CNC, a dzięki dedykowanym procedurom kalibracji może zostać z nią powiązane we wspólnej przestrzeni roboczej. Rozwiązanie może zastąpić obecnie powszechnie stosowaną stykową sondę pomiarową, znacznie skracając czas przestoju maszyny, dzięki czemu zwiększyć można efektywność jej pracy. Prezentowane urządzenie, dzięki znajomości położenia i pełnej geometrii przedmiotu obrabianego oraz elementów układu mocowania, może zapobiegać kolizjom narzędzia podczas ruchów ustawczych i obróbkowych, zwiększając bezpieczeństwo pracy maszyny CNC oraz jej operatora.
Projekt jest częścią przedsięwzięcia, realizowanego przez Centrum Mechatroniki ZUT, mającego na celu stworzenie tzw. obrabiarki inteligentnej [1].
2. OPTYCZNE TECHNIKI
POMIAROWE W PRZESTRZENI 3D
Pomiary optyczne w przestrzeni trójwymiarowej są stosunkowo nową gałęzią metrologii i coraz skuteczniej wypierają tradycyjne metody pomiarowe, np. na maszynach współrzędnościowych. Niewątpliwą ich zaletą jest krótki czas pomiaru i przetwarzania danych o pełnej geometrii, duża dokładność i możliwość pomiaru struktur o dowolnej twardości. Zastosowanie technik wizyjnych wymaga jednak odpowiedniego przygotowania mierzonego detalu poprzez zmatowienie powierzchni refleksyjnych i transparentnych, w celu poprawy ich widoczności i zredukowania niepożądanych zjawisk odbicia światła.
Do uzyskania danych geometrycznych niezbędna jest obserwacja danego przedmiotu z przynajmniej dwóch odmiennych pozycji w przestrzeni, np. za pomocą dwóch kamer, których pola widzenia mają pewną część wspólną.
Układ taki umożliwia widzenie stereoskopowe [6].
Rys. 2. Głowica skanująca, w której skład wchodzą dwie kamery C1, C2 i projektor światła strukturalnego P. Parametry optyczne
wyznacza się względem wzorca do kalibracji T
Organizmy żywe (np. ludzie) do oceny odległości w przestrzeni stosują zmienną geometrię osi optycznych oczu i zmianę ogniskowania obrazu, jednak wymaga to długotrwałego procesu uczenia i adaptacji sieci neuronowych, a wyniki oceny są często dalekie od rzeczywistości. W przeciwieństwie do organizmów żywych, od pomiarowych układów stereowizyjnych wymaga się dużej dokładności pomiarów, co jest możliwe jedynie dzięki znajomości położenia przynajmniej dwóch kamer oraz parametrów opisujących przebieg promieni światła przez układy soczewek w obiektywach. Procedury kalibracji [2] umożliwiają poznanie takich parametrów jak:
orientacja i położenie kamery w przestrzeni, ogniskowa, współczynniki dystorsji obiektywu czy błędy geometrii osi optycznej i położenia sensora kamery.
Obserwowany punkt musi zostać zidentyfikowany przez system wizyjny, co często bywa problemem w przypadku
skomplikowanych scen. W tym celu stosuje się odpowiednio zaprojektowane znaczniki (markery), zawierające układy regularnych kształtów, nie występujących w otoczeniu [6]. W doświadczeniach przeprowadzonych przez autorów wykorzystano markery złożone z kontrastowych okręgów koncentrycznych, łatwych do zidentyfikowania metodą wspólnych środków ciężkości.
Rys. 3. Prawidłowe markery wykryte na dwóch widokach tablicy wzorcowej, oznaczone jasnym białym krzyżykami. Algorytm zaznacza, ale odrzuca markery spełniające tylko część kryteriów
(ciemne krzyżyki na wycinku zdjęcia po prawej) Zgodnie z rys. 6 podstawą do wyznaczenia współrzędnych określonych punktów P(x,y,z), oznaczonych markerami, jest znajomość współrzędnych projekcji (u,v) oraz (m,n) punktu odpowiednio na matrycy CCD1 oraz CCD2, z dokładnością subpikselową. Następnie stosuje się tzw. projekcję wsteczną tych punktów z matrycy do przestrzeni [2] i otrzymuje się zestawy zaczepionych wektorów projekcji, które zgodnie z przewidywaniami powinny przecinać się dokładnie w punktach P oznaczonych markerami. Dla dużej liczby markerów konieczne jest odnalezienie tzw. markerów korespondujących dla osobnych widoków. Znajomość położenia kamer (parametrów zewnętrznych [2]) pozwala na obliczenie punktów przecięcia wektorów projekcji w przestrzeni. W praktyce okazuje się, że dwa wektory dla każdego z punktów są skośne, a założony najmniejszy dystans je dzielący jest podstawą kwalifikacji, czy dana para wektorów projekcji wskazuje na ten sam punkt w przestrzeni. W trakcie badań eksperymentalnych założono dozwolony dystans dzielący wektory skośne, wynoszący co najwyżej 0,2 mm.
Rys. 4. Uproszczony algorytm wykrywania punktów korespondujących, spełniający kryterium minimalnego dystansu
dwóch wektorów skośnych.
Rys. 5. Wektor g Vcr opisuje najkrótszy dystans między wektorami projekcji g1V1 i g2V2, gdy jest do nich prostopadły.
Środek wektora g Vcr to poszukiwany środek markera.
Wykazano, że przy prawidłowo skalibrowanym układzie dwóch kamer średni dystans pomiędzy wektorami skośnymi wynosi 0,02 mm, dla zakresu odległości od kamery 0,7-0,8 m. Oznacza to, że można bezbłędnie określić korespondencję dwóch punktów, jeżeli ich odległość na skanowanej powierzchni wynosi przynajmniej 0,4 mm. Rozdzielczość pomiarów zależna jest również od wielkości naniesionych na powierzchnię markerów.
Rys. 6. Schemat wielozadaniowej głowicy do pomiarów fotogrametrycznych i skanowania za pomocą światła
strukturalnego.
Osobnym zagadnieniem jest szybka detekcja markerów na zarejestrowanych obrazach. W badaniach wykorzystano powszechnie stosowane markery kołowe, nieoznaczone dodatkowym kodem binarnym. Zaproponowana przez autorów metoda bazuje w głównej mierze na operacjach binarnych, między innymi poszukiwaniu sekcji obrazów o podobnych cechach (np: jednolite pole centralne i obwiednia markera), filtracji medianowej szumów, a także na poszukiwaniu elementów o wspólnych środkach ciężkości. Zaprojektowane markery posiadają cechy ułatwiające ich wykrywanie nawet w skomplikowanych otoczeniu, jednak warunkiem jest odpowiedni kontrast między markerem a powierzchnią obiektu. Metoda wspólnych środków ciężkości okazała się bardzo skuteczna, zwłaszcza przy wykorzystaniu zaimplementowanych algorytmów dodatkowej klasyfikacji markerów pod względem ich średnicy.
W praktyce przemysłowej mierzenie całych powierzchni technikami stereowizyjnymi z zastosowaniem markerów jest niespotykane, gdyż trudne i czasochłonne
jest oznaczenie markerami całego, skomplikowanego geometrycznie detalu. Dużą gęstość punktów reprezentujących powierzchnię można uzyskać, stosując projekcję wzorca strukturalnego (najpowszechniej stosowany jest kod Graya i prążki sinusoidalne, ang. phase shifting method), który indeksuje specjalnym kodem każdy punkt w przestrzeni, znajdujący się w polu widzenia kamery. W wyniku analizy i syntezy obrazów tak oświetlonego przedmiotu uzyskuje się tzw. mapę przesunięcia fazowego oraz wartość fazy dla każdego piksela indywidualnie [5].
Rys. 7. Detal oznaczony markerami, oświetlony jednym z kodów binarnych Graya oraz prążkami sinusoidalnymi.
Przestrzeń zostaje podzielona na sekcje o tej samej wartości fazy, które można przedstawić jako punkty wspólne. Możliwe jest śledzenie każdej sekcji nawet gdy powierzchnia jest nieciągła. Dzięki informacjom z mapy przesunięcia fazowego można jednoznacznie określić, którym fragmentem rastra został oświetlony dany fragment sceny. Znajomość wzorca światła i jego zniekształceń [4] na skanowanej powierzchni, przy skalibrowanych parametrach zewnętrznych kamer i projektora, pozwala na utworzenie mapy głębokości i odtworzenie geometrii mierzonego detalu. Markery stosuje się wówczas jedynie jako punkty odniesienia wykorzystywane do łączenia fragmentów zeskanowanych powierzchni lub do utworzenia siatki referencyjnej (węzłów) pomocnych przy skanowaniu przedmiotów dużych gabarytowo. Jest to przydatne rozwiązanie, zważywszy na ograniczone pole skanowania. Techniki te, w różnych odmianach, stosowane są obecnie w komercyjnych systemach pomiarowych czołowych producentów skanerów 3D.
Rys. 8. Każdy piksel obrazu, poza wartością jasności, otrzymuje dodatkowe parametry: wartość przesunięcia fazowego i wyznaczone na jego podstawie współrzędne, liczone względem
optycznego układu współrzędnych kamery.
3. KALIBRACJA SKANERA NA OBRABIARCE CNC
Według zamysłu autorów, skaner 3D powinien generować wyniki w odniesieniu do przestrzeni roboczej obrabiarki. Istotnym zagadnieniem jest więc kalibracja głowicy skanującej na obrabiarce CNC w celu powiązania przestrzeni roboczych obu urządzeń. Zaproponowana metoda polega na kalibracji głowicy przy pomocy wzorca kalibracyjnego, umieszczonego w otoczeniu obrabiarki tak, aby wszystkie kamery i projektor mogły obserwować i oświetlać wzorzec. Parametry zewnętrzne określone są względem środka i zarazem płaszczyzny wzorca kalibracyjnego. W praktyce wystarczy położyć wzorzec na stole maszyny CNC.
Rys. 9. Samodzielna głowica skanująca, umieszczona przy obrabiarce, obserwująca kierunki ruchu stołu w celu kalibracji
W następnym kroku należy znaleźć relację tak wyznaczonego układu współrzędnych głowicy do układu maszynowego obrabiarki. W tym celu zaproponowano stereowizyjną obserwację położenia pojedynczego markera, umieszczonego na stole obrabiarki w ściśle znanym położeniu. Wystarczające są dwa ruchy stołu zgodne z kierunkami osi X oraz osi Y. Ruch obserwowanego markera wyznacza kierunki wektorów wszystkich osi układu maszynowego, a jego pozycje są rejestrowane przez układ stereowizyjny. Następnie, stosując metodę rozkładu względem wartości szczególnych dla macierzy rotacji (algorytm SVD), określa się relację, tj. rotację i translację [R,t] wektorów do osi układu skanującego. Najlepszym rozwiązaniem wydaje się wyfrezowanie przez samą obrabiarkę niewielkiego otworu, np. w środku stołu. Otwór taki można stosunkowo łatwo odnaleźć na obrazie i wyznaczyć jego środek z dokładnością subpikselową.
Dzięki otrzymanej relacji układu skanera i układu maszynowego można każdy zeskanowany punkt wyrazić względem maszynowego układu obrabiarki. Tym samym wiadome staje się, gdzie jest ulokowana na stole maszyny np. zeskanowana przygotówka.
Rys. 10. Rozpoznawanie kierunków osi głównego układu maszynowego obrabiarki CNC poprzez śledzenie pozycji markera
za pomocą głowicy skanującej. Pozycja wyjściowa markera na stole maszyny musi być znana.
Rys. 11. Odnaleziona relacja układu odniesienia skanera 3D i obrabiarki umożliwia śledzenie i zwizualizowanie położenia obiektów (np. przygotówki) na stole maszyny. Widoczny czarny
kontur wskazuje położenie wzorca do kalibracji względem maszyny CNC. Pierwotny początkowy układ odniesienia T głowicy skanującej, związany z wzorcem kalibracyjnym, wyrażono
w nowym układzie odniesienia, związanym z osiami obrabiarki
Rys. 12. Funkcja RigidT() zwraca wzajemną rotację i translację dwóch układów współrzędnych, opisanych znormalizowanymi
wektorami kierunkowymi.
4. WYNIKI EKSPERYMENTÓW
Wykonano szereg eksperymentów potwierdzających słuszność idei wyznaczania układu bazowego metodami optycznymi. Przede wszystkim eksperymentalnie określono dokładność, z jaką układ stereowizyjny odtwarza ruchy stołu obrabiarki. W tym celu sprawdzano współrzędne
markera, przemieszczającego się iteracyjnie o zadany dystans wzdłuż poszczególnych osi obrabiarki. Wyniki wykazały dużą dokładność, szczególnie w centralnej części obrazu (błąd rzędu 2 Pm) i nieco mniejszą na krawędziach obrazów (błąd rzędu 10 Pm). Zgodnie z charakterystykami na rys. 13 obserwowano niedostateczną korekcję dystorsji obiektywów kamer oraz nieznaczne nachylenie płaszczyzny stołu (0,5%). Są to błędy wskazujące na słabe punkty metod kalibracji, bądź nieprawidłowo wykonaną procedurę kalibracji i wymagają dalszych badań.
Rys. 13. Stereowizyjny pomiar położenia markera poruszającego się wzdłuż osi Y obrabiarki, w celu sprawdzenia błędów kalibracji.
Osie układu skanującego zostały przetransformowane do osi obrabiarki.
Według ustaleń autorów główną przyczynę nieprawidłowości kalibracji stanowi wzorzec kalibracyjny w postaci regularnej kwadratowej szachownicy, który nigdy nie pokrywa całego pola widzenia kamery.
W efekcie model dystorsji nie może być wyznaczony prawidłowo.
Rys. 14. Wyniki pomiaru osi X skanera w zgodności z osią X obrabiarki. Na pierwszym wykresie widoczne największe błędy
odpowiadające granicom pola widzenia kamery W dalszych eksperymentach wykorzystany zostanie nowy, aktualnie opracowywany, wzorzec z rastrem punktowym, którego proporcje będą zbliżone do proporcji rejestrowanego przez kamerę obrazu. Wzorzec taki pokryje zawsze całe pole widzenia, dzięki czemu model dystorsji będzie wyznaczany z mniejszym błędem. Dużą trudność stanowić może dopasowanie siatki rastra do modelu dystorsji, gdy liczba oraz kombinacja zarejestrowanych przez kamerę punktów będzie za każdym razem inna.
Kolejny z eksperymentów polegał na zeskanowaniu detalu wzorcowego i odnalezieniu położenia jego bazowego układu odniesienia względem obrabiarki. Zeskanowany techniką światła strukturalnego detal, wraz z fragmentami otoczenia, został przedstawiony jako chmura punktów 3D.
Każdemu pikselowi obrazu została dodatkowa wartość opisująca głębię obrazu względem kamery. Dzięki wynikom kalibracji dane w postaci współrzędnych 3D zostały następnie przetransformowane do układu maszynowego obrabiarki i zwizualizowane.
Rys. 15. Zaznaczanie punktów wirtualną sondą stykową, analogicznie jak dla maszyny współrzędnościowej
Rys. 16. Zasada powiązywania układów współrzędnych skanera, obrabiarki i bazy do obróbki
Zgodnie z założeniami projektu wyznaczanie układu bazowego miało się odbywać poprzez wskazanie zestawu sześciu punktów referencyjnych, które określają jednoznacznie położenie i kierunek bazowego układu przedmiotowego. Operator obrabiarki ma do dyspozycji zestaw zdjęć wykonanych przez skaner, które powiązane są z mapami głębokości i wyłącznie od jego decyzji zależy, które płaszczyzny będą płaszczyznami bazowymi.
Wskazanie punktów odbywa się analogicznie jak dla maszyny współrzędnościowej lub klasycznej sondy stykowej na obrabiarce, jednak bez fizycznego udziału sondy. Operator wybiera punkty bezpośrednio na mapach głębokości, powiązanych z obrazami uzyskanymi z kamer.
Współrzędne wskazanych punktów są automatycznie przeliczane i wyrażone w układzie obrabiarki. Podejście takie jest intuicyjne, pozwala na dużą dowolność przy wybieraniu punktów i eliminuje konieczność stosowania sondy stykowej.
Rys. 17. Wizualizacja 3D zeskanowanej przygotówki oraz wyznaczona relacja bazy do obróbki względem układu
maszynowego.
Wyznaczony układ bazowy, w postaci trzech kierunkowych wektorów zaczepionych w określonym punkcie, przesyłany jest do układu sterowania obrabiarką CNC, gdzie zostaje przetworzony na lokalny język programowania obrabiarki (np. popularny G-code).
Wstępna weryfikacja działania systemu polegała na wykonaniu najazdu końcówką narzędzia na punkt bazowy i wykonaniu podstawowych ruchów obrabiarką w kierunkach osi układu bazowego.
Rys. 18. Próbny najazd końcówki narzędzia na wyznaczony optycznie punkt bazowy przygotówki.
Wyniki były w pełni zadowalające, jednak dokładną weryfikację można przeprowadzić dopiero po uruchomieniu obróbki detalu wzorcowego i wyfrezowaniu np. kilku otworów we wskazanych położeniach względem układu bazowego. Błędy położenia otworów zmierzyć należy na maszynie współrzędnościowej. Czas potrzebny na skanowanie i ustalenie położenia nowego detalu oscyluje w granicach 30 sekund, w cyklu manualnym. Badania przeprowadzono na zmodyfikowanej obrabiarce AVIA VC70, wyposażonej we własny otwarty układ sterowania O.C.E.A.N [3] autorstwa naukowców z Centrum Mechatroniki ZUT.
Przedstawiona metoda wykorzystana została do dalszych eksperymentów, polegających na śledzeniu położenia układu bazowego detalu, który przemieszczany był w sposób skoordynowany po zadanej trajektorii za pomocą obrabiarki. Wyniki zostały przetworzone do postaci umożliwiającej odczyt średniokwadratowego błędu położenia punktu bazowego względem trajektorii idealnej.
Odchylenie od trajektorii okazało się mieć związek z jakością przeprowadzonej procedury kalibracji i wyraźna była tendencja układu do zaniżania odległości wraz ze zbliżaniem się obiektu do krawędzi obrazu. Potwierdziło to konieczność dokładniejszego określenia modelu zniekształcenia obrazu powodowanego dystorsją obiektywu.
Rys. 19. Wyniki obserwacji zmian położenia układu bazowego do obróbki. Widoczny błąd trajektorii (powiększony 100-krotnie)
wskazuje nieprawidłowości kalibracji skanera względem obrabiarki.
Dane zbliżone do płaszczyzny XY zostały automatycznie rozpoznane i odseparowane jako element powierzchni stołu. Stosując dodatkowe markery umieszczone na uchwytach, można wykonać pomiar ich sekwencji przestrzennej i na tej podstawie zidentyfikować orientację i rodzaj zastosowanego uchwytu obróbkowego.
Uchwyty mogą być zeskanowane wcześniej i zapisane w osobnej bazie modelu trójwymiarowego, a następnie w sposób automatyczny mogą zostać odjęte od chmury punktów. Tym samym można określić bezpieczną przestrzeń, w której może poruszać się narzędzie obrabiarki. W przypadku nieprawidłowo napisanego kodu wykonawczego lub źle zamocowanego detalu operator zostanie poinformowany o możliwości wystąpienia kolizji, ze wskazaniem jej miejsca.
Podczas prowadzenia eksperymentów zaobserwowano zjawisko dekalibracji systemu powodowane nagrzewaniem się stanowiska. Źródłem ciepła był projektor światła strukturalnego, oparty na klasycznej technologii halogenowej. Komercyjne systemy zakładają znajomość odkształceń termicznych konstrukcji nośnej głowicy, najczęściej wykonanej z aluminium, w celu kompensacji błędu. Podczas kalibracji głowica, jak i wzorzec kalibracyjny, muszą być stabilne termicznie w celu uzyskania powtarzalnej dokładności pomiarowej rzędu 2-3 µm.
5. PODSUMOWANIE
Uzyskane wyniki potwierdzają koncepcję weryfikowaną w ramach projektu badawczego, stanowiącą, iż system taki w najbliższej przyszłości mógłby stać się narzędziem wspomagania operatora w najbardziej czasochłonnych etapach procesu obróbki. Dodanie do układu sterowania obrabiarki zmysłu „widzenia” maszynowego, niespotykanego obecnie w tej postaci w produkcji przemysłowej, umożliwiłoby efektywne skanowanie trójwymiarowe przestrzeni roboczej obrabiarki, rozpoznawanie geometrii i położenia obiektów w niej umieszczonych i przygotowanie maszyny do obróbki dla dowolnie zamocowanego przedmiotu. Dodatkowo w przypadku detali częściowo obrobionych możliwe będzie, po przestawieniu detalu w uchwytach, powtórzenie procedur skanowania i wyznaczania bazy do obróbki, w celu obrobienia miejsc np. zasłoniętych wcześniej przez uchwyty obróbkowe. Końcowym etapem byłaby analiza
poprawności wykonania detalu bezpośrednio na obrabiarce po zakończeniu obróbki.
Najistotniejsze z punktu widzenia dokładności pomiarów jest opracowanie procedur do precyzyjnej kalibracji i zastosowanie układów optycznych charakteryzujących się małymi błędami wykonania elementów optycznych, a także eliminacja wpływu zmian temperatury na geometrię głowicy skanującej
Efektem upowszechnienia tego typu systemów byłoby niewątpliwie zwiększenie wydajności produkcji, wzrost innowacyjności i poszerzenie wachlarza usług, a tym samym rozwój, wzrost znaczenia i konkurencyjności różnej skali zakładów produkcyjnych. Duże znaczenie ma niewielki koszt urządzeń potrzebnych do utworzenia takiego systemu, zwiększenie bezpieczeństwa pracy maszyny CNC oraz jej operatora, a także łatwa i intuicyjna obsługa.
Artykuł powstał częściowo dzięki wsparciu w ramach grantu badawczego MNiSW nr N502 147238, zatytułowanego:
“Wykorzystanie technik wizyjnych do pozycjonowania przedmiotów obrabianych na obrabiarkach CNC”.
Literatura
1. Pajor M., Marchelek K.: Aspekty tworzenia koncepcji obrabiarki inteligentnej. „Inżynieria Maszyn” 2011, R.16, z.1-2, s. 7 - 39.
2. Domek S., Dworak P., Grudziński M., Okarma K.: Calibration of cameras and fringe pattern projectors in the vision system for positioning of workpieces on the CNC machines. “Solid State Phenomena” 2013, Vol.199, p. 229 - 234.
3. Domek S., Pajor M., Pietrusewicz K., Urbański Ł.: Eksperymentalny system O.C.E.A.N. otwartego sterowania napędami liniowymi. „Inżynieria Maszyn” 2011, R. 16, z. 1-2, s.40 - 49.
4. Okarma K., Grudziński M.: Korekcja nieliniowości projektorów w wizyjnym systemie pozycjonowania przedmiotów obrabianych na obrabiarkach sterowanych numerycznie. „Pomiary Automatyka Robotyka” 2013, R.17 nr 1, s.147 - 152.
5. Zhang S.: High-resolution, real-time 3-D shape measurement. PhD thesis, Stony Brook University, 2005.
6. Luhmann T., Robson S., Kyle S., Harley I.: Close range photogrammetry – principles, methods and applications.
Whittles Publishing 2009.
