Využití skeneru HandyScan 3D EXAscan pro součástiželezniční infrastruktury

TechMat´09, Svitavy, 19.11.2009
Využití skeneru HandyScan
3D EXAscan pro součásti
železniční infrastruktury
Odborná konference: TechMat´09, Svitavy, 19.11.2009
Ing. Zbořil J., Ing. Havlíček P., Bc. Klement M.
pracovníci oddělení Výzkumu a vývoje
DT - Výhybkárna a strojírna, a.s., Prostějov
www.dtvm.cz

Využití skeneru HandyScan 3D EXAscan
pro součásti železniční infrastruktury
 Osnova
1. Úvod
2. Možnosti využití
2.1 Validační činnost
2.2 Kontrola tvarové a rozměrové přesnosti
3. Obecný průběh měření 3D skenerem
4. Zkušenosti s úpravou digitální podoby
5. Porovnání 3D skeneru a srdcovkového profiloměru
6. Závěr

1.Úvod
 vývoj přístrojové techniky v oboru laserového skenování jde rychle kupředu
 na trhu se objevuje každoročně několik zajímavých novinek
 pracovníci VaV se o možnosti využití této technologie zajímají od 06/2008
 především byl zjišťován rozsah možností 3D skenování pro validační potřeby
nových součástí v železniční trati.
Atos III EXAscan T-scan
KS100
Využití skeneru HandyScan 3D EXAscan pro součásti železniční infrastruktury

1.Úvod
 tato technologie umožňuje bezkontaktní určování prostorových souřadnic
 snímaný objekt je zobrazen ve formě polygonové sítě, jež lze přenést do CAD
systému

1.Úvod – skenery typu HandyScan

Hmotnost Rozměry Třída laseru Rozlišení Přesnost Vzdálenost Výstupní formát
1,25kg 172x260x216mm II 0,05mm 40µm 30 cm *.stl, *.csf
1.Úvod - Popis skeneru HandyScan 3D EXAscan

 Validační činnost
je sledování součásti v podmínkách běžného užívání výrobku a v oblasti
železniční infrastruktury trvá cca 1 - 5 let dle typu součásti.
( u výhybkových konstrukcí se jedná především o jazyky a srdcovky )
 Kontrola tvarové a rozměrové přesnosti
je určena především pro polotovary před CNC obráběním či při výstupní
kontrole obrobených součástí, např. srdcovek.
 Jiné aplikace
jde především o využití tzv. reverzního inženýrství, kdy je z nasnímané
polygonové sítě vytvořen 3D model a ten slouží jako náhrada za virtuální
model z CAD systému.

Popis výhybkové konstrukce

Např. u srdcovek je max. dovolená velikost svislého opotřebení 6mm
( u tratí s vyšší rychlostí než 100km/h )

Popis měření srdcovkovým profiloměrem

 Oproti sledování ojetí pomocí mechanických měřidel ( ocelové pravítko s
klínkem či srdcovkový elektronický profiloměr ) umožňuje 3D skenování
( HandyScan 3D EXAscan ) zaznamenat celou oblast horních ploch, přechodu
kola z křídlové kolejnice na hrot.

 Skenované horní plochy kritické oblasti přechodu z křídlové kolejnice na hrot
srdcovky jsou rozděleny do 3 až 4 ( dle geometrie výhybky ) skenovacích
pracovních prostorů s délkou hrany krychle 250mm.
 Problematické je skenování lesklých
ploch a je nutno na tato místa použít
křídový sprej.
 V trati je možné skenovat
s dostatečně zajištěným hlídáním,
dle předpisu ČD Op 16.
 Z důvodu nižší četnosti průjezdu
vlaků a lepších světelných podmínek,
je vhodnější skenovat ráno či večer.

 Pro skenování je nutné rozmístit na skenovaný předmět či v jeho okolí tzv.
reflexní body.
 Během průjezdu vlaku se tyto
body na pojížděných plochách
ničí, ale na ostatních plochách
srdcovky zůstávají bez poškození.
 Pro skenování potřebuje skener
vidět součastně 4 body, vyšší
hustota bodů znamená vyšší
rychlost skenování. Chybějící
body je možno v průběhu
skenování dolepit.

2.2 Kontrola tvarové a rozměrové přesnosti

 Optimalizace laseru
nastavení laseru dle typu snímaného povrchu
 Automatické polohování skeneru
skener zaznamená reflexní body na celém objektu
 Snímání
povrchu v pracovním prostoru snímaného objektu
( přesnost je závislá na velikosti prac. prostoru )

 Po získání dat ze skenování je třeba tato data zpracovat a exportovat do
formátů 3D CADů ( např. *.ipt, *.iges, *.stp, *.sat ).
 Při zpracování jde zejména:
- o úpravu naskenovaných ploch
- spojení pracovních prostorů jednotlivých skenů do kompletního modelu
- vzájemné porovnání dvojice ploch
- vytvoření reportů z těchto porovnání

 Ukázka z pracovního prostoru softwaru Geomagic Qualiffy

 Ukázka z pracovního prostoru softwaru Geomagic Qualiffy - report

 Ukázka z pracovního prostoru softwaru Rapidform XOR.

 Při zpracování dat jsou naskenované plochy ( tzv. polygonové sítě ) převedeny
na NURBS plochy ( tzn. racionální neuniformní B-splajny – vytvářející obecné
plochy ) nebo na geometricky definované plochy.

 Převod na geometricky definované plochy však nedával u komplikovaných
součástí ( např. u srdcovek ) dobré výsledky.
 Plochy lze v programech různě upravovat, např. lze opravovat plochy od
nasnímaných nečistot či od ploch nesouvisejících s danou součástí.

 Plochy jsou poté exportovány do výměnných formátů 3D CADů. Po načtení do
příslušného 3D CADu lze s objektem dále pracovat.
 V používaném programu Inventor bylo třeba plochy sešít a povýšit na těleso.
Výsledkem bylo mrtvé těleso bez stromu, se kterým však bylo možno dále
pracovat.

Po vymeshování takového objektu je možno provádět:
- FEM výpočty v programu Ansys

Po vymeshování takového objektu je možno provádět:
- slévárenské simulace v programu MAGMA

5. Porovnání „srdcovkový profiloměr - 3D skener“
 Oproti elektronickému srdcovkovému profiloměru je 3D skener výhodnější
v tom, že umožňuje snímat celou oblast a ne jen předem vybraný řez.
 Ze skenované oblasti lze následně vybrat, jak jakýkoli příčný řez, tak ale i
podélný a následná 3D presentace pomocí barevné vrstevnicové plochy je
maximálně přehledná a srozumitelná.
 Data z 3D skeneru je dále možno nechat automaticky zpracovat pomocí
šablony do požadovaného reportu a tím také ušetřit čas při zpracovávání
výsledků.
 V současné době není 3D skener uznáván jako měřidlo pro ojetí částí výhybek
ze strany SŽDC a tak měření ojetí je třeba realizovat oběmi měřidly.

5. Porovnání „srdcovkový profiloměr - 3D skener“

6. Závěr
 Technologie 3D skenování prochází prudkým vývojem a se stále se snižující
cenou 3D skenerů, vzrůstá počet užitných funkcí, jimiž jsou vybaveny a
umožňuje tak aplikaci 3D skenerů i do oborů u nichž se na to ještě před
několika lety ani nepomyslelo.
 Po zkušenostech pracovníků VaV fy. DT – Výhybkárna a strojírna a.s.,
Prostějov lze konstatovat, že 3D skenování lze úspěšně aplikovat pro
sledování ojíždění výhybkových části během validace a jelikož má typ
HandyScan 3D EXAscan vhodnou velikost pro práci v kolejišti a v současné
době i nejlepší poměr cena/výkon na trhu s 3D skenery, byl doporučen ke
koupi jako stále vybavení pracoviště VaV.

6. Závěr
 Ačkoli jsou skenovací systémy a softwary pro zpracování nasnímaných ploch
obvykle prezentovány jako univerzální, tak jejich univerzalita má své
hranice vyplývající z fyzikálních a principiálních omezení a každý budoucí
uživatel 3D skeneru by měl mít možnost vybrat si pro konkrétní typ práce
vhodný skener a program pro zpracování dat.

Porovnání 3D skenerů – obecná rozvaha

Děkuji za pozornost
Ing. Zbořil Josef
Výzkumný a vývojový pracovník
DT - Výhybkárna a strojírna a.s., Prostějov

Využití skeneru HandyScan 3D EXAscan pro součástiželezniční infrastruktury

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Semelhante a Využití skeneru HandyScan 3D EXAscan pro součástiželezniční infrastruktury

Semelhante a Využití skeneru HandyScan 3D EXAscan pro součástiželezniční infrastruktury (10)