Quel type de données les systèmes de métrologie 3D Novacam génèrent-ils ?
Publié le 12 décembre 2019
C'est une question valable lors de l'évaluation de toute solution de métrologie 3D. Quelles données cela va-t-il me donner ? Et quelle est l'utilité de ces données ?
Cet article présente le 3 types de données générées par les systèmes de métrologie 3D sans contact Novacam (le BoreInspect, TubeInspect, SurfaceInspect, EdgeInspect et Microcam Profilomètre). Déployés dans des industries de haute précision, les systèmes génèrent simultanément un nuage de points 3D, une carte d'intensité lumineuse et une carte de hauteur de chaque balayage.
Les trois ensembles de données peuvent être utilisés séparément ou en combinaison pour :
- fournir des mesures de dimensions au micron près (GD&T) et des paramètres de qualité de surface, et
- offrir un aperçu sans précédent des processus de fabrication de nos clients.
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Les 3 types de données générés par les systèmes de métrologie 3D de Novacam constituent une base solide pour des mesures dimensionnelles automatisées rapides, pour la détection et la mesure de défauts, pour la visualisation interactive, et plus encore.
Tout d'abord, une brève introduction à la technologie et au mode de mesure avec les systèmes.
Introduction à la technologie et mode de mesure
Les systèmes de métrologie 3D de Novacam reposent sur l'interférométrie à faible cohérence. Ils acquièrent les surfaces sans contact point par point De cette manière : une sonde optique à fibre dirige la lumière sur la surface mesurée et recueille les signaux de lumière réfléchie, qui sont ensuite traités par l'interféromètre Microcam-3D/4D du système.
Selon le modèle d'interféromètre, jusqu'à 100 000 mesures de points 3D sont acquises par seconde.Par exemple, un balayage de 10 secondes avec un système utilisant un interféromètre Microcam-4D génère 1 million de points de mesure 3D. le long de chemin d'analyse défini par l'utilisateur.
Une trajectoire de balayage est généralement linéaire, circulaire ou en spirale.
Le logiciel d'acquisition Novacam permet aux utilisateurs d'automatiser le cycle de mesure, y compris l'analyse des données de balayage et l'établissement des rapports consécutifs. Pour automatiser ces tâches répétitives, les utilisateurs configurent définitions de balayage, qui comprennent des séquences de mesure et un reporting ultérieur.
Les définitions de balayage sont invoquées automatiquement par un API (automate programmable industriel) ou par un opérateur par simple pression sur un bouton. De cette façon, le cycle d'inspection et les mesures obtenues sont indépendants de l'opérateur.
Exemple d'objet numérisé : un trou de fixation percé
Pour un exemple concret et illustratif des données générées, nous avons scanné la surface du diamètre intérieur (DI) d'un trou de rivet de 6,25 mm (¼ po) de diamètre percé à travers un empilement de 3 plaques d'aluminium. L'épaisseur totale de l'empilement de plaques est d'environ 9,4 mm (3/8 po) et le trou de rivet présente un fraisage (nominal) de 100 degrés à l'ouverture supérieure.
Pour mesurer, nous avons utilisé Novacam BoreInspect Système de métrologie 3D équipé d'une sonde rotative de 3,05 mm de diamètre.
Pour mesurer le diamètre intérieur d'un trou de rivet de 6,35 mm (¼ po), nous avons utilisé le système de métrologie 3D BoreInspect équipé d'une sonde rotative de 3,05 mm de diamètre.
Nous avons sélectionné une trajectoire de balayage en spirale, puis nous avons balayé le trou deux fois : une fois à haute densité (avec un pas de spirale très petit) et une fois à plus faible densité (avec un pas de spirale plus grand).
Veuillez vous référer au diagramme pour la définition du pas d'une spirale.
Le pas de la spirale de balayage est l'un des facteurs déterminant la vitesse d'un balayage ID. L'autre est la vitesse de rotation de la sonde.
Jeu de données #1 : Nuage de points 3D
Le premier type de données généré est un nuage de points 3D, qui est un ensemble de points de données associés à des coordonnées X, Y, Z. Il représente l'ensemble des points mesurés sur la surface de l'objet et décrit en fait la surface dans un espace tridimensionnel.
Comme mentionné précédemment, avec les systèmes de métrologie 3D Novacam, la trajectoire du balayage et la densité du nuage de points sont définies par l'utilisateur en fonction de ses besoins de mesure. Ci-dessous, nous présentons deux nuages de points – l'un généré à partir d'un balayage en spirale à haute densité et l'autre à partir d'un balayage en spirale à plus faible densité du même trou de rivet.
Pour acquérir ce nuage de points 3D haute densité de l'alésage du trou de rivet, le pas d'acquisition en spirale a été réglé à 0,05 mm (~2 000 µin.). Le balayage a duré 9,5 secondes et le nuage de points comprend plus de 947 000 points de mesure 3D. Des balayages à haute densité sont généralement nécessaires pour détecter et mesurer les petits défauts.
Pour accélérer le balayage, le pas de l'hélice a été augmenté à 0,4 mm (~0,016 po). Ce balayage a pris 1,2 seconde et le nuage de points 3D généré comprend 118 448 points de mesure 3D, ce qui est amplement suffisant pour extraire les paramètres de géométrie GD&T (dimensionnelle).
Les données de nuages de points 3D sont le plus souvent utilisées pour des mesures dimensionnelles rapides. Le temps de cycle du balayage et de l'analyse des données 3D peut être optimisé pour prendre en charge l'inspection automatisée, même dans la fabrication à haut débit.
Extraction de mesures dimensionnelles à partir d'un nuage de points
Le nuage de points 3D est exporté sous forme de fichier de données qui est analysé de manière interactive ou automatique à l'aide d'un logiciel de conception et de cotation géométrique assistées par ordinateur (CAO/GD&T). Novacam propose PolyWorks InspectorTM, un logiciel de CAO/GD&T tiers de référence dans l'industrie, en option avec nos systèmes de métrologie 3D. Le logiciel offre de puissantes fonctionnalités pour évaluer les nuages de points 3D par rapport à des critères définis par l'utilisateur (valeurs nominales et tolérances) ou à un modèle CAO de référence.
PolyWorks Inspector offre à la fois une visualisation et une analyse 3D interactives, ainsi qu'une analyse entièrement automatisée et des rapports de type passe/ne passe pas. Les utilisateurs peuvent définir leurs propres rapports d'inspection de rivets basés sur des macros. Avec les rapports automatisés d'inspection de rivets, aucune saisie de l'opérateur n'est requise.
Selon la pièce et la configuration du système de numérisation utilisé, les mesures dimensionnelles peuvent inclure la distance (longueur, hauteur, largeur), le diamètre, l'angle, la rectitude, la planéité, la circularité (arrondi), la cylindricité, le profil d'une ligne, le profil d'une surface, l'inclinaison, la perpendicularité, le parallélisme, la position, la concentricité, la symétrie, le faux-rond circulaires, etc. Voir la liste des mesures dimensionnelles, ainsi que des exemples de telles mesures réalisées par les systèmes de métrologie Novacam 3D.
Mesure d'angle du nuage de points 3D du trou de rivet réalisée dans le logiciel PolyWorks Inspector.
Détection et mesure des défauts
À l'aide de PolyWorks Inspector, les utilisateurs peuvent visualiser le nuage de points 3D de manière interactive pour examiner et mesurer les défauts. En poursuivant avec notre exemple du trou de rivet, nous pouvons facilement observer deux types de défauts sur le diamètre intérieur :
- un défaut de bavure entre la fraisure et le trou de rivet et
- interstices interlaminaires, c'est-à-dire les espaces entre les 3 plaques percées.
Inspection interactive des défauts et mesure des défauts des trous de rivets à l'aide du logiciel PolyWorks Inspector.
Le nuage de points peut également être analysé par programmation, ce qui permet d'automatiser la détection et la mesure des défauts de tailles et de formes prédéfinies.
Avec les systèmes de métrologie 3D Novacam, la détection des défauts (interactive ou programmée) peut également être grandement facilitée par l'utilisation de deux ensembles de données supplémentaires créés par les systèmes : les cartes de hauteur et les cartes d'intensité lumineuse.
Ensembles de données #2 et #3 : Carte d'intensité lumineuse et carte des hauteurs
Les cartes d'intensité lumineuse et de hauteur sont générées en même temps que le fichier de nuage de points 3D. Ces cartes représentent une vue développée de la surface numérisée et sont généralement très utiles pour l'inspection et la mesure des défauts.
- Le carte d'intensité lumineuse est équivalent à une image d'endoscope ou à une photo obtenue par un système de vision : c'est une référence visuelle utile qui fournira des mesures latérales, mais elle ne contient pas de données de hauteur.
- Le carte de relief fournit des valeurs de hauteur de surface d'une précision micrométrique.
Comme le montre notre exemple de trou de rivet, un défaut de broutement particulièrement prononcé (un motif d'ondes de surface) apparaît sur le diamètre intérieur. Le broutement peut être mesuré à partir du nuage de points 3D, mais visuellement, il ne sautait pas aux yeux dans cet ensemble de données particulier. En revanche, les cartes de hauteur et d'intensité lumineuse montrent clairement le motif du broutement à 7 lobes sous forme de bandes diagonales.
Les deux cartes montrent également les espaces interlaminaires. Ces espaces peuvent être mesurés ici ainsi que dans les ensembles de données de nuages de points 3D.
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En plus des données de nuage de points 3D, la carte d'intensité lumineuse et la carte de hauteur facilitent l'analyse des défauts
Les cartes de hauteur et d'intensité lumineuse sont exportées sous forme de 2 fichiers de données distincts. Toutes deux peuvent être visualisées à l'aide du logiciel gratuit ImageJ fourni avec les systèmes de métrologie Novacam 3D. Les deux cartes peuvent être très complémentaires lorsqu'elles sont utilisées ensemble ; les caractéristiques ou les défauts qui se démarquent visuellement sur la carte d'intensité lumineuse peuvent être quantifiés de manière interactive grâce à des mesures 2D ou 3D extraites de la carte de hauteur à l'aide d'ImageJ. Les deux ensembles de données peuvent également être analysés par programme.
Un format alternatif des données 3D – STL (maillage)
On nous demande parfois : pouvez-vous produire un maillage à partir du scan ? La réponse est oui.
Un maillage est une représentation d'un objet 3D utilisant un ensemble de surfaces polygonales. Il offre une vue continue des données de mesure 3D, tout comme si l'on tendait une peau sur les points 3D mesurés.
Le logiciel d'acquisition de données Novacam offre la possibilité d'exporter les données de balayage directement au format STL, qui est une représentation maillée de la surface balayée où toutes les surfaces polygonales (facettes) sont triangulaires. Alternativement, le logiciel PolyWorks Inspector peut être utilisé pour mailler des données de nuage de points 3D et les exporter au format STL.
L'image présentée du maillage STL a été générée à partir d'un scan d'une fraisure de trou de rivet réalisé avec Novacam SurfaceInspect système.
La vue en maillage du chanfrein offre une vue continue de la surface 3D.
Avez-vous besoin de plus d'informations ?
Nous avons présenté les 3 principaux ensembles de données fournis par les systèmes de métrologie Novacam 3D et présenté leur utilisation la plus courante dans les mesures dimensionnelles et de défauts.
Pour en savoir plus, veuillez nous contacter – c’est un plaisir de discuter de vos besoins en matière de mesure 3D.