Messarme
OnyxAceMessarme
mit 3D-Scannern
Onyx SkylineAce Skylinemit 3D-Scannern
Eine Norm für den einfachen Vergleich von 3D-Scannern für die Metrologie
Bei der Abwicklung von Qualitätsprozessen in einem industriellen Umfeld ist es wichtig, dass man sich auf ein Messinstrument verlassen kann. Ein Scanner mit guten Spezifikationen und klar definierten Grenzwerten kann besser eingesetzt werden und liefert konsistente Ergebnisse für die jeweilige Anwendung. Durch die Standardisierung der Tests für alle Hersteller sorgt die ISO 10360-8 für Konsistenz, Klarheit und damit für Vertrauen in die Spezifikationen von Scannern.
In der Vergangenheit hat jeder Hersteller Tests verwendet, die seine jeweiligen Produkte am besten zur Geltung brachten. Das auffälligste Beispiel ist die Angabe der Formabweichung bei Scannermessungen. Vergleichen wir zwei Scanner, die einen Formfehler von 15 µm bzw. 18 µm aufweisen. Auf den ersten Blick scheint der erste Scanner besser zu sein, außer dass sein Formfehler mit 1 Sigma (σ) angegeben wird und der des zweiten mit 2 σ. Das bedeutet, dass das erste Ergebnis 68 % der genauesten Punkte berücksichtigt, und nicht 95 % wie das zweite (siehe Abbildung 2.3). In der Tat ist es sehr wahrscheinlich, dass der zweite Scanner besser abschneidet. Einem aufmerksamen Beobachter mag dieser Trick zwar auffallen, aber die von den Herstellern entwickelten speziellen Tests machen einen Vergleich zwischen den Produkten nahezu unmöglich.
Die Norm deckt ein breites Spektrum an Technologien ab, so dass die Leistung sehr unterschiedlicher Systeme verglichen werden kann. Typische Messprinzipien sind die Triangulation und die koaxiale Abstandsmessung. Zu ersteren gehören strukturierte Linienprojektion, Moiré, Spaltlichtprojektion, Punktabtastung usw., zu letzteren Interferometrie und konfokale Systeme.
Da Kreon-Scanner nach dem Prinzip der Lasertriangulation arbeiten, müssen sie bei der Prüfung nach ISO 10360-8 mit einem KMG linear bewegt werden. Es sind zahlreiche Prüfungen definiert, die in vielen Fällen eine gute Bewertung der Leistungsmerkmale sowohl des KMG als auch des Scanners ermöglichen. Die Prüfungen für Scanner ermitteln folgende Fehler: Rauschen, Digitalisierungsfehler, Bildverzerrung, optische Wechselwirkung mit der Probenoberfläche, Normierungsfehler, falscher Algorithmus. Die folgende Analyse stützt sich auf drei wesentliche Prüfungen, die von Kreon verwendet werden.
MPE (P[Größe.Sph.All:Tr:ODS])
Mit diesem Test wird der Abtastfehler bei der Messung eines Maßes ermittelt.
Er wird an einer Referenzkugel durchgeführt und gibt die Differenz zwischen dem vom Scanner gemessenen Durchmesser (der nach der Methode der kleinsten Quadrate aus allen gescannten Punkten abgeleitet wird) und dem tatsächlichen Durchmesser der gescannten Kugel an. Je näher das Ergebnis bei 0 liegt, desto genauer ist der Scanner bei der Messung der Größe von geometrischen Formen.
Wie wir vorgehen (Zahlen 1.1 und 2.1)
MPL (P[Form.Sph.D95%:Tr:ODS])
Dieser Test bestimmt die Verteilung der Punkte auf einer gescannten Oberfläche (Abb. 1.2).
Er kann zur Beurteilung des Messrauschens verwendet werden. Auf einer kalibrierten Kugel wird eine Umhüllung um die Kugel (wie eine Schale) gezeichnet, die 95 % der gescannten Punkte abdeckt (2 σ). Für das Testergebnis wird die Dicke der Hülle durch zwei geteilt, da sie mit +/-2 σ angegeben wird. Je näher der Wert bei Null liegt, desto weniger verrauscht ist die Punktwolke.
Wie wir vorgehen (1.2 und 2.2 Zahlen)
MPL (P[Form.Pla.D95%:Tr:ODS])
Dieser Test ergänzt den vorangegangenen, wobei die gleichen Prinzipien angewandt werden. Hier wird die Laserlinie in ihrer Gesamtheit geprüft und nicht nur teilweise wie bei der Kugel.
Das Messrauschen wird anhand einer Ebene und nicht anhand einer Kugel bestimmt. Der Test deckt 95% der gescannten Punkte zwischen zwei parallelen Ebenen ab. Für das Testergebnis wird der Abstand zwischen diesen beiden Ebenen durch zwei geteilt, da er mit +/-2 σ angegeben wird. Je näher der Wert bei Null liegt, desto weniger verrauscht ist die Punktwolke.
Wie wir vorgehen (Abbildungen 1.3 und 2.2)
Ausdruck von Tests auf einer Gaußschen Kurve, die die Grundgesamtheit der Punkte um ihren Mittelwert darstellt.
- P = Leistung.
P bezieht sich auf einen Leistungsparameter des Scanners, wie z. B. den Verteilungswert der Punktwolke.
- E = Erreur.
E bezieht sich auf einen Messfehler, wie z. B. einen Fehler in der Größe einer Kugel.
Eine maximal zulässige Grenze (MPL) im Gegensatz zu einer maximal zulässigen Fehlergrenze (MPE) wird verwendet, wenn die Testmessungen keine Fehler sind; daher erfordert die Prüfung einer MPL-Spezifikation nicht die Verwendung von Artefakten mit einer entsprechenden Kalibrierung.
Die vom Hersteller angegebenen MPL- und MPE-Werte garantieren, dass das betreffende System besser abschneidet als die zulässigen Höchstwerte.
Die LDia-Prüfung bestimmt die Leistung von KMGs mit Gelenkarm. Dabei wird eine Kugel mit einem Scanner in 5 verschiedenen Ausrichtungen gemessen. Durch die Kombination von KMG-Fehlern und Fehlern des rotierenden Kopfes (z. B. PH10) gehört sie zu den Prüfungen, die sich auf Fehler von Gelenksystemen und nicht auf die von Scannern konzentrieren. Aus diesem Grund nehmen wir bei Kreon dieses Ergebnis nicht in unsere Scanner-Spezifikationen auf.
Bei der Konfiguration eines KMG mit einem Scanner kann diese Prüfung jedoch nützlich sein, um insbesondere die Unsicherheiten im Zusammenhang mit einem Mehrfach-Indexierungskopf zu überprüfen.
Die Prüfungen zur Längenmessung sind mit erheblichen Bewegungen des KMG verbunden und gehören daher zu den Prüfungen, die bei der Prüfung des KMG und nicht speziell des Scanners durchgeführt werden müssen.
Zahlreiche Tests beruhen auf einer sehr starken Reduzierung der Punkte in der Wolke, wobei bis zu 25 Punkte beibehalten werden. Von den verschiedenen Methoden, die zur Auswahl dieser Punkte zur Verfügung stehen, besteht die einfachste darin, in jeder der 25 gleichmäßig verteilten Zonen einen einzigen Punkt auszuwählen. Dies erleichtert die Auswahl der 25 besten Punkte und gewährleistet hervorragende Ergebnisse, die keineswegs die Leistung des Scanners bei normalem Gebrauch widerspiegeln.
Die Norm ISO 10360-8, die sich besonders für Scanner auf einem KMG eignet, liefert zuverlässige Spezifikationen für ein breites Spektrum von Scannern mit unterschiedlichen Technologien. Ihre zunehmende Verbreitung ist eine große Hilfe, um die Leistungsdaten von handelsüblichen Scannern verständlicher zu machen. Käufer, Messtechniker und Ingenieure können sich nun ein wirkliches Bild von diesem ständig wachsenden Produktangebot machen. Um dieses Streben nach Transparenz und Klarheit zu unterstützen, hat sich Kreon seit 2016 verpflichtet, alle neuen Scanner-Spezifikationen auf die ISO 10360-8 zu stützen.
