Application of 3D scanning techniques for large-scale objects manufactured on CNC welding machine

• Autorzy: Grudziński M. , Okarma K. , Pajor M. , Tecław M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2016-0019

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie technik skanowania 3D do wielkogabarytowych przedmiotów wytwarzanych na maszynach spawających CNC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The modern CNC machines and applied advanced manufacturing technologies allow to enable fast accurate and elastic production, supporting the operator. At the same time the so called machine vision systems become more and more significant. Particular group of such devices, called 3D scanners, can achieve the accuracy of modern CNC machines and allow to control the quality of manufactured objects within less than one minute. In this research work a prototype of the vision scanning system for measuring the hole geometry is presented. The proposed optical device will be integrated with the IMCM machine, produced by Promotech company for large-scale objects welding. Reconstruction of the distorted edge will allow to correct the tool path for welding and edge beveling. A number of advanced procedures for image acquisition and processing, structured lights techniques, as well as 3D reconstruction have been developed and tested. Moreover, the calibration procedures for cameras with the help of coded markers have been proposed and simple interface for the operator has been created. Estimation of environmental factors, markers recognition and illuminating conditions for the final quality of reconstructed geometry required a series of complex experiments.

PL

Nowoczesne rozwiązania mechatroniczne, stosowane do maszyn wytwórczych, w coraz większym stopniu wspomagają operatora i umożliwiają przyspieszenie produkcji. Jednocześnie coraz większe znaczenie odgrywają układy tzw. wizji maszynowej i różne rodzaje optycznych urządzeń pomiarowych. Skanery 3D osiągnęły dokładność umożliwiającą np. kontrolę jakości na maszynach CNC – czas pomiaru ich geometrii < 1 min. W pracy przedstawiono analizę wyników badań i prototypowe urządzenie optyczne do pomiaru geometrii otworów wycinanych w wielkogabarytowych konstrukcjach stalowych. Zaproponowany skaner 3D, zainstalowany na portalowej spawarce IMCM firmy Promotech, umożliwi szybkie skanowanie zniekształconych krawędzi i przekształcenie jej w trajektorię ruchu narzędzia spawającego. Zaprogramowano zaawansowane procedury przetwarzania obrazów, technik oświetlenia strukturalnego i rekonstrukcji 3D. Zaproponowano procedury kalibracji z użyciem markerów kodowanych oraz interfejs operatora z wizualizacją procesu pomiarowego. Wykonano eksperymenty mające na celu ocenę wpływu otoczenia, rodzaju oświetlenia i rozmiarów przestrzeni pomiarowej na dokładność odwzorowania geometrii.

Słowa kluczowe

EN

CNC machine; 3D scanner; structural light; geometry measurement; stereovision

PL

maszyna CNC; skaner 3D; oświetlenie strukturalne; pomiary geometrii; stereowizja

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 40, nr 4
• Strony: 15--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Grudziński M.

• Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology, Szczecin

autor

Okarma K.

• Faculty of Electrical Engineering, West Pomeranian University of Technology, Szczecin

autor

Pajor M.

• Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology, Szczecin

autor

Tecław M.

• Faculty of Electrical Engineering, West Pomeranian University of Technology, Szczecin

Bibliografia

• [1] R. ŁABUDZKI, R. S. LEGUTKO: Applications of machine vision. Manufacturing Engineering, 10(2011)2, p. 27-29.
• [2] H. GOLNABIA, A. ASADPOURB: Design and application of industrial machine vision systems. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 23(2007)12, p. 630-637, December 2007.
• [3] http://www.promotech.eu/en/products/5-axis-portable-cnc-cutting-and-weldingmachines/.
• [4] T. LUHMANN, S. ROBSON, S. KYLE, I. HARLEY: Close range photogrammetry: principles, methods and applications. Whittles Publishing, London 2006.
• [5] S. ZHANG, R. CHUNG: Grid point extraction and coding for structured light system. Optical Engineering, 50(9), 2011.
• [6] E.A. RAGLAND: Direction-sensitive binary code position control system. U.S. Patent 2823345, 1958.
• [7] S. ZHANG: High-resolution, real-time 3-D shape measurement. PhD thesis, Stony Brook University, Song Zhang, China 2005.
• [8] S. ZHANG, P.S. HUANG: Novel method for structured light system calibration. Optical Engineering, 45(2006)8.
• [9] L. BAOZHANG, C. YANPING: Edge subpixel location of ellipse in computer vision measurement. Proc. 3rd Inter. Conference on Advanced Computer Control, Harbin, China 2011.
• [10] G.T. SHRIVAKSHAN, D.C. CHANDRASEKAR: A comparison of various edge detection techniques used in image processing. International Journal of Computer Science Issues, 9(2012)1.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).