of 41/41
18. november 2008 Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Hitre in točne brezkontaktne meritve razdalj v industrijskem okolju Doktorska disertacija Jure Rejc Mentor: prof. dr. Marko Munih

Hitre in točne brezkontaktne meritve razdalj v industrijskem okolju

  • View
    60

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Hitre in točne brezkontaktne meritve razdalj v industrijskem okolju. Doktorska disertacija Jure Rejc Mentor: prof. dr. Marko Munih. Potek predstavitve. Uvod Cilji doktorske disertacije Utemeljitev Metodologija Programska oprema Rezultati Zaključki Izvirni prispevki. Uvod. - PowerPoint PPT Presentation

Text of Hitre in točne brezkontaktne meritve razdalj v industrijskem okolju

  • Potek predstavitveUvod

    Cilji doktorske disertacije

    Utemeljitev

    Metodologija

    Programska oprema

    Rezultati

    Zakljuki

    Izvirni prispevki

  • UvodIndustrijskaproizvodnja(ETA Cerkno)Kvalitetni inceneji izdelkiObstoj inkonkurennostmasa, razdalja (dimenzija), temperatura,...Uvajanje novosti v proizvodnjo(stroji, meritve)

  • UvodNajpogosteji naini merjenja razdalj oz. dimenzij v industrijikontaktni:

    - koordinatni merilni stroji (KMS),

    - mikrometri,

    - kljunasta merila.brezkontaktni:

    (laserski) merilniki oddaljenosti,

    sistemi z video kamero,

    indukcijski merilniki, itd.

  • UvodKoordinatni merilni stroji (KMS):

    merilna negotovost

  • Uvod(Laserski) Merilniki oddaljenosti:

    merilna negotovost

  • UvodDoktorska disertacijaRazvoj metod in sistemov za hitromerjenje dimenzij vejih objektov tertono merjenje raztezkov v obmojumikrometrov za potrebe industrije.Primer A

    Sistem za merjenje dimenzijreetke za plinski tedilnik. Primer B

    Sistem za merjenje raztezka membrane diastata med polnjenjem z oljem.

  • Cilji doktorske disertacije Primer A

    Razviti brezkontaktni nain za merjenje dimenzije objekta iz sive litine v fazi pred robotiziranim raziglenjem oziroma ienjem, asovna omejitev opravljanja meritev na zadostnem tevilu izmerjenih tok je 1minuta.

    Doloiti mejo pogreka razvitega merilnega sistema glede na eleno mejo pogreka 0.2 mm.

    Najti nain za matematini opis robov merjenih objektov, saj je bruenje potrebno ravno na mestih, kjer meritve ne podajo dejanske geometrije roba in je potrebno podroje ienja matematino opisati.

  • Cilji doktorske disertacije Primer B

    Razviti in izdelati namenski merilni sistem za spremljanje raztezanja membrane diastata s keraminim gumbom v fazi polnjenja s posebnim oljem z zahtevano mejo pogreka 5 m.

    Izbrati merilnik razdalje, ki bi s svojo majhnostjo, tonostjo in varnostjo za delavce izpolnil zahteve, v nasprotnem primeru pa z uporabo ustreznih metod poskuati njegove karakteristike izboljati.

    Z meritvami in poskusi pokazati, koliko na meritve raztezka in njihov prenos vpliva zahtevno industrijsko okolje; vplive kompenzirati oziroma minimizirati.

  • Utemeljitev Primer A- Material: siva litina (ogljik in elezo),- Dimenzije: 552 x 274 x 19 mm (D x x V),- Granulacija peska: 0.2 mm,- Merilna naprava: KMS,- tevilo izmerjenih tok: 88,- tevilo izmerjenih reetk: 30,- Trajanje meritev na reetki: 7 min.

    Rezultati: povpreni std. odklon: 0.13 mm, najveji std. odklon: 0.31 mm, povpreni abs. pogreek: 0.5 mm, max. abs. pogreek: 1. 47 mm.Vsako reetko potrebno dimenzijsko izmeriti!

  • Utemeljitev Primer APrincipi za izmero dimenzij reetke:

    - kontaktni princip (KMS) asovno potratno,

    - sistem z video kamero vidnost podroij ienja,

    - robot in laserski merilnik oddaljenosti.Merilni sistem:

    robot Epson E2S651 (4DOF), laserski tokovni triangulacijski merilnik oddaljenosti Micro-Epsilon ILD2200-10, namenska programska oprema.Merjenje vejih objektovHitro merjenje

  • Utemeljitev Primer ADinamika spreminjanja robov reetke je uporabljen laserski triangulacijski merilnik ustrezen?

    - proizvajalec ne podaja dinamine karakteristike merilnika.

    Hitrost gibanja robota: 50 mm/s.

    Rob obravnavamo kot sistem 1. reda.

    Mejna frekvenca (m): cca. 10-15 Hz.

    Frekvenca osveevanja podatkov merilnika ILD2200-10: 10 kHz.

  • Programska oprema 1- Primer AZajem koordinat gibanja robota in laserskih meritev profil skeniranega delaFrekvenca zajema podatkov konstantna in visokakonstantnafrekvenca500 Hz

  • Programska oprema 1- Primer ADelovanje gonilnika za zajem koordinat robota in razdalje osveevanje registrov s spremembami pulzov enkoderjev: 500 Hz,

    prekinitvena vrata proenje branja vrednosti - gonilnik: 1 kHz.

    Pogreek meritev pri merjenju objektov z ostrimi robovi prekratke in predolge izmerjene dimenzije.Zaobljeni objekti nekonstantna histereza reili s fiksnimi premiki izmerjenih tok.

  • Programska oprema 2- Primer ANaloge: popravljanje skenirnih napak linearna interpolacija, aproksimacija robov reetke polinomska aproksimacija.Stopnje 4, 6 in 8,variabilno tevilo tok.Toki ienja

  • Metodologija- Primer ADoloanje merilnega pogreka sistema robot-laser s kalibracijskim kvadrom:

    razdeljen na dve polovici ena pobarvana rno mat barvo,

    izmerjena s KMS [U2(m) = (4 + 4.5L(mm)/1000)] prava dimenzija,

    izmerili koordinate 10ih tok z 10 ponovitvami,

    dimenzije: cca. 50.3 51.2 64.7 mm ( V D).

  • Metodologija- Primer AMerilni pogreek sistema robot-laser s kalibracijskim kvadrom:

    kvader v 9ih pozicijah v delovnem obmoju robota,

    pozicija tok enaka kot pri kontaktni meritvi,

    izmerili tako nepobarvano kot pobarvano stran kvadra,

    hitrosti gibanja robota: 10 mm/s, 20 mm/s, 50 mm/s in 100 mm/s,

    gibanje naprej in nazaj ena meritev,

    tevilo ponovitev: 30.

  • Metodologija- Primer APrimerjalne meritve na reetkah:Meritve s KMS:

    - izmerjenih 30 reetk,

    - izmerjenih 88 tok, 1 mm nad zgornjim robom srha,

    - as meritve: 7 minut.Meritve z izdelanim sistemom:

    - izmerjenih 42 reetk,

    - izmerjenih 88 tok, 1 mm nad zgornjim robom srha,

    - as meritve: 45 sekund.

  • Metodologija- Primer ADoloanje dinaminega odziva laserskega merilnika Micro-Epsilon ILD2200-10

    analogni izhodanalogni izhod2 signala napakePCI karticaDAS1002AD (25 kHz)

  • Rezultati- Primer AMerilni pogreek sistema robot-laser s kalibracijskim kvadrom:Merilni pogreekna kvadru pri hitrosti50 mm/s je 0.3 mm.

  • Rezultati- Primer ADoloanje dinaminega odziva laserskega merilnika Micro-Epsilon ILD2200-10Ob prehodu ez oster rob ni opaziti vmesnih vrednosti osveevanje z 10 kHz.

  • Rezultati- Primer ADoloanje dinaminega odziva laserskega merilnika Micro-Epsilon ILD2200-10V bliini ostrega robu kvadra je prilo do nepravilne meritve, merilnik pa tega ne signalizira (Curless et. al).

  • Rezultati- Primer ADoloanje dinaminega odziva laserskega merilnika Micro-Epsilon ILD2200-10Analogna signala napake potrebujeta doloen as za spremembo loginega nivoja.Sprememba nivoja signala napake traja do 0.35 ms.Pri hitrosti skeniranja 100 mm/s to lahko povzroi do 0.02 mm pogreka.

  • Rezultati- Primer AOvrednotenje delnih pogrekov in doloitev neovrednotenih pogrekovOvrednotenje delnih pogrekovDoloitev neovrednotenega pogrekaZakljuki:

    - pri hitrosti 50 mm/s in 100 mm/s je glavni vir pogreka nain delovanja gonilnika,- pri nijih hitrostih so pogreki preveliki in razloga zanje nismo nali.

    Viri pogrekov:

    1) nain delovanja napisanega gonilnika,2) ostri robovi kvadra in nepravilne meritve na robovih,3) poveevanje premera laserskega arka, e le-ta pade preve izven merilnega obmoja,4) zranost sklepov in dimenzijsko odstopanje dimenzij robota od navedenih,5) uporaba kinematinih enab za izraun planarnih koordinat robota,6) neznana vrednost zakasnitve med zajemom enkoderjev, vrednostjo laserskega merilnika ter asom preskoka nivoja obeh signalov napak.

  • Rezultati- Primer APrimerjalne meritve na reetkah: povpreni std. odklon: 0.17 mm (=0.04 mm), najveji std. odklon: 0.32 mm (=0.01 mm), povpreni abs. pogreek: 0.8 mm (=0.3 mm), max. abs. pogreek: 1. 94 mm(=0.47 mm).- Material: siva litina (ogljik in elezo),- Dimenzije: 552 x 274 x 19 mm (D x x V),- Granulacija peska: 0.2 mm,- Merilna naprava: robot+laser,- tevilo izmerjenih tok: 88,- tevilo izmerjenih reetk: 42,- Trajanje meritev na reetki: 45 sekund.

  • Utemeljitev Primer BDiastatPolnjenje diastatov na rotirajoih polnilnih napravahMehanski termostat

  • Utemeljitev Primer BZa pravilno delovanje termostata pravilno napolnjen diastat:

    - termostat oziroma membrana ima dovolj razteznega obmoja za celotno delovno obmoje termostata (t.i. hod naprej),

    - izkljuen termostat ne sme nikoli vklopiti grelnega telesa (t.i. hod nazaj) - varnost,

    - zmanjanje strokov zaradi slabo napolnjenih diastatov (100% kontrola),

    - izpolniti kriterije, ki jih postavljajo standardi (vklop grela pri sobni temperaturi).

  • Utemeljitev Primer B

  • Utemeljitev Primer BPrincipi za merjenje raztezka membran med polnjenjem:

    - kontaktni princip najtoneje meritve, samo 2.5 s za rono vpenjanje, pomanjkanje prostora,

    - sistem z video kamero pomanjkanje prostora,

    - merilnik oddaljenosti ustrezna meja pogreka (< 0.01 mm), majhna merilna glava za eno polnilno glavo, varnost za delavce (oi), analogen izhod (slabost).Merilni sistem na polnilni napravi:

    tokovni merilnik oddaljenosti Keyence PT-165, mikrokrmilnik zajem, analiza in oddaja izmerjenih vrednosti,- WLAN vmesnik MOXA NPort W2150.

  • Utemeljitev Primer BDinamika raztezanje membrane med polnjenjem na polnilnih napravah je uporabljen brezkontaktni merilnik ustrezen?

    - proizvajalec podaja dinamino karakteristiko merilnika mejna frekvenca (1 ms): 400 Hz. Polnilna naprava t. 4 najstrmeja karakteristika.

    Polnilni tlak: 7 bar.

    Temperatura polnilnega olja: 27.1C.

    Strejceva metoda sistem 2. reda.

    Mejna frekvenca (m): cca. 5 Hz.

    Mejna frekvenca uporabljenega merilnika: 400 Hz.

  • Metodologija- Primer BMerjenje raztezka membrane z mejo pogreka 5 mindustrijsko okolje - vibracije, - umazanija, - elektromagnetne motnje.Loljivost digitalnega signala je 0.5 m/bit.MAX 128 AD pretvornik 12 bit - interna referenca: 4.096 V, - uporabljeno merilno podroje: 2.048 V.merilno obmoje merilnika od 0 mm do 2 mmmeritve v podroju mnajveji raztezekmembrane 0.5 mmpravilno delovanje podsistemov: - minimizacija uma, - prenos podatkov.

  • Metodologija- Primer BMerilna karakteristika merilnika oddaljenosti Keyence PT-165: - merilno obmoje: 2 mm, - velikost pike: 1.5 mm, - vir svetlobe: rdea LED, - linearnost in merilna negotovost: nista podani.merilnik oddaljenostimerilni mehanizemreferenni mikrometerMitutoyo MHD-164-161: merilna negotovost: 2 m, loljivost: 1 m.

  • Metodologija- Primer BStabilnost meritev merilnika oddaljenosti Keyence PT-165:merjenje fiksne razdalje (d)(AD MAX197 12bit - 5V)proizvodni prostorias: 4 ureT: cca. 4Cd

  • Metodologija- Primer BPolnilne karakteristike konna kontrola: merilnik oddaljenosti, mikrokrmilniki sistem, brezini prenos podatkov, obstojee matematine formule.Primerjava meritev raztezka glede na rezultate konne kontrole.

  • Programska oprema- Primer Bzajem, analiza in poiljanje izmerjenih podatkovlinearizacija merilne karakteristike s polinomom 4. stopnjeuporabnikivmesnik

  • Rezultati- Primer BMerilna karakteristika merilnika oddaljenosti Keyence PT-165:

  • Rezultati- Primer BStabilnost meritev merilnika oddaljenosti Keyence PT-165:Sprememba v asovni enoti 120 sekund (as polnjenja diastata) je zanemarljiva.as: 4 ure, T: cca. 4Cd: 15 m.Posledicaaluminijastegavpetja?

  • Rezultati- Primer BHod nazaj konna kontrola tip 715-601:

  • Rezultati- Primer BHod nazaj konna kontrola tip 715-680:

  • Rezultati- Primer BHod nazaj konna kontrola tip 715-697:

  • ZakljukiPrimer A:projekt robotiziranega raziglenja reetk je zakljuen in zaradi poslovnih razlogov ni bil implementiran,

    mona uporaba v drugih industrijskih projektih,

    izbira kvadra kot objekta za doloanje meje pogreka sistema, zaradi ostrih robov, ni ustrezna,

    primerjava kontaktnih in brezkontaktnih meritev ter rezultati robotskega bruenja (ienja) reetk so bili zelo dobri.

    Primer B:sistem je v delovanju eno leto in deluje brez teav na vseh polnilnih napravah,

    zmanjal se je izmet diastatov ter zmanjal obseg kontrole hodov diastatov,

    omogoen je bil prehod polnjenja nekaterih diastatov iz ronega polnjenja na bolj ekonomino polnjenje na rotirajoih napravah,

    regulacija polnilnega tlaka je omogoila prehod na polnjenje nekaterih tipov diastatov na nain izven glave, kar se odraa pri prihranku materiala in manjemu izmetu termostatov na justiranju ter posledino manjemu obsegu popravil,

    skupni letni prihranek na raun vpeljave sistema je vsaj 133.000,00 ,

    trenutno se merijo raztezki membran s keraminim gumbom, vendar so v proizvodnji tudi take z refleksivno kovinsko ploico, ki pa trenutnemu merilniku predstavljajo teavo, saj je odboj zrcalen in ne difuzen.

  • Izvirni prispevkiRazvoj metodologije merjenja in umerjanje sistema za brezkontaktno dimenzijsko merjenje izdelkov iz sive litine z robotom in laserskim triangulacijskim merilnikom razdalje.

    Hitra izvedba brezkontaktnih dimenzijskih meritev reetke iz sive litine z robotom in laserskim triangulacijskim merilnikom razdalje.

    Razvoj metodologije merjenja raztezka membrane v fazi polnjenja diastata s polnilnim oljem.

    Razvoj tonega merilnega sistema za merjenje raztezka membrane v fazi polnjenja diastata s polnilnim oljem v mikrometrskem obmoju.

    Uporaba polinomov vijih stopenj pri aproksimaciji robov merjenih objektov in kompenzaciji nelinearnosti merilnikov oddaljenosti.

  • Hvala za pozornost!