NOWA METODA USTAWIANIA NAPĘDÓW PRZEMYSŁOWYCH



Podobne dokumenty
Nowa metoda ustawiania napędów przemysłowych

Zbigniew Figiel, Piotr Dzikowicz. Skanowanie 3D przy projektowaniu i realizacji inwestycji w Koksownictwie KOKSOPROJEKT

Temat: Zaprojektowanie procesu kontroli jakości wymiarów geometrycznych na przykładzie obudowy.

INŻYNIERIA ODWROTNA - praktyczne zastosowania. dr inż. Ireneusz Wróbel Katedra Podstaw Budowy Maszyn, ATH w Bielsku-Białej

Utworzenie dokumentacji bryłowej na podstawie skanów 3D wykonanych skanerem scan3d SMARTTECH

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

Karolina Żurek. 17 czerwiec 2010r.

Projekt rejestratora obiektów trójwymiarowych na bazie frezarki CNC. The project of the scanner for three-dimensional objects based on the CNC

Temat: Skanowanie 3D obrazu w celu pomiaru odkształceń deski podobrazia

Inżynieria odwrotna w modelowaniu inżynierskim przykłady zastosowań

Problematyka budowy skanera 3D doświadczenia własne

OBLICZANIE NADDATKÓW NA OBRÓBKĘ SKRAWANIEM na podstawie; J.Tymowski Technologia budowy maszyn. mgr inż. Marta Bogdan-Chudy

Przemysław Kowalski Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej PAN


Metodyka projektowania cyfrowych modeli produktów z wykorzystaniem wybranych technik inżynierii odwrotnej

System automatycznego odwzorowania kształtu obiektów przestrzennych 3DMADMAC

DROGA ROZWOJU OD PROJEKTOWANIA 2D DO 3D Z WYKORZYSTANIEM SYSTEMÓW CAD NA POTRZEBY PRZEMYSŁU SAMOCHODOWEGO

Raport z przeprowadzonych badań. Temat: Zaprojektowanie sposobu pomiaru wywroczyny oraz kontroli procesu gojenia.

Politechnika Warszawska Wydział Mechatroniki Instytut Automatyki i Robotyki

ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII WIRTUALNEJ RZECZYWISTOŚCI W PROJEKTOWANIU MASZYN

WÓJCIK Ryszard 1 KĘPCZAK Norbert 2

(13)B1 PL B1. (54) Sposób oraz urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości BUP 21/ WUP 04/99

OCENA ODWZOROWANIA KSZTAŁTU ZA POMOCĄ WSPÓŁRZĘDNOŚCIOWEGO RAMIENIA POMIAROWEGO WYPOSAŻONEGO W GŁOWICĘ OPTYCZNĄ

DIGITAL PHOTOGRAMMETRY AND LASER SCANNING IN CULTURAL HERITAGE SURVEY

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 14/14. ZBIGNIEW PATER, Turka, PL JANUSZ TOMCZAK, Lublin, PL

Planowanie, realizacja i dokumentacja wzorcowego procesu digitalizacji 3D

Projektowanie Wirtualne bloki tematyczne PW I

Nowa metoda pomiarów parametrów konstrukcyjnych hełmów ochronnych z wykorzystaniem skanera 3D

Tolerancje kształtu i położenia

TELEDETEKCJA Z ELEMENTAMI FOTOGRAMETRII WYKŁAD 10

WPŁYW USTALENIA I MOCOWANIA KORPUSÓW PRZEKŁADNI TECHNOLOGICZNIE PODOBNYCH NA KSZTAŁT OTWORÓW POD ŁOŻYSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY. Optoelektroniczne pomiary aksjograficzne stawu skroniowo-żuchwowego człowieka

MarGear. Technika pomiarów uzębień

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

Prof. Eugeniusz RATAJCZYK. Makrogemetria Pomiary odchyłek kształtu i połoŝenia

PL B1. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL INSTYTUT TECHNOLOGII EKSPLOATACJI. PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY, Radom, PL

TECHNOLOGIA MASZYN. Wykład dr inż. A. Kampa

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

DIGITALIZACJA GEOMETRII WKŁADEK OSTRZOWYCH NA POTRZEBY SYMULACJI MES PROCESU OBRÓBKI SKRAWANIEM

Sprawozdanie z pomiaru naziemnym skanerem laserowym ScanStation części Zamku Kapituły Warmińskiej w Olsztynie

BADANIE NOŚNOŚCI POŁĄCZENIA SKURCZOWEGO

The development of the technological process in an integrated computer system CAD / CAM (SerfCAM and MTS) with emphasis on their use and purpose.

SPOSOBY POMIARU KĄTÓW W PROGRAMIE AutoCAD

PROPOZYCJA PRZEDMIOTÓW WYBIERALNYCH W SEMESTRZE III DLA STUDENTÓW STUDIÓW STACJONARNYCH (CYWILNYCH) nabór 2007 Kierunek MECHANIKA I BUDOWA MASZYN

Oprogramowanie FormControl

Automatyczne tworzenie trójwymiarowego planu pomieszczenia z zastosowaniem metod stereowizyjnych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Skanery 3D firmy Z Corporation Z Corporation

Grafika inżynierska. Ćwiczenia. mgr inż. Kamil Wróbel. Poznań 2017

Koncepcja pomiaru i wyrównania przestrzennych ciągów tachimetrycznych w zastosowaniach geodezji zintegrowanej

OPRACOWANIE MODELU UKŁADU WYMIANY ŁADUNKU SILNIKA SUBARU EJ25 Z ZASTOSOWANIEM METODY INŻYNIERII ODWROTNEJ (REVERSE ENGINEERING)

KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN. Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z elementów analizy obrazów

Aplikacje Systemów. Nawigacja inercyjna. Gdańsk, 2016

METODA POMIARU DOKŁADNOŚCI KINEMATYCZNEJ PRZEKŁADNI ŚLIMAKOWYCH

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

Ćwiczenie nr 8 - Modyfikacje części, tworzenie brył złożonych

PL B1. Sposób prostopadłego ustawienia osi wrzeciona do kierunku ruchu posuwowego podczas frezowania. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL

Biuletyn techniczny Inventor nr 27

Przykłady realizacji dokumentacji przestrzennej obiektów zabytkowych

O Sposobie Sprawdzania Urządzeń do Pomiaru Geometrii Kół

Proces technologiczny. 1. Zastosowanie cech technologicznych w systemach CAPP

Tolerancja kształtu i położenia

Modelowanie i wstęp do druku 3D Wykład 1. Robert Banasiak

Profil FARO. FARO Technologies Inc. USA. FARO Europe GmbH & Co. KG

22. SPRAWDZANIE GEOMETRII SAMOCHODU

SPIS TREŚCI STRESZCZENIE...8 SUMMARY...9 I. WPROWADZENIE... 10

PL B1. POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA, Kielce, PL BUP 07/19. PAWEŁ ZMARZŁY, Brzeziny, PL WUP 08/19. rzecz. pat.

Projektowanie i symulacja systemu pomiarowego do pomiaru temperatury

Oferta badawcza Politechniki Gdańskiej dla przedsiębiorstw

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

Pomiar prędkości obrotowej

WYTWARZANIE MECHANIZMÓW METODĄ FDM

Naziemne skanowanie laserowe i trójwymiarowa wizualizacja Jaskini Łokietka

Technologiczny zapis konstrukcji, nowe wytyczne zawarte w normie *EN ISO 1101

WPŁYW METODY DOPASOWANIA NA WYNIKI POMIARÓW PIÓRA ŁOPATKI INFLUENCE OF BEST-FIT METHOD ON RESULTS OF COORDINATE MEASUREMENTS OF TURBINE BLADE

Laboratorium metrologii

Zastosowanie optycznej techniki pomiarowej w przemyśle ceramicznym

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 26/16. ZBIGNIEW PATER, Turka, PL JANUSZ TOMCZAK, Lublin, PL PAULINA PATER, Turka, PL

Z a p r o s z e n i e n a W a r s z t a t y

Zastosowanie deflektometrii do pomiarów kształtu 3D. Katarzyna Goplańska

Spis treści Przedmowa

THE ANALYSIS OF THE MANUFACTURING OF GEARS WITH SMALL MODULES BY FDM TECHNOLOGY

MMB Drives 40 Elektrownie wiatrowe

KONTROLA JAKOŚCI ODKUWEK I MATRYC / ARCHIWIZACJA I REGENERACJA MATRYC

GEODEZJA WYKŁAD Pomiary kątów

MODEL STANOWISKA DO BADANIA OPTYCZNEJ GŁOWICY ŚLEDZĄCEJ

Układy współrzędnych GUW, LUW Polecenie LUW

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

Skanowanie laserowe w pomiarach elementów infrastruktury transportu szynowego

KRYTERIA OCENY PARAMETRÓW KÓŁ POJAZDÓW POWYPADKOWYCH

PL B1. System kontroli wychyleń od pionu lub poziomu inżynierskich obiektów budowlanych lub konstrukcyjnych

NX CAD. Modelowanie powierzchniowe

Systemy skanerów 3D. Profesjonalne systemy skanerów 3D dla Przemysłu

Pelagia BIŁKA Magda PLUTA Bartosz MITKA Maria ZYGMUNT

Aparaty słuchowe Hi-Fi z Multiphysics Modeling

Wprowadzenie Cel projektu

Synteza i obróbka obrazu. Modelowanie obiektów 3D

Projekt stanowiska robota przemysłowego IRB 120

METODYKA BADAŃ DOKŁADNOŚCI I POWTARZALNOŚCI ODWZOROWANIA TRAJEKTORII ROBOTA PRZEMYSŁOWEGO FANUC M-16iB

POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji

Transkrypt:

201 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) 1 Zbigniew Plutecki, Sławomir Szymaniec, Janusz Smykała Politechnika Opolska, Opole NOWA METODA USTAWIANIA NAPĘDÓW PRZEMYSŁOWYCH A NEW METHOD FOR SETTING INDUSTRIAL DRIVES Streszczenie: W artykule przedstawiono sposób wykorzystania inżynierii odwrotnej w diagnostyce wytwarzania, montażu i ustawień napędów przemysłowych maszyn obrotowych wielkogabarytowych na przykładzie suszarni bębnowej. Podstawą proponowanej metody jest bezdotykowy i bardzo szybki pomiar laserowy geometrii 3D obiektów rzeczywistych podczas ich wytwarzania i montażu. Na tej podstawie tworzona jest gęsta chmura punktów zawierających miliony punktów zorientowanych w przyjętym układzie współrzędnych 3D i które składają się na szczegółowy obraz badanego obiektu. W proponowanej metodzie otrzymane punkty zostały połączone w trójkąty tworząc przestrzenną siatkę, a następnie dokonano transformacji na powierzchnie, na podstawie których wyznaczono podstawowe relacje geometryczne (kątowe i liniowe) między ważniejszymi elementami suszarni. Poprzez wykorzystanie narzędzi informatycznych takich, jak Inventor i SolidWorks ustalono dokładność wykonania bardzo ważnych elementów maszyny z punktu widzenia pracy napędu, a których wyznaczenie tradycyjnymi metodami pomiarowymi, ze względu na kształt i wymiary badanych części, jest bardzo trudny. Opisana w artykule metoda pozwoliła zmierzyć rzeczywiste odchyłki montażowe kształtów, jak i wzajemnej prostopadłości wybranych części. Na tej podstawie dokonano jakościowego sprawdzenia, czy rzeczywista odchyłka mieści się w granicach dopuszczalnej tolerancji wykonania. Abstract: In paper shows run a 3d scan elements revolving drum dryer Trimble scanner and processing point cloud created by manufacturing scale-ning. Trimble scanner is an advanced laser device designed for use wherever you need quickly obtain accurate data. The result was scanning point cloud that has been treated with a view to removing unnecessary points and noise. The resulting points are combined to form a network of triangles. Transforming the grid allowed to change it to the surface, has been appointed the angle between the elements of the dryer. Through the use of tools such as Inventor or SolidWorks 4 was determined by the accuracy of the machining and processing of the mechanical most important elements of the machine, which determine by measuring the elements due to the size and shape of parts is not possible. That method allows determine the limiting deviation in the implementation of part or the whole machine, having a runtime error tolerances and squareness. Słowa kluczowe: maszyny obrotowe, inżynieria odwrotna, skaning 3D, diagnostyka ustawiania napędów maszyn Keywords: rotating machines, reverse engineering, 3D laser scanning, diagnostic the setting drives of machine 1. Wstęp System skaningu 3d jest dziś dynamicznie rozwijającą się technologią pomiarów przestrzennych, dzięki czemu znajduje zastosowanie w coraz to nowych dziedzinach techniki i nauki. Możliwości, które wyróżniają tę metodę to określenie współrzędnych w przestrzeni, wizualizacja dowolnego obszaru skomplikowanych obiektów, konstrukcji, budynków, czy wnętrz z dużą szybkością i dokładnością. Coraz dokładniejsza technika pomiaru jak i możliwość opracowań wyników powoduje wdrażanie tej technologii do coraz to nowych zastosowań przemysłowych, w tym również diagnostyki ustawiania napędów [6, 8, 20]. Dane pozyskane metodą skaningu laserowego można poddać dowolnej obróbce przy użyciu specjalistycznego oprogramowania mającego funkcję modelowania i wizualizacji [6, 11, 12]. Uzyskane w ten sposób obiekty wirtualne łatwo analizować w zakresie wzajemnego położenia obiektów i wyznaczenia na tej podstawie jakościowych wskaźników oceny położenia i kształtu [11, 12]. W niniejszej pracy wskazano przydatność stosowania technologii bezdotykowego skaningu laserowego w procesie produkcyjnym maszyn wielkogabarytowych na przykładzie suszarni bębnowej. Podczas produkcji takich maszyn głównym problemem technicznym jest prawidłowe ustawienie napędu względem innych elementów ruchomych tej maszyny oraz zachowanie współosiowości bębna oraz rolek za

202 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) pośrednictwem, których realizowany jest ruch obrotowy. 2. Opis badanej maszyny Do badań wybrano obiekt odznaczający się dużymi gabarytami, złożoną konstrukcją i elementami, które podczas pracy się obracają. Zaproponowany do badań obiekt to suszarnia bębnowa zwana również suszarnią obrotową. Jej czas bezawaryjnej pracy w dużej mierze zależy od jakości montażu i ustawienia napędu. Największą trudność stanowi zachowanie współosiowości wszystkich obracających się elementów [8]. Rys. 1. Przykładowa suszarnia bębnowa a) b) c) d) Rys. 2. Elementy montażowe mające wpływ na trwałość eksploatacyjną suszarni: a) kołnierz centrujący, b) kołnierz wraz z wałem napędowym, c) układ rolkowy, d) gniazdo łożyskowe rolki Suszarnie bębnowe są stosowane przy produkcji np. zapraw w przemyśle budowlanym i cementowo-wapienniczym oraz suszarnictwie artykułów spożywczych. W zależności od suszonego materiału, stosuje się w suszarniach różne średnice, długości i prędkości obrotowe. Średnica bębna może osiągać wymiar do 2,5 m przy długości sięgającej nawet kilkanaście metrów. Przykład suszarni bębnowej przedstawiono na rysunku 1. Główne elementy mające wpływ na trwałość użytkowania suszarni ze względu na zachowanie osiowości przedstawiono na rysunku 2. 3. Charakterystyka problemu Suszarnia bębnowa jest urządzeniem, które ze względu na gabaryty oraz błędy owalności i wymiarów liniowych jest trudnym obiektem do sprawdzenia poprawności wykonania. Jednym z jakościowych ograniczeń jest zachowanie owalności bębna. Na proces produkcji korpusu bębnowego wchodzi szereg operacji takich jak cięcie, podginanie, walcowanie, kalibrowanie, spawanie [5, 8]. Przy każdej z tych operacji może powstać odchyłka od wymaganych wymiarów. Również pierścienie jezdne, które są wykonane na specjalistycznych maszynach obróbki skrawaniem (maszyny typu CNC) z zachowaniem dopuszczalnych tolerancjami podczas zamocowania na korpusie wymagają zachowania dokładnego ustawienia względem osi suszarni i prostopadłości do podstawy [3, 4]. W takich warunkach bardzo łatwo o popełnienie błędu podczas ustawienia np. pierścieni, dla montażu których dopuszczalna tolerancja poprawnego wykonania wynosi +/-0,2mm [8]. Następną istotną trudnością jest zamocowanie wału napędowego przenoszącego ruch obrotowy względem korpusu bębna [5]. Ze względu na technologię wykonania oraz gabaryty, bardzo łatwo o niedokładność. Niedokładności i błędy ustawień ww. elementów mają bezpośredni wpływ na nadmierne zużywanie się rolkowych elementów jezdnych. Rolki wraz z pierścieniami praktycznie nie zużywają się podczas prawidłowej pracy. Rolki równomiernie obciążone na całej powierzchni styku wykonują ruch obrotowy bez udziału sił skośnych. Wystąpienie sił skośnych skutkuje lokalnym skrawaniem pierścieni i rolek [8]. 4. Przyjęta metodyka badań Proponowana metoda ustawiania napędów polega na wykorzystaniu skaningu laserowego 3D jako źródła pozyskania informacji o kształtach

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) 203 i wymiarach rzeczywistych obiektów. Zgromadzone podczas takich pomiarów wyniki w postaci tzw. chmury punktów zostaną wykorzystane do opracowania modelu wirtualnego wszystkich istotnych elementów badanego obiektu z punktu widzenia prowadzonej analizy. Modele wirtualne zostaną opracowane w środowiskach CAD/CAM. Modelowanie polega na zdefiniowaniu wszystkich danych o obiektach, a także wskazanie związków zachodzących pomiędzy nimi. Są one niezbędne do prawidłowego wyświetlenia i zrealizowania wzajemnej interakcji [1, 2, 3, 9, 15, 16]. Podstawowymi rodzajami tworzonych modeli są [15]: modele analityczne, modele szkieletowe, powierzchnie aproksymujące: krzywe Beziera, b-spline, NURBS konstrukcyjna geometria bryłowa (solid modeling), drzewa ósemkowe. Uzyskany w ten sposób model wirtualny 3D jest obiektem wektorowym, dla którego każdy punkt znajdujący się na dowolnej powierzchni można wyrazić współrzędnymi położenia: x, y, z [16, 17, 18, 19]. Model 3D może posiadać bazę danych opisowych oraz teksturę opisującą właściwości powierzchniowe obiektu [1, 2, 17, 18]. Kolejnym etapem przyjętej metodyki jest dokonanie analizy położenia obiektów w przestrzennym układzie współrzędnych w oparciu o zbiór działań na jednej bądź kilku warstwach informacyjnych. Stanowi o tym zbiór procedur, których wynik działania uzależniony jest od położenia danych wejściowych w przestrzeni. Analizy przestrzenne stanowią istotę systemu informacji przestrzennej oraz umożliwiają zamianę danych na informację. Analizy pionowe badają zależności obiektów i zjawisk, odnoszące się do różnych powierzchni elementarnych, które znajdują się na różnych warstwach informacyjnych, natomiast analizy poziome badają zależności i zjawiska, które zachodzą w ramach jednej warstwy informacyjnej [16, 17]. Analiza ma dostarczyć wskaźniki oceny jakościowej ustawienia wzajemnego elementów istotnych w punktu widzenia pracującej maszyny oraz dopuszczalne tolerancje wykonania [3]. 4.1. Skaning laserowy 3D Skanowanie laserowe umożliwia automatyczne pozyskiwanie danych i późniejsze ich przetwarzanie. Związane jest ono z terminem Inżynierii odwrotnej (ang. Reverse Engineering), która zajmuje się wprowadzaniem obiektów do wirtualnej rzeczywistości, ich obróbką cyfrową oraz wizualizacją. Biorąc pod uwagę metodę pomiarów wyróżnia się skanery bezstykowe oraz stykowe. Do skanerów bezstykowych zaliczane są przede wszystkim skanery laserowe, a także skanery, które wykorzystują metody wizyjne oraz radarowe i ultradźwiękowe [11, 12]. Podział skanerów ze względu na mechanizm skanowania obejmuje [6, 11, 12]: lustro wahadłowe, wielobok rotacyjny, lustro eliptyczne, rotację źródła promieniowania, wykorzystanie światłowodów. Skaner laserowy umożliwia automatyczne rejestrowanie kształtu oraz barw skanowanego przedmiotu. W skład układu pomiarowego skanera laserowego wchodzi [10, 13]: laser małej mocy, który emituje światło pomarańczowo-czerwone lub podczerwone, lustro obrotowe, które umożliwia sterowanie kierunkiem wiązki lasera, przetwornik CCD wysokiej rozdzielczości. Podczas skanowania miejsce, które podświetlone jest przez wiązkę lasera, rejestrowane jest przez kamerę, wyposażoną w filtr, przepuszczający jedynie światło lasera. Dane o geometrii skanowanego obiektu otrzymywane są poprzez obliczanie najbardziej oświetlonych punktów na matrycy CCD oraz przez połączenie ich z informacją o odchyleniu lustra [10, 13]. W celu zapewnienia wysokiej jakości pomiaru skanowanie obiektu powinno być realizowane z kilku stron tak, aby przysłaniające elementy nie powodowały zniekształcenia obrazu [6]. Za pomocą skanera laserowego wyznacza się położenie punktów w dowolnym przestrzennym układzie współrzędnych XYZ. Gęstość skanowania odpowiada przyrostowi kątów pionowych i poziomych o jakie obraca się głowica skanująca w trakcie pomiarów a współrzędne punktów wyznaczane są w stosunku do środka skanera. Określone są one przez kąty poziomy i pionowy oraz odległość do obiektu, która mierzona jest przy pomocy wiązki laserowej.

204 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) Przetwarzanie danych w skaningu laserowym obejmuje takie etapy, jak [8, 10]: wzajemną rejestrację chmur punktów i ich połączenie w jeden model, filtracje danych, interpolację danych. Urządzenie, którym dysponowali podczas badań autorzy to skaner laserowy firmy Trimble typ FX (rys.3). Urządzenie to zostało zaprojektowane przede wszystkim dla budownictwa okrętowego oraz zastosowań w przemyśle [13]. Posiada on pełne pole widzenia 360 x 270 oraz prędkość pomiaru do 190 tyś. punktów na sekundę. Skaner podczas pomiaru umieszczany może być zarówno na statywie jak i na innych wspornikach, co umożliwia jego stosowanie w różnych warunkach. Ponadto dostarczone wraz ze skanerem oprogramowanie firmy Trimble pozwala na rejestrację pomiarów z dużą szybkością transmisji danych, dzięki czemu nie zachodzi konieczność jego poziomowania. Dzięki tej funkcji można dokonywać wzajemnego korygowania ułożenia kilku chmur z punktami. Dokładność skanera wynosi wówczas poniżej 1 mm [13]. Przed skanowaniem 3D został zaplanowany sposób i miejsce wykonania pomiaru. Wybór miejsca pod stanowisko dokonuje się na podstawie kryteriów, tak by była możliwa najbardziej zbliżona i kompletna rejestracja przedmiotu. Im więcej występuje części odstających, tym bardziej prawdopodobne jest zasłonięcie ważnych elementów przez inne elementy przy skanowaniu. W zależności od wielkości i rozległości elementów ogranicza się ilość skanów. Jeśli przedmiot skanowany nie jest zbytnio rozbudowany wystarczy tylko niewielka ilość skanów. Dzięki temu skraca się czas wykonania pomiaru jak i obróbki wyników. Ponieważ ważne jest, by obiekt był kompletnie odwzorowany w przestrzeni 3D, należało dodatkowo zeskanować miejsca, które podczas podstawowego pomiaru były zasłonięte tak, by uzyskać pełny model badanego obszaru. Jeżeli gabaryty znacznie przekraczają zakres pomiarowy skanera, konieczne jest zastosowanie znaczników referencyjnych. Znaczniki referencyjne pełnią funkcję układu odniesienia, by można było połączyć poszczególne skany w jedną całość. Ilość niezbędnych znaczników wynika z wielkości skanowanego obiektu. Im obiekt większy, tym wymaga użycia więcej znaczników, by zachodziły na siebie. Przykład uzyskanych wyników przedstawiono na rysunku 4. Ostatecznie, biorąc pod uwagę ww. uwarunkowania, pomiary wykonano z sześciu miejsc na terenie hali uzyskując w ten sposób sześć skanów badanego urządzenia. Później pojedyncze skany zostały połączone w jedną całość. Laser Obrotowe lustro Przetwornik CCD Rys. 4. Rozmieszczenie znaczników podczas pomiaru Rys. 3. Skaner laserowy typu FX firmy Trimble 4.2. Pomiary z wykorzystaniem lasera 3D

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) 205 Rys. 5. Wyniki pomiaru z dwóch różnych miejsc lokalizacji skanera Na rysunku 6 przedstawiono obiekt, który został scalony z sześciu skanów. W obiekcie zostało usunięte tło i wszystkie inne niepotrzebne elementy, które zostały zarejestrowane przez skaner. Skaner podczas pomiaru poruszał się wokół własnej osi rejestrując widok w zakresie 360 stopni. Żółte trójkąty przedstawiają miejsce ustawień poszczególnych skanów lasera. powierzchnia czołowa bębna wał napędowy Rys. 6. Scalony obraz chmury punktów wraz z lokalizacją obiektów istotnych z punktu widzenia prowadzonej analizy 4.3. Metodyka wykorzystania pomiaru geometrii 3D w diagnostyce Sposób wykorzystania pomiaru geometrii 3D badanych elementów zostanie przedstawiony na przykładzie wyznaczenia odchylenia kąta między osią wału napędowego, a powierzchnią czołową i kołnierza bębna (rys.6). Dokonano tego dwoma metodami. Pierwsza metoda polegała na wrysowaniu bryły walca w chmurę punktów reprezentującą pomiar położenia rzeczywistego wału napędowego oraz powierzchnię płaską w oparciu o chmurę punktów odpowiadającą powierzchni czołowej bębna. Bryłę walca i powierzchni płaskiej wyznaczono metodą aproksymacji położenia i wielkości (rys.7). Następnie wyznaczono linię normalną do powierzchni płaskiej i porównano z osią wrysowanego walca. Niezgodność położenia osi walca i normalnej do płaszczyzny wyrażona kątem odchylenia w badanym przypadku wyniosła 89,889 o. Analizę tą metodą wykonano w programie AutoCad. W drugiej metodzie do analizy geometrycznej wzajemnego położenia obiektów wykorzystano oprogramowanie SolidWorks firmy Dassault. Oprogramowanie to w pakiecie Premium zawiera dodatek pn. Scan 3D, dzięki któremu możliwa była konwersja chmury punktów na obiekty powierzchniowe i bryłowe. W metodzie tej wykorzystano pomiarową chmurę punktów, która wynosiła początkowo ponad 12,6 miliona punktów. Prowadzenie analiz na tak dużych zbiorach punktów nie jest proste. Zbiory punktów pochodzące bezpośrednio z pomiaru zawierają, w zależności od warunków w jakich wykonywano pomiary, część punktów stanowiących tzw. szum pomiarowy powstały np. w wyniku wpływu niepożądanych zjawisk tj. jak odbicia (refleks), nadmiar pary wodnej w powietrzu, itp. Usunięcie szumów pomiarowych polegało na wielokrotnym filtrowaniu zbioru punktów pod względem gęstości rozkładu i wzajemnego położenia punktów. W kolejnym etapie prac usunięto punkty pomiarowe odpowiadające tym obiektom, które nie były potrzebne z punktu widzenia prowadzonej analizy (rys.8). Po usunięciu niepotrzebnych punktów do dalszej części analiz wykorzystano 199 605 punktów z chmury. Na podstawie uzyskanego zbioru punktów utworzono siatkę, którą w kolejnym kroku wygładzono, a następnie wypełniono brakujące obszary [14]. Dla tak przygotowanego obrazu utworzono siatkę trójkątną (rys. 9), a z niej wygenerowano powierzchnię walcową i płaską podobnie, jak to miało miejsce w metodzie 1 (rys. 10). Rys. 7. Poszukiwana relacja wzajemna między osią wału napędowego i powierzchnią czołową bębna metoda 1

206 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) a) b) Rys. 8. Redukowanie zbioru punktów - metoda 2 W celu sprawdzenia kąta pomiędzy wałem, a linią normalną do powierzchni czołowej bębna utworzono dodatkowy walec, a następnie wykorzystano funkcję tworzenia wiązań jednego elementu z drugim. 4.4. Wynik analizy diagnostycznej Otrzymane pomiary skanowania laserowego poddane dwóm metodom badawczym wyznaczenia odchyłki geometrycznej pozwoliły na wyznaczenie odchyłek montażowych między osią wału napędowego i powierzchnią czołową suszarni. W metodzie 1 kąt ten wyniósł 89,889 o, a w 2 metodzie - 89,917 o. Różnica uzyskanych wyników to zaledwie 0,3%. Po uwzględnieniu lokalizacji położenia łożyska, które jest punktem oparcia dla bębna suszarni, wyznaczono, że odchyłka bicia na końcu wału jak i przy kołnierzu w najwyższym punkcie podczas obrotu suszarni wyniósł 0,82mm (rys.11). Biorąc pod uwagę wymiary i kształt suszarni wyznaczona odchyłka bicia na poziomie 0,82 mm jest wynikiem świadczącym o prawidłowo wykonanym montażu. Według karty technologicznej urządzenia odchyłka powinna być nie większa niż 2 mm. Rys. 9. Siatka geometryczna utworzona z chmury punktów metoda 2 Rys. 11. Wyznaczona analitycznie odchyłka montażowa Rys. 10. Wygenerowana bryła walca i powierzchni płaskiej metoda 2 Przy użyciu wiązania wału z otworem nie można było dokonać drugiego wiązania powierzchni czołowej bębna z osią walca, ponieważ zmierzone odchylenie kątowe pomiędzy osią bryły walca i płaszczyzną wyniósł 0,08 stopnia. W drugiej metodzie wykazano zatem, że kąt między osią wału, a powierzchnią czołową bębna wyniósł 89,917 o. 5. Podsumowanie Skaning laserowy 3D pozwala na wirtualizację elementu, części lub całej maszyny na ekranie komputera. Wspomagając się odpowiednimi programami komputerowymi można prowadzić analizy w celu sprawdzenia poprawności wykonania i montażu dowolnego urządzenia. Wykorzystane podczas badań urządzenie pozwoliło osiągnąć bardzo wysoki poziom odwzorowania skanowanego obiektu. Uzyskany obraz nie był rozmazany, nie posiadał zbyt dużej liczby punktów stanowiących szum pomiarowy. Posiadany zbiór punktów pozwolił na wyznaczenie obiektów bryłowych i powierzchniowych dwoma różnymi metodami. Na podstawie wzajemnego położenia obiektów geometrycz-

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) 207 nych wyznaczono odchylenie kątowe między osią wału, a linią normalną do powierzchni czołowej bębna, które wyniosło około 0,1 o. Jest to wynik dający pozytywną opinię ponieważ mieści się w klasie tolerancji określonej w karcie charakterystyki do danej części. Błąd niezachowania idealnego położenia powoduje bicie wału przy przekładni stożkowo-ślimakowej. Wartość odchylenia wyniosła około 0,8 milimetra. Jest to bardzo dobry wynik, który sprawia, że łożyska jak i przekładnia mechaniczna nie będą narażone na zbyt szybkie zużywanie się. Przedstawiona metodologia wykorzystania pomiaru położenia punktów pozwala na korygowanie błędów produkcyjnych podczas montażu i ustawiania napędu względem części bębnowej. Poprzez wykorzystanie skanera laserowego 3D i programów informatycznych wspomagających działania inżynierskie można z dużą dokładnością już na etapie montażu i ustawiania napędu wyeliminować błędy produkcyjne. Nie wychwycenie takich błędów powoduje nadmierne i przyśpieszone zużywanie się elementów obracających. Dla przedsiębiorstwa produkcyjnego ograniczenie liczby błędów montażowych pozwala ograniczenie kosztów reklamacyjnych, a w dłuższej perspektywie poprawę wizerunku firmy. Literatura [1]. Noga B., Inventor pierwsze kroki, Helion S.A. [2]. Noga B., Inventor. Podstawy projektowania, Wydawnictwo Helion S.A., 2011 [3]. Dudek K., Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji, owww.kk.jgora.pl/to/pobierz.php?id=826&kod. [4]. Adamski W.: Wybrane kierunki zwiększenia wydajności procesów skrawania. Mechanik nr 5 6/2009, s. 540 546. [5]. Kęska W., Szczepaniak J., Grzechowiak R., Mac J., Rutkowski J., Podolski T., Typoszereg wałów wahadłowych na przedni układ zawieszenia w ciągnikach współpracujących z pługami., PIMR, Poznań 2003. [6]. Kamiński W., Bojanowski K., Dumański A., Mroczkowski K., Trystuła J., Ocena możliwości wykorzystania skanera laserowego Scanstation firmy Leica w badaniu deformacji obiektów budowlanych, Czasopismo Techniczne Środowisko, 2/2008, s. 139 [7]. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 22 grudnia 2011 roku. [8]. Kašpar M., Pospišil J., Štroner M., Kŕemen T., Tejkal M., 2004. Laser scanning in civil engineering and land surveying. Vega s.r.o., Hradce Králové, Czechy. [9]. Rychlik M., Skanery 3D wrota do wirtualnego świata Design News Polska kwiecień 2007. [10]. Schulz T. i Ingensand H., 2004a. Terrestrial laser scanning investigations and applications for high precision scanning. Proceeding of the FIG Working Week-The Olympic Spirit in Surveying, Ateny, Grecja. [11]. Kašpar M., Pospišil J., Štroner M., Kŕemen T., Tejkal M., 2004. Laser scanning in civil engineering and land surveying. Vega s.r.o., Hradce Králové, Czechy [18]. [12]. Wężyk P., Wprowadzenie do technologii skaningu laserowego w leśnictwie, "Rocznik Geomatyki", 2006. [13]. www.trimble.com, odczyt 03-03-2013r. [14]. Kęska P., Konwersja siatek i chmur punktów na powierzchnię, Projektowanie i konstrukcje inżynierskie 7/8 lipiec sierpień 2010. [15]. Krzysiak Z., Modelowanie 3D w programie AutoCAD, Wydawnictwo NiT. [16]. Jaskulski A., Autodesk Inventor Professional, Wydawnictwo PWN 2013. [17]. Dokumentacja programu AutoCad. [18]. Dokumentacja programu Inwentor. [19]. Keska P., Modelowanie części /złożenia/ rysunki, Wydawnictwo CADvantage 2013. [20]. Smykała J., Wykorzystanie narzędzi informatycznych i skaningu 3D w diagnostyce maszyn na wybranym przykładzie, praca magisterska, Politechnika Opolska, Opole 2013. Autorzy prof. nzw. dr hab. inż. Zbigniew Plutecki, prof. nzw. dr hab. inż. Sławomir Szymaniec mgr inż. Janusz Smykała Politechnika Opolska. Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki. Katedra Elektrowni i Systemów Pomiarowych. 45-758 Opole ul. Prószkowska 76 z.plutecki@po.opole.pl s.szymaniec@po.opole.pl