mgr inż. Maciej Stankiewicz Politechnika Wrocławska Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji 50-371 Wrocław, ul. I. Łukasiewicza 5 Wrocław, 14 listopada 2013 Sz. P. Prof. dr hab. inż. Jerzy Andrzej Sładek Laboratorium Metrologii Współrzędnościowej Wydział Mechaniczny Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki 30-962 Kraków, ul. Warszawska 24 Odpowiedź na recenzję rozprawy doktorskiej Szanowny Panie Profesorze, bardzo dziękuję za wnikliwą analizę mojej pracy i przesłane uwagi. Poniżej ustosunkowałem się do najważniejszych spośród nich. Z pozostałymi uwagami w pełni się zgadzam. Każdą z nich traktuję jako ważną wskazówkę dla moich przyszłych prac. Pozostałe uwagi: 1. termin połyskliwość - nie występuje w opisie geometrii wyrobu, lepsze byłoby sformułowanie powierzchnia refleksyjna; Terminu połyskliwość użyto celowo dla określenia cechy powierzchni, która powoduje, że możemy określać ją jako połyskliwą. Pojęcie to w tym kontekście pojawia się w pracy często, stąd konieczność wprowadzenia takiego terminu. Powinno być ono jednak wyjaśnione w słowniku. 2. str. 21 co oznacza termin względna rozdzielczość? Określenie to zostało użyte dla opisu interpretacji wykresu (ilustr. 19) z artykułu [Savio et. al 2007], przedstawiającego graficznie zależność pomiędzy niepewnością pomiarów prowadzonych opisanymi metodami względem (stąd względna ) rozmiaru mierzonej części. 3. str.22 sformułowanie Proces parowania (?) jednego punktu zarejestrowanego na różnych widokach jest niejasne Opisywany proces określany jest w literaturze anglojęzycznej jako stereo matching. Polega on na wzajemnym dopasowaniu punktów widocznych na różnych ujęciach 1
tego samego obiektu. Użyty termin parowanie (jako znajdowanie par punktów na różnych widokach) jest próbą przetłumaczenia jego angielskiego odpowiednika matching, którego słownikowe tłumaczenie nie oddaje istoty zagadnienia. 4. str. 23 sformułowanie niska zdolność metrologiczna, czy Autor miał na myśli małą dokładność? Zdolność pomiarowa jest charakteryzowana przez parametry Cg, Cgk. Zdolność metrologiczna jest tutaj rozumiana, jako zespół parametrów metrologicznych określających przydatność metody do prowadzenia pomiarów z zadaną precyzją i dokładnością. Pojęcie to nie występuje w słowniku VIM i w jego miejsce powinien zostać użyty termin dokładność. 5. str. 27 kalibracja termin ten jest tożsamy z wzorcowaniem, natomiast przy regulowaniu ustawień kamery należałoby użyć raczej terminu adiustacja, lub regulacja ; Zgadzam się z uwagą, że ze względu na charakter pracy, termin ten powinien zostać użyty zgodnie z jego definicją w słowniku VIM. Określenie to zostało wykorzystane w znaczeniu, w jakim używane jest w literaturze z zakresu systemów wizyjnych - zarówno polsko-, jak i obcojęzycznej. Oznacza ono w tym kontekście proces wyznaczenia parametrów wewnętrznych i zewnętrznych kamery celem eliminacji zniekształceń obrazu. 6. str. 34 rys 3.1 Jest to interpretacja własna tzw. Diagramu Ishikawy dla systemu zaproponowanego przez Autora, czy przy pomiarze tym urządzeniem na pewno nie ma wpływu operatora? Urządzenia działające na zasadzie triangulacji laserowej są wykorzystywane najczęściej na liniach produkcyjnych, gdzie realizują pomiary w sposób całkowicie zautomatyzowany. Skanowanie odbywa się podczas przejazdu detalu na linii, nad którą zainstalowany jest sensor. Ruch i ułożenie detalu realizowane są przez maszyny, stąd wpływ operatora jest wyeliminowany. Można się go doszukiwać w procesie ustawiania i adiustacji urządzenia, jednak to algorytmy wyznaczają odpowiednie współczynniki do zestrojenia układu. 7. str. 47 metody kontaktowe są zbyt wolne więc są wypierane w procesowej kontroli jakości jest to kontrowersyjne sformułowanie wszystko zależy bowiem, od szeregu czynników takich jak np. wymagana dokładność. Zgadzam się, że sformułowanie nie jest słuszne bez określenia konkretnego obszaru zastosowań. 8. str. 56 Laser zdefiniowany jest za pomocą trzech punktów Laser to urządzenie techniczne. Przytoczone stwierdzenie jest skrótem myślowym i nie powinno wystąpić w rozprawie doktorskiej. W jego miejsce należałoby użyć szerszego opisu, np. Płaszczyzna światła laserowego zamodelowana jest jako trójkąt określony trzema punktami reprezentującymi okno wylotowe urządzenia laserowego oraz dwa dowolne inne punkty należące do tej płaszczyzny. 9. str. 81 wykres błędów orientacji- wartość podana w mm. Generalnie występuje niezgodność opisu osi rzędnych z podpisem. Błędy powinny być podawane jako kąt, w 2
rzadkich przypadkach jako pseudowektor. Na rysunku została błędnie oznaczona oś układu współrzędnych. Jednostkami osi rzędnych powinny być stopnie kątowe, a nie - jak błędnie napisano - milimetry. 10. str. 82 wykres 10.5, 10.6 jeśli rzeczywiście chodzi o wariancję, to powinna być podawana w mm 2 W podpisach rysunków 10.5 i 10.6 użyto niewłaściwego określenia wariancja. Powinno zostać użyte w jego miejsce słowo rozkład. 11. str. 89 rys.10.19 Histogramy błędów wyznaczania środka profilu dla algorytmu klasycznego i predykcyjnego, przedstawione w całkiem odmiennej skali; Zgadzam się z uwagą, że przedstawienie porównawcze dwóch histogramów powinno prezentować je w tej samej skali. 12. str. 91, Metodyka taka w przypadku optycznych metod pomiarowych szczególnie 3D została do pewnego stopnia znormalizowana dzięki wprowadzeniu normy VDI/VDE 2634. Dokument ten jest jednak przeznaczony głównie dla stereofotometrii oraz metod światła strukturalnego. Obszerne analizy teoretyczne dotyczące niepewności pomiarów tymi metodami są przedstawione w [92, 160, 161]. Metod opisanych w przytoczonej normie nie można bezpośrednio przełożyć dla metod 2½D, np. metody triangulacji laserowej [128] opisane w VDI/VDE 2634 są zaleceniami, a nie normami, ponadto zalecenia te dotyczą wzorcowania systemów optycznych, granicznych błędów dopuszczalnych, a nie wyznaczania ich niepewności. Właśnie na podstawie tego zalecenia sprawdza się i wzorcuje systemy optyczne tzw. mierzące odległość do których właśnie zalicza się systemy działające na zasadzie triangulacji laserowej. Zgadzam się z uwagą, że odnoszenie się do zaleceń VDI/VDE 2634 w kontekście analizy niepewności pomiarowych jest niewłaściwe, gdyż dokumenty te dotyczą zupełnie innego zagadnienia. W pracy powinno to być poprzedzone stosownym wyjaśnieniem zawierającym opis tych różnic. Zawarcie informacji nt. tych dokumentów w doktoracie wynika głównie z prowadzonych przeze mnie poszukiwań wskazówek-zaleceń dotyczących szacowania niepewności pomiarów w mtl. Ze względu na ubogie dane literaturowe, próbowałem odnosić się do wszelkich dostępnych metod pozwalających na ilościowe określenie jakości pomiarów prowadzonych tą metodą. Na pewnym etapie moich analiz zalecenia VDI/VDE 2634 wydawały się być rozwiązaniem problemu porównania metody klasycznej mtl. ze zmodyfikowaną przeze mnie. Głębsza analiza zakresu tych dokumentów oraz literatury w tym obszarze pokazała jednak, że zalecenia te nie mogą być odniesione do metody triangulacji laserowej. 13. str. 92 rys 11.1 część została nie przetłumaczona, czy na pewno nie ma odpowiednika w języku polskim? Skrót powłoka ar - co oznacza? Słowo wringing nie zostało przetłumaczone z języka angielskiego. Zgodnie z angielsko-polskim Słownikiem Naukowo-Technicznym PWN w odniesieniu do płytek wzorcowych prawidłowym określeniem jest przywieranie. Skrót powłoka ar oznacza powłokę antyrefleksyjną, jednak skrót ten nie został wcześniej wprowadzony. 3
14. str. 96 Aby uwzględnić zjawisko dystorsji, pomiary prowadzone są w trzech miejscach w obszarze pomiarowym - jeżeli autor przy kalibracji wzorcem, wyznacza dystorsję układu optycznego (to chyba po to aby uznać ją za poprawkę do wyniku), to w jaki sposób pomiar w trzech ustawieniach ma uwzględnić zjawisko dystorsji? Opracowana metoda i algorytm korekcji obrazu nie eliminuje całkowicie błędów wnoszonych przez układ optyczny. Stąd przeprowadzono dodatkowe analizy zmierzające do ilościowego wyznaczenia wpływu tych nieskorygowanych błędów na niepewność pomiarów. W przytoczonym fragmencie nie zostało to doprecyzowane. 15. str. 97 niezrozumiały zapis (@14mm); Zapis ten nie został formalnie wprowadzony. Oznacza on wartość niepewności przy pomiarze konkretnego stosu płytek wzorcowych o wysokości 14mm. Wartość niepewności w tym przypadku zależy bowiem od pozycji linii laserowej na obrazie, w związku z czym jest zmienna w zależności od mierzonej wysokości, dlatego wymaga doprecyzowania warunków pomiaru. 16. nie do końca jasne zastosowanie metody Monte Carlo w wyznaczeniu wpływu segmentacji; Szacowanie niepewności procesu segmentacji linii laserowej z obrazu jest trudne ze względu na dużą liczbę czynników wpływających na jakość obrazu cyfrowego. Obejmują one zakłócenia związane z sensorem obrazującym (np. szum), rozdzielczość sensora oraz zastosowany algorytm. Z tego powodu zdecydowano o wyznaczeniu niepewności segmentacji z użyciem metody próbkowania Monte Carlo. W opracowanym podejściu, parametryzacja modelu wynika z danych eksperymentalnych, które pochodzą ze zbioru 50 obrazów triangulacyjnych płaskiej płytki ustawionej w różny sposób względem układu sensora. Ustawienie płytki było przypadkowe, jednak dobrane w taki sposób, aby zbiór odcinków świetlnych, ze wszystkich zebranych obrazów, pokrywał całe pole widzenia kamery. Na obrazie triangulacyjnym płaskiej płytki widoczna powinna być wyłącznie prosta linia (po korekcji dystorsji). Jako miarę niepewności procesu segmentacji przyjęto odchylenie standardowe odległości znalezionych na obrazie punktów od aproksymowanej prostej (algorytm RANSAC). Zgodnie z definicją określoną w dokumencie JCGM 101:2008 Evaluation of measurement data Supplement 1 to the Guide to the expression of uncertainty in measurement Propagation of distributions using a Monte Carlo method, podejście takie powinno bazować na założonym rozkładzie zmiennej losowej. W opracowanym rozwiązaniu nie wyznaczono wprawdzie jawnie rozkładów zmiennej losowej, jednak dane zasilające symulację pochodzą z losowego podzbioru obrazów testowych. 17. Uwaga ogólna do rozdziału 11 Weryfikacja niepewności pomiarowych dot. Wyznaczania niepewności pomiaru. Rozdział liczy około 10 stron. Autor podjął się bardzo trudnego zagadnienia jakim jest wyznaczenie niepewności pomiaru urządzeniem optycznym. Ze względu na stopień złożoności problemu oszacowania niepewności jest ono 4
podejmowane tylko przez najlepsze ośrodki naukowe na świecie. Rozdział ten budzi najwięcej kontrowersji. Zdaniem recenzenta jest to zagadnienie, które powinno zostać szerzej rozwinięte lub podjęte w dalszych pracach Autora. Konieczne jest ustalenie czy do osiągnięcia celu należy wyznaczyć niepewność pomiarów wykonywanych na zaprojektowanym stanowisku, czy też na wyznaczeniu maksymalnych dopuszczalnych błędów urządzenia co pozwoli na sklasyfikowanie go pod względem dokładności, a co za tym idzie przypisanie go do konkretnych zadań pomiarowych co recenzent zauważył i podał w uwadze ogólnej. Głównym celem mojej pracy było opracowanie algorytmu usprawniającego metodę triangulacji laserowej poprzez eliminację wpływu odbłysków wtórnych. Opracowane w ramach prac algorytmy pozwoliły wyeliminować opisane zjawisko, co zaprezentowano jakościowo w rozdziale 10. Dla dalszej weryfikacji osiągniętych wyników poszukiwałem jednak metody ilościowej oceny wpływu zastosowania algorytmu predykcyjnego. Ponieważ mtl. jest metodą pomiarową, dlatego naturalne wydawało mi się podejście analogicznie jak w przypadku doboru urządzeń pomiarowych. Stąd w pierwszej fazie moich prac próbowałem określić błędy graniczne urządzeń działających w oparciu o algorytm klasyczny i predykcyjny. Głębsze studia nad VDI/VDE 2634 doprowadziły mnie jednak do wniosku, że zalecenia te nie mogą być stosowane w odniesieniu do mtl, ponieważ już w opisie zakresu (scope) tych zaleceń metody bazujące na przemieszczaniu z pomocą osi pomiarowej (części 2. i 3.) są eliminowane. Część pierwsza dotyczy tymczasem wyłącznie metod punktowych. Informacje o braku uregulowań wynikających z VDI/VDE 2634 dla mtl. można znaleźć także w literaturze np. [Santolaria et. al 2009, Beraldin 2004]. Z literatury wynikało także, że analiza MPE nie będzie wystarczająca dla przeprowadzenia porównania wyników pomiarów realizowanych z użyciem dwóch różnych algorytmów (klasyczny/predykcyjny) [Hemming 2007]. Z tego powodu ostatecznie podjąłem próbę oszacowania niepewności pomiarów metodą mtl. Ze względu na ewolucyjne kształtowanie się tego podejścia, z treści pracy może wynikać moje niezdecydowanie. Uważam jednak, że dla celów udowodnienia poprawy jakości pomiarów konieczne jest szacowanie ich niepewności i dlatego ostatecznie tego zagadnienia podjąłem się w pracy. Literatura: [Beraldin 2004] Beraldin, J.-A. (2004). Integration of Laser Scanning and Close-Range Photogrammetry - The Last Decade and Beyond. In XXth International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS) Congress (pp. 972 983). Istanbul, Turkey.\ [Hemming 2007] Hemming, B. (2007). Measurement Traceability and Uncertainty in Machine Vision Applications. Helsinki University of Technology. PhD Diss., Retrieved from http://lib.tkk.fi/diss/2007/isbn9789525610413 [Santolaria et. al 2009] Santolaria, J., Pastor, J. J., Brosed, F. J., & Aguilar, J. J. (2009). A onestep intrinsic and extrinsic calibration method for laser line scanner operation in coordinate 5
measuring machines. Measurement Science and Technology, 20(4), 045107. doi:10.1088/0957-0233/20/4/045107 [Savio et al. 2007] Savio, E., Dechiffre, L., & Schmitt, R. (2007). Metrology of freeform shaped parts. CIRP Annals Manufacturing Technology, 56(2), 810 835. doi:10.1016/j.cirp.2007.10.008 Dziękuję jeszcze raz za te cenne uwagi, mając nadzieję, że moje odpowiedzi są dostateczne. Z poważaniem, Maciej Stankiewicz 6