دانلود مقاله روشی برای کنترل کیفیت کامپیوتری ، بر اساس سنجش مختصات سه بعدی

اغلب لازم است که کیفیت محصولات تولیدی ، تعیین شود.

این مقاله ، یک روش کنترل کیفیت کامپیوتری ( روش CAQ ) را برای مقایسه موارد تولیدی با داده‌های مرجع ، که از الگوهای اساسی CAD بدست می آیند ، نشان می‌دهد.

در ابتدا ، یک نظر کلی در مورد پیشرفتهای کننی در زمینه روشهای اندازه‌گیری نوری سه بعدی ، ارائه می‌شود.

سپس ، روش تحقیق اتخاذ شده در این مقاله ، مورد بحث قرار می‌گیرد.

بعلاوه ، یک الگوی نرم افزاری از روش ارائه شده ، نشان داده می‌شود که در آن ، یک سیستم تصویری نواری با کد خاکستری و تغییر حالت ، تشریح می‌شود.

با این تجهیزات ، اشکال سه بعدی اشیاء یا همان محصولات تولیدی می‌توانند برآورده گردند.

به منظور مقایسه داده‌های سه بعدی ( که در دستگاه مختصات سنسوری نشان داده شده‌اند ) ، ثبت در دستگاه مختصات CAD ، ضروری است در ابتدا نحوه انتخاب در مورد نقطه شروع شاخص‌های موقعیت ، تشریح می‌گردد.

برای فرآیند ثبت ، نمودارهای عددی مختلفی بکار گرفته می‌شوند که تا عملکردهای ناهمخوان را به حداقل برسانند.

برای دستیابی به عملکردی بهتر ، یک فرآیند بهینه‌سازی ، که تغییر مکان هندسی ، می‌توانند محاسبه و مشاهده شوند.

در مورد اشیایی که نمی‌توانند از یک جهت ، ارزیابی شوند ، یک ثبت دوگانه و یک ثبت کلی ، ایجاد شده است.

بعلاوه ، نشان می‌دهند که روش ما ، در عمل ، خوب جواب می‌دهد.

در آخر ، برخی زمینه‌های اجرایی در مورد روش CAQ ، که در اینجا به آنها اشاره شده است ، خلاصه سازی می‌گردند.

در سالهای اخیر ، فرآیند کلی از طراحی کامپیوتری محصول تا تولید ، تقریباً به یک تکامل نهایی رسیده است.

با این حال ، مقایسه‌های مقادیر واقعی / ظاهری نشان می‌دهد که همیشه ، تفاوتهایی بین یک محصول تولیدی و نمونه اساسی CAD آن وجود دارد.

دلایل آن ، می‌تواند مثلاً شامل موارد زیر باشد : کهنگی ابزارها ، انبساط گرمایی ، عیب‌های مواد و غیره باشد ، چیزهایی که البته بخاطر ماهیت مهندسی مکانیک هستند.

در حوزه کنترل کیفیت کامپیوتری ، نقصهای اشاره شده در بالا ، باید به منظور شناسایی تغییرات بخشها و یا به منظور گرفتن تصمیمات سازگار هماهنگ ، بررسی شوند.

امروزه ، سیستم‌های قدرتمند و پیشرفته ارزیابی مختصاتی موجود می‌باشند که ابزارهای ویژه ای را برای بوجود آوردن قطعات پیچیده در صنعت ، ایجاد کرده‌اند.

همچنین ، بخش عمده‌ای از این سیستم‌ها ، بر اساس سنجش سه بعدی هستند که تغییرات چشمگیری را در ارزیابی مختصاتی مدرن بوجود آورده است.

تفاوت اصلی ایجاد شده در مقایسه با روشهای قدیمی ارزیابی ، آنست که ، سیستم‌های سنجش سه بعدی ، مختصات سطح بخش اندازه گیری شده را نشان می‌دهد ، نه آنکه ابعاد هندسی آن را نشان دهد.

با داشتن مجموعه‌ای از نقاط سطحی عددی ، جزئیاتی در مورد تغییرات بخشها می‌توانند بررسی شوند.

بعلاوه ، بخشهای گوناگون جزئیات مختلف هندسی می‌توانند در یک فرآیند منفرد ، ارزیابی گردند.

هنگامی که مجموعه‌ای از دادهای ارزیابی ها ، جمع آوری شد ، یک تحلیل عددی مستقل باید انجام شود ، تا اساس مقایسه متعاقب بین جزئیات برآورده شده و داده‌های مرجع متناظر از نمونه‌های مشابه CAD آن ، مشخص شود.

این ، هدف اصلی این روش است که در این مقاله نیز آمده است.

تعریف کاملتری از سنجش سه بعدی ، و نگرش کلی در مورد کار مربوط در این حوزه ، در (8) آمده است.

این مقاله ، یک روش سنجش غیر مرتبط را نشان می‌دهد که می‌تواند در عملکردهای بسیاری ، در مورد کنترل کامپیوتر کیفیت و الگوبرداری سریع ، بکار رود ؛ که در طول مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت و می‌تواند بصورت زیر خلاصه شود.

اشیاء تولیدی ، توسط یک سیستم پروژکتور ، که بر اساس روش نورکدگذاری شده در ترکیب با تغییر حالت می باشد ، ارزیابی می‌شوند.

برای گرفتن عکس ، از یک دوربین ویدیویی استاندارد استفاده می‌شود.

نقاط سطحی نمونه برداری شده ، که در دستگاه مختصات سنسوری برآورد شده اند و اغلب در هر عکس بین 200000 تا 400000 نقطه هستند ، به دستگاه مختصات CAD منتقل می‌شوند.

پس از انتخاب یک جهتگیری تقریبی ، چه به یک روش فعل و انفعالی و چه از طریق اطلاعات قبلی ،‌‌ ( جهتگیری خودکار بدون اطلاعات قبلی نیز می‌تواند با استفاده از علامتهای ثابت بر روی سطح شی‌ء ایجاد شود) یک فرآیند پیچیده بهینه سازی عددی ، آغاز می‌گردد.

مشکلی که در مواقعی اتفاق می‌افتد که اشیاء نتوانند توسط یک حسگر (سنسور) منفرد سه بعدی ، در یک عکس ، ثبت شوند ، می‌تواند از طریق بکارگیری یک فرآیند مضاعف جهت گیری ، حل شود.

مجموعه‌های داده‌های برآورد شده ، که از ابعاد مختلف جمع آوری شده‌اند ، می‌توانند یا بطور نسبی با یکدیگر سازگار شوند و یا به یک سیستم رایج مختصاتی مبدل گردند.

برای مقایسه مقادیر واقعی / ظاهری ، اختلاف از مجموعه داده‌ها تا نمونه اصلی CAD ، می‌تواند نقطه به نقطه اندازه‌گیری شود.

نتایج برآورد شده ، می‌تواند به چندین روش آماری ، نشان داده شود ؛ مثلاً بصورت اختلاف در هر نقطه اندازه گیری شده ؛ حداقل ، متوسط و یا حداکثر اختلاف در یک جزء CAD ( مثلاً در یک مثلث STL)
روش پیشنهادی در این مقاله ، بطور موفقیت آمیزی در چندین مورد الگو برداری سریع لیتوگرافی سه بعدی ، بکار گرفته شد و نتایج چشمگیری بدست داد.

این روش ، کنترل کیفیت را در تمامی انواع الگوبرداری سریع و / یا موارد تولیدی NC تضمیم می‌کند ، و بخصوص برای ادغام فرآیندهای CAQ و CAM مناسب است.

بدین طریق ، دو فرایند اساسی که بطور مستقل تشکیل شده‌اند ، می‌توانند ترکیب شوند تا فرآیند کلی توسعه تولید را کاراتر کنند.

روش پیشنهادی در این مقاله ، بطور موفقیت آمیزی در چندین مورد الگو برداری سریع لیتوگرافی سه بعدی ، بکار گرفته شد و نتایج چشمگیری بدست داد.

2.

روشها و اصول 2.1- برآورد مختصاتی سه بعدی امروزه ، چندین سیستم ارزیابی موجود است که بر اساس روشهای بسیار متفاوتی هستند.

این روشهای ارزیابی ، می‌توانند به دو روش فعال و منفعل تقسیم شوند.

بطور کلی ، روشهای منفعل برای برآورد شکل شیء و ازطریق تعیین نسبی مشخصه‌های ویژه شیء ، بکار گرفته می‌شوند.

این روشها ، اغلب براساس دقت اطلاعات قبلی از اشیاء مربوطه هستند ، و بنابراین ، برای پاسخ به نیازهای عمومی صنایع ، مناسب نمی‌باشند.

بنابراین ، ما از بحث بیشتر در مورد آنها اجتناب می‌کنیم.

روشهای برآورد فعال ، اغلب بر پایه مشخصه‌های ویژه شیء نیستند ، و می‌توانند به دو گروه روشهای متصل و روشهای غیر متصل تقسیم شوند.

یک نمونه از سیستم متصل ، CMM معمولی ( ماشین برآورد مختصاتی ) است ، که از نقاط مختلف بخش مربوطه ، با استفاده از یک حسگر مکانیکی ، نمونه برداری می‌کند.

برای بدست آوردن شکل کلی ، این نمونه گیری باید در دو جهت انجام گیرد.

هرچند که این روش دارای بیشترین دقت ممکن است ، اما روشی کاملاً وقت گیر است و نمی‌تواند در مورد موادی استفاده شود که باید از تماس با آنها اجتناب کرد.

بنابراین ، این روش ، همیشه نمی‌تواند نیازهای امروزی صنایع را پاسخگو باشد.

سیستم‌های غیر متصل ، بیشتر به نیازهای صنایعع مربوط هستند.

آنها در این مقاله بحث قرار خواهند گرفت ، و توجه ما معطوف خواهد بود به روشهای نوری غیر متصل ، بجز آنها ، روشهای دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند مورد استفاده باشند ، مثلاً رادار مایکروویو و یا ارزیابی‌های فراصوتی ، اما آنها به روش تحقیقی این مقاله ، مربوط نمی‌شوند.

اکثر سیستم‌های بکار رفتته ، بر اساس قوانین زیر هستند : مثلث بندی نقاط ، دسته بندی نواری ، روش نورکدگذاری شده ، و روشهای تداخل سنجی از آنجا که سه روش آخر ، محدود به مواد بازتابی هستند ، برای اهداف عمومی مناسب نمی‌باشند ، بنابراین ، در این جا مورد ملاحظه قرار نمی‌گیرند ، اما در عوض ، روشهای مثلث بندی ، با جزئیات بیشتری بحث خواهند شد.

در اصل مثلث بندی ، یک نقطه بر روی سطح یک شیء می‌تواند توسط روابط مثلثهاتی بین یک دوربین ، یک پروژکتور و خود شیء تعیین شود ( شکل 1 ، cf ) فرض کنید که تمامی شاخص‌های هندسی مشخص هستند ، فاصله از خط اصلی (base line) تاشیء می‌تواند طبق معادله 1 محاسبه گردد : برای دیجیتالی کردن کامل شیء ( عددی کردن شیء ) نقطه مشاهده شده باید در دو جهت حرکت کند تاشیء را بطور خطی ، نقطه به نقطه ، نمونه برداری نماید.

این نوع از نمونه گیری ، می‌تواند بعنوان مثال با بکارگیری دو آینه گسترده ، حاصل شود.

روشن است که ، دقت این برآورد ، کاملاً متأثر از دقت زاویه‌ای ساختار حرکتی نقطه ، می‌باشد.

بر این اساس ، انتشار خطای برآورد عمق ، می‌تواند به صورت معادله 2 محاسبه گردد : از آنجا که جهت نقطه ثابت است ، تنها لازم است که شاخص را تعیین کنیم.

برای مثلث بندی نقطه ، اغلب ، ابزارهای (حسگرهای) نمونه گیری یک بعدی ، مانند دوربین‌های خطی و یا PSD ها که مورد استفاده قرار می‌گیرند بحث‌های بیشتر در مورد محاسبات ریاضی ، در (4) آمده است.

برای غلبه بر محدودیت‌های اسکن یک نقطه منفرد ، می‌توان از روش نوردهی بشکل نواری ، استفاده کرد.

به این ترتیب ، یک صفحه نوری ، یک شیء را قطع می‌کند و عکس متناظر آن ، نمایی از آن شکل است.

یک دوربین استاندارد می‌تواند برای بررسی تغییر خط ، که ناشی از ارتفاع شیء می‌باشد ، بکار گرفته شود.

محاسبات ریاضیاتی ، بطور کلی ، در مورد مثلث بندی نقاط ، یکسان است.

اما در مورد هر عکس ، برآورد کل خط یا نما ، به ترتیب ، ممکن خواهد بود (شکل 2،cf‌) بر خلاف مثلث بندی نقاط ، صفحه نوری باید تنها در امتداد یک محور ، برای نمونه برداری از کل شیء ، حرکت داده شود.

برای کاهش دوباره زمان نمونه برداری ، یک روش پیچیده تر که روش نورکدگذاری شده نامیده می‌شود ( شکل 3 ، cf ) می‌تواند بکار گرفته شود.

این همان روشی است که در الگوی نرم افزاری سیستم سنجشی که در این مقاله نشان داده شده ، استفاده می‌شود.

بدین طریق ، ترتیب از طرح‌های خطی بر روی سطح شیء انداخته می‌شود.

برای این منظور ، اغلب از یک LCD معمولی استفاده می‌گردد.

برای کار با اشیاء بزرگتر ، تکنولوژی‌های جدید پروژه کتورها ، مانند تکنولوژی آیینه‌های کوچک DLP ( پردازش نور دیجیتال توسط texas instrument (5) ) و یا دریچه نور DILA ( تقویت کننده مستقیم نور عکس توسط JVC (6) ) نیز می‌توانند استفاده شوند.

ایده اصلی روش نورکدگذاری شده ، کدگذاری ( رمزگذاری) خطوط مشخص پروژکتور مورد استفاده در طرح‌های متعاقب با استفاده از یک کد خاکستری ساده می باشد.

همانطور که در (4) نشان داده شده است ، کدگذاری خطوط N نیازمند حداقل ذرات می‌باشد.

ذرات (bitهای) متعاقب از هر خط منفرد ، به ترتیب تصویربرداری می‌شوند ، و در مورد هر پیکسل دوربین ، باید بررسی شود که خط متناظر پروژکتور روشن است یا تاریک ، بر اساس این بررسی ها ، مجموعه سطح ذره (bitplane stack) می‌تواند ایجاد شود.

وقتیکه فرآیند کدگذاری پایان یافت ، هر پیکسل دوربین ، دارای اطلاعاتی از خط پروژکتور متناظر خود می‌باشد.

با فرض آنکه ما حسگر را درست تنظیم کرده‌ایم ، زاویه تصویر ، ، می‌تواند مستقیماً از طریق شماره خط پروژکتور بدست آید ، از آنجا که دوربین می‌تواند پیش از فرآیند اندازه گیری ، تنظیم گردد ، زاویه ، برای هر پیکسل منفرد دوربین ثابت می‌شود و مثلث بندی مربوطه نیز می تواند محاسبه می‌گردد.

روشن است که این تنظیم ، باید وابستگی‌های‌ تابعی بین شماره خط ( خط تصویربرداری) و زاویه تصویربرداری ، دقت زاویه‌ای در مورد پروکتور با 640 خط ، تنها از عکس در آن دامنه است.

از آنجا که دقت اندازه‌گیری عمق ، وابسته به زوایای است ( معادله 2،cf ) پس بهتر است که رزولوشنی را که در بالا گفته شد ، ارتقاع دهیم.

یک روش پیچیده برای دستیابی به این مهم ، آنست که کد خاکستری دوگانه را با روش تغییر حالت ، ادغام کنیم(4) ایده این فرآیند ، استفاده از تنظیم (modulation) خطوط جانبی در مورد تابع مثلثاتی ( منحنی سینوسی) است.

الگوی حاصل ، می‌تواند از طریق یک زاویه ثابت ، بصورت جانبی تغییر کند و بدین ترتیب ، نمودارهای عمومی تغییر حالت می‌توانند برای تعیین موقعیت‌ها در یک خط منقطع ، مورد استفاده قرار گیرند.

در مورد یک پروژکتور خطی با 640 خط ، حداقل ، تنها 10 عکس باید برای کل کدگذاری گرفته شوند.

به منظور دقیق تر و با ثبات‌تر کردن فرآیند ارزیابی ، چند طرح اضافی نیز می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند ( مثلاً برای تعیین ساختار شیء ) عملکرد کنونی‌ها ، از 14 تا