TRITOP Deformation 变形分析在家具设计上的应用

1、原厂简介

TRITOP非接触式三维扫描仪是由德国的Gom ( Gesellschaft für Optische Messtechnik mbH )所设计及生产。

2、系统简介

TRITOP是一套工业用用的非接触式三维量测仪,其最主要目的是撷取标签点的3D坐标,快速且精确的把标签点的3D坐标计算出来,现在的应用有变型分析(Deformation Analysis)、在线质量控制(On-site Quality Control)…等等。

3、TRITOP原理

TRITOP是以一手持式的高阶数字相机,对被测物拍摄数字相片,藉由2D数字相片影像的迭合,来撷取被测物的3D坐标,而这项移动式的技术在对于撷取被测物的3D坐标、质量控制(Inspection)及变型分析(Deformation)上都能够有效的节省量测时间。

在一开始进行量测之前,先会在物体贴上标签点,再用高阶数字相机进行拍摄,在拍摄过程中,会拍摄许多不同的角度的影像,将这些影像读入至TRITOP软件,因为每一张影像的拍摄角度不同,藉由每一张影像不同的角度,透过三角测距的方式,TRITOP软件自动的将这些影像结合起来经过运算之后,就可得到每一个标签点圆心的3D坐标(如右图)。

而TRITOP对于被测物的大小是没有限制,甚至是20M大的对象,都可以量测,所以量测的范围也是没有限制的,而同步处理标签点的数量,可以一次处理数千个卷标点的数据。



4、TRITOP三维扫描仪的特性

  • 采用专业的数字相机,可以手持拍照:采用单眼高阶的数字相机来拍摄,以手持的方式拍摄,而在拍摄时无环境限制。
  • 容易且快速的撷取数字影像:拍摄过程非常简易,而且拍摄速度很快,就像平常在拍照一样,使用者非常容易上手。
  • 具亲和力的操作接口简单:简易的操作接口让使用者无须花很多时间才能学习,而简易的接口更便于使用人员建立及培养
  • 自动计算影像,无人为因素的考虑:拍摄完成后影像的迭合都是交由计算机自动去运算,使用者无需透过手动的方式来完成影像的迭合。
  • 可量测弹性体:因为非接触式的量测,所以不会受限于弹性或软性的被测物。
  • 具备高移动性:整套TRITOP三维扫描仪系统的组件很少,所有的组件只需收纳至两个保护箱且搭配笔计型计算机,更具备了高移动性,便于携带至所需要去拍摄的地点。
  • 影像无线传输:透过影像无线传输的功能,拍摄过程可以更有效,不会浪费时间影像传记忆卡输入至计算机的时间,影像容量也不会有受限记忆卡容量的问题
  • 量测范围大,从0.1M~20M大小的物体:透过调整数字相机镜头的焦距,小到0.1M大到20M的东西都可拍摄。
  • 所量测后的数据可与CAD做比对:TRITOP也可将CAD输入,透过RPS(Reference Points System)的定位,可以快速的进行检测(On-site Quality Control)。
  • 可搭配Tritop-adapter使用:搭配Tritop-adapter能够量测被测物的孔位中心、边缘、圆柱与平面交点、内螺纹中心、圆球中心…等等。

5、TRITOP Deformation 简介

Tritop Deformation 简单来说,透过TRITOP,进而量测物体的变型量。被测物在受到的不同程度上的负载,每个负载都会造成变型,例如:荷重试验,在每一阶段负载的会造成物体上的标签点的位移,而TRITOP将每一个阶段的标签点型拍下,经由软件以相同的基准将每一个阶段结合,结合后与未负载做比对,同一个标签点在不阶段会有不同的位移,计算每个标签点在每一个阶段与未负载时相比,就能够知道每一阶段负载的变型量是多少,取得量化的数据,而计算后的结果会以色彩图的方式将每一个位移量标示出来,如下图所示。

6、TRITOP Deformation 应用领域

零件或是原型件的的变型分析。

大型复杂对象的变型分析,无法透过传统方式测量。

机械负载或温度的变型测量(例如,温度仿真室)…等

7、Deformation 流程说明

A、拍摄每个不同阶段的数字影像

被测物放置于会造成变型的环境,像是温度仿真室,或是使被测物有一负载,每一次不同条件下都会造成被测物的变型,而因每一次的条件不同,变型的程度也会不同,在每一次的变型之后,把每一阶段的标签点坐标拍摄下来。

B、每一阶段的资料迭合

将每一次不同条件下的数据相迭合,透过以相同的定位基准来迭合每一个阶段。

C、计算变型量

以未变型为基础,每一阶段与基础相比对,将变型量计算出来。

D、建立报告及可计算的项目

将计算好的数据输入,报告格式有:2D报告(PDF格式)、连续影像档案及动画文件。

8、TRITOP Deformation 变型分析实际应用案例-家具结构测量

产品从开始到设计到最后量产的阶段,需要透过许多的测试及检验来确保所制造的产品质量,在此要介绍的是瑞典的CHALMERS University of Technology, Department of Architecture, Division of Building Design的木质扶手椅的结构测试应用实例。测试工件为原型品,见下图,而在原型座椅上,透过一个特殊设计的气压式辅助工具,对其施加压力模拟人坐在椅子上,施加的压力模拟人体的重量,椅子经过施加力量及释放力量之后会产生变型,最终来了解椅子整体变型的程度。

在整体测试过程里,会先将对椅子施加两的方向的力量,垂直方向及水平方向的力量,再者会将其中一支后椅脚限制住,避免有任何方向的移动,另外一支后椅脚避免向后移动,两支前脚椅则可允许任意的移动;在测试中,会有多次的施压及释压,之后再比对椅子是否有任何的损坏(如:接点的损坏)或是较大程度上的变型。

椅子一开始无任何的负载,在变型分析中此阶段也是设为基准,再先后对椅子施加两组不同的力量(椅垫:560N,椅背:200N;椅垫:1120N,椅背:390N),待释放力量之后,经比对就可以知道,在经过一定的力量施加,椅子整体的变型状况,透过色彩图可以很快速的了解,椅子的变型趋势,会有好几个不同的变型方向,变型(标签点位移)的总量及分量,使用者可以清楚的了解修正的方向及修正量。


变型分析检测往往的一个较难测量的一个环节,TRITOP Deformation让变型分析检测不再是一个难以测定的项目,而目前在国内也有知名的汽车厂商有采用相同设备做变型分析的应用,透过TRITOP Deformation验证或是分析所设计的产品,让产品量产时是达到最佳的状态。

9、结论

TRITOP三维扫描仪是一套稳定且又方便的量测系统,无论是在软件或是硬件的研发以达到一个成熟的阶段,当中好学易懂的使用者接口、高稳定度及高精度,在两岸三地获了广泛的好评。

而马路科技顾问公司在两岸共有6个据点(台北、台中、台南、北京、上海昆山及东莞),任何技术支持与服务需求,马路科技以最坚强的技术来完成客户的需求。


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