TRITOP Deformation 於傢俱設計上的應用

1、原廠簡介

TRITOP 光學式三次元非接觸式光學量測系統是由德國的Gom ( Gesellschaft für Optische Messtechnik mbH )所設計及生產。Gom在1990成立,迄今已有17年的時間,在歐洲地區已有6個分公司,全球超過30個經銷據點。

2、系統簡介

TRITOP 光學式三次元是一套工業用,非接觸式光學量測系統,其最主要目的是擷取標籤點的3D座標,快速且精確的把標籤點的3D座標計算出來,現在的應用有變型分析 (Deformation Analysis)、線上品質控制(On-site Quality Control)…等等。

3、TRITOP原理

TRITOP是以一手持式的高階數位相機,對被測物拍攝數位相片,藉由2D數位相片影像的疊合,來擷取被測物的3D座標,而這項移動式的技術在對於擷取被 測物的3D座標、品質控制(Inspection)及變型分析(Deformation)上都能夠有效的節省量測時間。

在一開始進行量測之前,先會在物體貼上標籤點,再用高階數位相機進行拍攝,在拍攝過程中,會拍攝許多不同的角度的影像,將這些影像讀入至 TRITOP軟體,因為每一張影像的拍攝角度不同,藉由每一張影像不同的角度,透過三角測距的方式,TRITOP軟體自動的將這些影像結合起來經過運算之 後,就可得到每一個標籤點圓心的3D座標(如右圖)。

而TRITOP對於被測物的大小是沒有限制,甚至是20M大的物件,都可以量測,所以量測的範圍也是沒有限制的,而同步處理標籤點的數量,可以一次處理數千個標籤點的資料。

4、TRITOP的特性

採用專業的數位相機,可以手持拍照:採用單眼高階的數位相機來拍攝,以手持的方式拍攝,而在拍攝時無環境限制。

容易且快速的擷取數位影像:拍攝過程非常簡易,而且拍攝速度很快,就像平常在拍照一樣,使用者非常容易上手。

具親和力的操作介面簡單:簡易的操作介面讓使用者無須花很多時間才能學習,而簡易的介面更便於使用人員建立及培養。

自動計算影像,無人為因素的考量:拍攝完成後影像的疊合都是交由電腦自動去運算,使用者無需透過手動的方式來完成影像的疊合。

可量測彈性體:因為非接觸式的量測,所以不會受限於彈性或軟性的被測物。

具備高移動性:整套TRITOP系統的組件很少,所有的組件只需收納至兩個保護箱且搭配筆計型電腦,更具備了高移動性,便於攜帶至所需要去拍攝的地點。

影像無線傳輸:透過影像無線傳輸的功能,拍攝過程可以更有效,不會浪費時間影像傳記憶卡輸入至電腦的時間,影像容量也不會有受限記憶卡容量的問題量測範圍大,從0.1M~20M大小的物體:透過調整數位相機鏡頭的焦距,小到0.1M大到20M的東西都可拍攝。

所量測後的資料可與CAD做比對:TRITOP也可將CAD輸入,透過RPS(Reference Points System)的定位,可以快速的進行檢測(On-site Quality Control)。

可搭配Tritop-adapter使用:搭配Tritop-adapter能夠量測被測物的孔位中心、邊緣、圓柱與平面交點、內螺紋中心、圓球中心…等等。

5、TRITOP Deformation 簡介

Tritop Deformation 簡單來說,透過TRITOP,進而量測物體的變型量。被測物在受到的不同程度上的負載,每個負載都會造成變型,例如:荷重試驗,在每一階段負載的會造成物 體上的標籤點的位移,而TRITOP將每一個階段的標籤點型拍下,經由軟體以相同的基準將每一個階段結合,結合後與未負載做比對,同一個標籤點在不階段會 有不同的位移,計算每個標籤點在每一個階段與未負載時相比,就能夠知道每一階段負載的變型量是多少,取得量化的數據,而計算後的結果會以色彩圖的方式將每 一個位移量標示出來,如下圖所示。

6、TRITOP Deformation 應用領域

零件或是原型件的的變型分析。
大型複雜物件的變型分析,無法透過傳統方式測量。
機械負載或溫度的變型測量(例如,溫度模擬室)…等

7、Deformation 流程說明

A、拍攝每個不同階段的數位影像
被測物放置於會造成變型的環境,像是溫度模擬室,或是使被測物有一負載,每一次不同條件下都會造成被測物的變型,而因每一次的條件不同,變型的程度也會不同,在每一次的變型之後,把每一階段的標籤點座標拍攝下來。

B、每一階段的資料疊合

將每一次不同條件下的資料相疊合,透過以相同的定位基準來疊合每一個階段。

C、計算變型量

以未變型為基礎,每一階段與基礎相比對,將變型量計算出來。

D、建立報告及可計算的項目

將計算好的資料輸入,報告格式有:2D報告(PDF格式)、連續影像檔案及動畫檔。

8、TRITOP Deformation 實際應用案例-傢俱結構測量

產品從開始到設計到最後量產的階段,需要透過許多的測試及檢驗來確保所製造的產品品質,在此要介紹的是瑞典的CHALMERS University of Technology, Department of Architecture, Division of Building Design的木質扶手椅的結構測試應用實例。測試工件為原型品,見下圖,而在原型座椅上,透過一個特殊設計的氣壓式輔助工具,對其施加壓力模擬人坐在椅 子上,施加的壓力模擬人體的重量,椅子經過施加力量及釋放力量之後會產生變型,最終來了解椅子整體變型的程度。

在整體測試過程裡,會先將對椅子施加兩的方向的力量,垂直方向及水平方向的力量,再者會將其中一支後椅腳限制住,避免有任何方向的移動,另外一支後椅腳避 免向後移動,兩支前腳椅則可允許任意的移動;在測試中,會有多次的施壓及釋壓,之後再比對椅子是否有任何的損壞(如:接點的損壞)或是較大程度上的變型。

椅子一開始無任何的負載,在變型分析中此階段也是設為基準,再先後對椅子施加兩組不同的力量(椅墊:560N,椅背:200N;椅墊:1120N,椅 背:390N),待釋放力量之後,經比對就可以知道,在經過一定的力量施加,椅子整體的變型狀況,透過色彩圖可以很快速的了解,椅子的變型趨勢,會有好幾 個不同的變型方向,變型(標籤點位移)的總量及分量,使用者可以清楚的了解修正的方向及修正量。

變型分析檢測往往的一個較難測量的一個環節,TRITOP Deformation讓變型分析檢測不再是一個難以測定的項目,而目前在國內也有知名的汽車廠商有採用相同設備做變型分析的應用,透過TRITOP Deformation驗證或是分析所設計的產品,讓產品量產時是達到最佳的狀態。

9、結論

TRITOP是一套穩定且又方便的量測系統,無論是在軟體或是硬體的研發以達到一個成熟的階段,當中好學易懂的使用者介面、高穩定度及高精度,在兩岸三地獲了廣泛的好評。


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