The influence of properties of a measured object on the surface digitalization performed by a laser scanner integrated with measuring arm

eng Artykuł w języku Angielskim DOI:

Michał Rak*, wyślij Adam Woźniak** * ** Institute of Metrology and Biomedical Engineering, Warsaw University of Technology

Pobierz Artykuł

Abstract

Examining the influence of properties of the measured object on the surface digitization is a purpose of this article. Properties of an object are understood by the surface condition - its roughness, curvature and reflectivity, as well as the material composition of the measured object. A surface roughness was the first studied parameter. Tests were performed on standards of a roughness. It was checked how the roughness profile's height affects the accuracy of collected points. Measurements were performed for both reflective and scattering surfaces. It was also examined whether the scanning direction, perpendicular or parallel to the roughness profile affects the result significantly. The second part of the study was based on measurements of balls. For researches ceramic balls were chosen due to the accuracy of their making. In this case finding balls made of a material that allows the measurement by laser triangulation method was the crucial purpose. After a selection of a suitable material it was tested how the radius of the curvature affects the surface digitization. Three parameters were taken into account. These parameters were: sphericity, stability of determination the position of the centre of the fixed ball and accuracy in determination of the diameter with respect to the nominal. All measurements were studied with a portable measuring arm Metris-Nikon model MCA II fitted with a MMC80 laser scanner.

Keywords

3D digitalization, laser scanning, laser triangulation, roughness

Wpływ właściwości mierzonego obiektu na proces digitalizacji powierzchni przeprowadzanej za pomocą skanera laserowego zintegrowanego z ramieniem pomiarowym

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badania wpływu właściwości mierzonego obiektu na proces digitalizacji powierzchni. Właściwości obiektu są rozumiane przez stan powierzchni - jej chropowatość, krzywiznę i refleksyjność, jak również skład materiałowy mierzonego obiektu. Pierwszym badanym parametrem była chropowatość powierzchni. Testy wykonano na wzorcach chropowatości. Sprawdzano, jak wysokość profilu chropowatości wpływa na dokładność zbieranych punktów. Pomiary wykonano dla powierzchni zarówno refleksyjnych i rozpraszających. Sprawdzano również, czy kierunek skanowania, prostopadły lub równoległy do profilu chropowatości wpływa znacząco na wynik. Druga część badań została wykonana na podstawie pomiarów kul. Do testów użyto kul, które zostały zbadane pod względem najlepszego materiału umożliwiającego pomiar na zasadzie triangulacji laserowej. Następnie sprawdzano, jak promień krzywizny wpływa na digitalizację powierzchni. Wzięto pod uwagę trzy parametry. Tymi parametrami były: sferyczność, stabilność wyznaczenia pozycji środka unieruchomionej kuli i dokładność wyznaczenia średnicy w odniesieniu do wartości nominalnej. Wszystkie pomiary wykonano przy użyciu współrzędnościowego ramienia pomiarowego Metris-Nikon model MCA II wyposażonego w skaner laserowy MMC80.

Słowa kluczowe

chropowatość, digitalizacja 3D, skaning laserowy, triangulacja laserowa

Bibliografia

  1. Ratajczyk E., Coordinate measuring technique, OWPW, Warsaw 2005 (in Polish).
  2. Várady T., Martin R., Coxt J., Reverse engineering of geometric models - an introduction. “Computer-Aided Design”, Vol. 29, No. 4, 1997, 255-268.
  3. Martínez S., Cuesta E., Barreiro J., Álvarez B., Analysis of laser scanning and strategies for dimensional and geometrical control. “The International Journal of Advanced Manufacturing Technology”, (2010) 46, 621-629.
  4. Wang L., Ding H., Wang S., Measurement Error Compensation Using Data Fusion Technique for Laser Scanner on AACMMs, ICIRA 2010, Part II, LNAI6425, 2010, 576-586.
  5. Vukašinović N., Bračun D., Možina J., Duhovnik J., The influence of incident angle, object colour and distance on CNC laser scanning, “The International Journal of Advanced Manufacturing Technology”, 9/1994, 56-64.
  6. Demkin V.N., Stepanov V.A., Measurement of surface roughness profile by a triangulation method, “Measurement Techniques”, Vol. 51, No. 6, 2008.
  7. Van Gestel N., Cuypers S., Bleys P., Kruth J.P., A performance evaluation test for laser line scanners on CMMs, “Optics and Lasers in Engineering”, vol. 47, 2009, 336-342.
  8. Blanco D., Fernández P., Cuesta E., Mateos S., Beltrán N., Influence of Surface Material on the Quality of Laser Triangulation Digitized Point Clouds for Reverse Engineering Tasks, “Emerging Technologies & Factory Automation”, 2009. ETFA 2009. IEEE Conference.
  9. Vukašinović N., Možina J., Duhovnik J., Correlation between Incident Angle, Measurement Distance, Object Colour and the Number of Acquired Points at CNC Laser Scanning, “Journal of Mechanical Engineering”, 58, 2012, 1, 23-28.
  10. Vukašinović N., Korošec M., Duhovnik J., The Influence of Surface Topology on the Accuracy of Laser Triangulation Scanning Results, “Journal of Mechanical Engineering”, 56, 2010, 1, 23-30.
  11. Lombardo V., Marzulli T., Pappalettere C., Sforza P., A time-of-scan laser triangulation technique for distance measurements, “Optics and Lasers in Engineering”, 39, 2003, 247-254.
  12. ASME B89.4.22-2004 “Methods for Performance Evaluation of Articulated Arm Coordinate Measuring Machines”.