metrology, multisensor, CMM, digital twins, estimation, uncertainty, simulation
Abstrakt
Współrzędnościowa technika pomiarowa to dziedzina metrologii, która zrewolucjonizowała kontrolę jakości w procesach produkcyjnych. Dzięki rozwojowi technologii komputerowej możliwe stało się zautomatyzowanie pomiarów kontrolnych. Badania prowadzone przez lata przyczyniły się do powstania nowych sposobów pomiaru produkowanych przedmiotów, a także coraz dokładniejszych i bardziej wydajnych systemów pomiarowych. Analiza tak istotnych zagadnień, z punktu widzenia kontroli jakości jak niepewność pomiaru, umożliwiła opracowanie nowych metod szacowania niepewności. Celem tych rozważań było zminimalizowanie wartości niepewności pomiaru, co w połączeniu z wysoką dokładnością systemów pomiarowych przekłada się na wzrost jakości produkowanych wyrobów przy jednoczesnej minimalizacji czasu i kosztów na to przeznaczonych. Praca przybliża czym jest współrzędnościowa technika pomiarowa. Przedstawia główną koncepcję i założenia realizacji pomiarów długości i kąta. Opisuje w jaki sposób przeprowadza się pomiar aż do uzyskania wyniku oraz historyczne podejście do wspomnianego zagadnienia. Następnie w pracy opisano tematykę maszyn multisensorycznych. Ideę integracji wielu rodzajów sensorów pomiarowych w jednym urządzeniu. Zalety i wady takich rozwiązań, a przede wszystkim ich możliwości pomiarowe. Przedstawione zostały rozwiązania oferowane przez czołowych producentów maszyn. Scharakteryzowano dostępne rodzaje sond wraz z ich wartościami maksymalnych granicznych błędów dopuszczalnych. Opisano zasadę działania poszczególnych systemów pomiarowych. Tematyka pracy dotyczy zastosowania systemów ekspertowych w procesie pomiaru. W pracy zawarto przegląd dotychczas spotykanych rozwiązań. Począwszy od pierwszych systemów tego typu, które dobierają podstawowe przyrządy metrologiczne do prostych zadań pomiarowych. Poprzez programowanie współrzędnościowych maszyn w oparciu o zbiory CAD. Kończąc na zaawansowanych systemach dobierających systemy optyczne do zadań. W kolejnych rozdziałach omówiono zagadnienia dotyczące źródeł błędów maszyn jakie wpływają na uzyskiwany wynik pomiaru i które należy uwzględnić w metodach szacowania niepewności pomiaru. Powyższe metody również opisano wraz ze wskazaniem możliwości zasadności ich stosowania w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych. Kolejna część pracy opisuje koncepcję budowy systemu ekspertowego wraz z aplikacją dla wybranej maszyny multisensorycznej. Przedstawiono zasadność opracowania takiego rozwiązania jako narzędzia wspomagającego działy kontroli jakości w podejmowaniu decyzji dotyczącej doboru systemu do zadania pomiarowego w celu minimalizacji niepewności. Poruszono kwestie dotyczące doboru strategii pomiarowej dla poszczególnych systemów i zadań. Omówiono symulacyjną metodę wyznaczania punktów pomiarowych. Wyznaczono graniczne błędy dopuszczalne maszyny pomiarowej, dla której tworzony był system ekspertowy. Opisano algorytm działania systemu wspomagania decyzji. Następnie wykonano pomiary na elemencie wzorcowym i części przemysłowej. Przedstawiono również badania pokazujące zasadność stosowania wirtualnych maszyn pomiarowych i metod symulacyjnych w zadaniu szacowania niepewności. Ostatnia część pracy dotyczy wniosków i kierunków dalszych badań. W rozdziałach tych zawarto uzasadnienie i potwierdzenie postawionej hipotezy. Podsumowano przeprowadzone badania i analizy. Wykazano istotność opracowania systemu ekspertowego dla zadaniowego podejścia w realizacji pomiarów kontrolnych. Opisano również możliwości i sposoby rozwoju systemu będącego tematem niniejszej publikacji.
Coordinate measurement technology is a field of metrology that has revolutionized quality control in manufacturing processes. Thanks to the development of computer technology, it has become possible to automate control measurements. Research conducted over the years has led to the creation of new ways of measuring manufactured details, as well as increasingly accurate and efficient measurement systems. The analysis of such important issues, from the point of view of quality control, as measurement uncertainty has enabled the development of new methods of estimating uncertainty. These considerations aimed to minimize the value of measurement uncertainty, which, combined with the high accuracy of measurement systems, translates into an increase in the quality of manufactured products while minimizing the time and costs allocated for this purpose. The work introduces what coordinate measurement technology is. It presents the main concept and assumptions of length and angle measurements. It describes how the measurement is carried out until the result is obtained and the historical approach to the mentioned issue. Then, the work describes the topic of multisensory machines. The idea of integrating many types of measurement sensors in one device. Advantages and disadvantages of such solutions, and above all their measurement capabilities. Solutions offered by leading machine manufacturers were presented. Available types of probes were characterized along with their maximum permissible error values. The principle of operation of individual measurement systems was described. The subject of the work concerns the application of expert systems in the measurement process. The work includes a review of solutions encountered so far. Starting from the first systems of this type, select basic metrological instruments for simple measurement tasks. Through the programming of coordinate machines based on CAD sets. Ending with advanced systems selecting optical systems for tasks. In the following chapters, issues related to machine errors that affect the obtained measurement result and which should be taken into account in methods of estimating measurement uncertainty were discussed. The above methods were also described along with an indication of the possibilities of their use in laboratory and industrial conditions. The next part of the work describes the concept of building an expert system along with an application for a selected multisensory machine. The research plan and the justification for developing such a solution as a tool supporting quality control departments in making decisions regarding the selection of the system for the measurement task to minimize uncertainty. Issues related to the selection of measurement strategies for individual systems and tasks were discussed. A simulation method for determining measurement points was discussed. The limit permissible errors of the measuring machine for which the expert system was being created were determined. The algorithm of the decision support system was described. Measurements were then taken on the reference part and the industrial part. Research was also presented showing the validity of using virtual measuring machines and simulation methods in the task of estimating uncertainty. The last part of the work concerns conclusions and directions for further research. These chapters contain a justification and confirmation of the hypothesis. The conducted research and analyses were summarized. The importance of developing an expert system for a task-oriented approach in carrying out control measurements was demonstrated. The possibilities and ways of developing the system being the subject of this publication were also described.
