לכידת גיאומטריה אוטומטית מבוססת לייזר לניתוח אלמנטים סופיים של חרוזי ריתוך

ריתוך אוטומטי נמצא בשימוש נרחב ומסוגל ליצור ריתוכים אחידים וניתנים לשחזור. עם זאת, כרגע חסרה לו יכולת הסתגלות במהלך תהליכי ריתוך מרובי מעברים, דבר שטכנאי מיומן יעשה באופן טבעי במהלך ריתוך ידני. על ידי שימוש בסורק לייזר, הפרוטוקול שלנו מאפשר לעקוב אחר ההתקדמות מבלי לגרום לעיכובים בניגוד ללכידה ידנית של גיאומטריית הריתוך באמצעות מדדים פיזיים.

הוא גם מייצר תיעוד דיגיטלי של התצהיר, שיכול לשמש לניתוח עתידי. פרוטוקול זה מופעל על ידי Meta one, שהיא הרכבת הדיגיטלית של תא הריתוך. הם פותחו באוניברסיטת מנצ'סטר.

הרכבת הדיגיטלית מאפשרת הקלטה והשמעה במרחב דיגיטלי לא רק של גיאומטריית הבנייה, אלא גם הוראות רובוט, תנועת רובוט בפועל וצילומי מצלמה של תא הריתוך ובריכת ההיתוך המקומית. יש לכייל את סורק הלייזר כדי לתקן כל הטיה או הטיה בינו לבין לוחית הבנייה. כחלק מתהליך כיול זה, נתוני סורק הלייזר מובאים למערכת הקואורדינטות של רובוט הריתוך.

לכידה מהירה של גיאומטריית ריתוך יכולה להקל על קבלת החלטות בין מעברים, אולי לשפר באמצעות למידת מכונה, ולאפשר לאכלס מודלים של אלמנטים סופיים בגיאומטריית תצהיר אמיתית. כדי להתחיל, הנח את רכיב הכיול בתוך תא הריתוך באותו כיוון ביחס למקור במכונת מדידת הקואורדינטות. הגדר את הסריקה של רכיב הכיול באמצעות מערכת סורק הלייזר והקלט את פלט הסריקה בקואורדינטות file המכיל ערכי X, Y ו-Z.

מדוד כל כדור פידוציאלי באמצעות סורק הלייזר. סרוק על פני כל כדור כדי למדוד את רכיב הכיול. חתוך את נתוני סריקת הקווים על ידי אי הכללת נקודות שמקורן במצע, שימוש במסיכות מעגליות ב-X ו-Y סביב המיקומים הידועים והחלת ספים ב-Z.השתמש בערכת הנקודות המסוננות כדי לבצע התאמת כדור בריבוע לפחות ולקבוע את הקואורדינטות המרכזיות.

כעת אתר את רכיב הכיול באמצעות רובוט הריתוך המצויד בקצה מתכתי במידות ידועות. באמצעות שגרת חיישן המגע, הבא את הקצה למגע עם פני השטח של כל כדור פידוציאלי במספר מקומות. אפשר לנפח נמוךtagמעגל להשלים במגע ורשום את מיקום הרובוט באמצעות תוכנת המערכת.

לאחר מכן הנח את המצע או חומר האב שיקבל את התצהיר לתא הריתוך. לאחר מכן, התחל מעבר ריתוך באמצעות רובוט הריתוך כדי להפקיד חרוז חומר לאורך משטח המצע. תכנת את רובוט הסריקה לעקוב אחר נתיב מיושר עם מיקום החרוז.

עבור חרוזים ליניאריים פשוטים, השתמש באותן נקודות התחלה וסיום כמו רובוט הריתוך וסרוק את כל שטח הצלחת עם רובוט הסריקה לכיסוי משופר. בצע מדידות תוך כדי הזזת הסורק מעל חומר העבודה. רשום את נקודות ההתחלה והסיום של נתיב הסריקה, את מהירות התנועה של הרובוט ואת תדירות הרכישה.

ודא שהתדר מתאים למרווח מרחבי, שאינו קטן מגודל היסוד המינימלי המתוכנן לניתוח האלמנטים הסופיים. התאם את פרופיל החרוז הסרוק עם פונקציה אנליטית מתאימה באמצעות קוד Python. עבור תצהירי חרוזים בודדים, השתמש בפונקציה פרבולית להתאמת עקומה.

החל את אותה מטריצת טרנספורמציה אפינית על נתוני סריקת הלייזר כפי שנעשה בהם שימוש במהלך הכיול. חתוך את נתוני הסריקה לאזור המכסה את החרוז וכולל שוליים סביבו. הסר את כל פריטי הסריקה הנגרמים על-ידי השתקפויות באמצעות מסננים מבוססי גובה.

לאחר מכן שטח את האזור המקומי של הצלחת בסריקה החתוכה על ידי פתרון עבור הצלחת הרגילה והחל מטריצת סיבוב כדי ליישר את הצלחת הרגילה עם הציר האנכי. סובב את החרוז כך שיתיישר עם ציר ה-Y כדי לפשט את המשך העיבוד. זהה את כיוון החרוז על ידי החלת מסנן גובה ממש מעל מפלס לוחית הבסיס והתאם את הנתונים המתקבלים עם פולינום מסדר ראשון כדי ליצור וקטור המייצג את כיוון החרוז.

אם החרוז אינו ישר, חלקו אותו למקטעים קטנים יותר המקורבים לקווים ישרים. כעת חתוך את החלק המסובב כדי להסיר שטח צלחת עודף תוך שמירה על כחמישה מילימטרים של חומר משני צידי החרוז. בחר את האזור המרכזי של אובדן החרוז ובצע התאמה של עקומה פרבולית לחתך הנתונים במיקום זה.

לאחר מכן באמצעות העקומה הפרבולית המותאמת, קבע את ההיקפים הרוחביים של החרוז על ידי הערכת העקומה בקואורדינטות X כאשר החרוז פוגש את לוחית הבסיס בגובהו המרבי. לאחר מכן, הערך את קואורדינטות ה-Y, המציינות את היקפי החרוז באמצעות טכניקות סף גובה דומות. צור פרופילי סיום בשני קצוות החרוז באמצעות אותה צורה פרבולית המועברת למישור XY.

כעת חשב את המתאר המלא של החרוז על ידי הערכת כל הפרבולות בקואורדינטות X ו-Y מרובות המכסות את כל טווח החרוז. לאחר מכן הוסף את גיאומטריית המצע הבסיסית על ידי ציון ההיקפים בפועל או שימוש במידות מוגדרות מראש. לאחר מכן השתמש בכלי רשת ב-FreeCAD כדי להמיר את קבוצת החתכים הפרבוליים לגיאומטריה מוצקה תלת מימדית אחת.

משטח זה צריך להיות מתאים לייבוא לסביבת ניתוח אלמנטים סופיים. תרגם את נקודות המתאר למערכת הקואורדינטות המקורית של רובוט הריתוך. ראשית, אפס את החרוז למקור של מערכת קואורדינטות חדשה.

לאחר מכן החילו את שינוי הצורה כדי לשחזר את מיקומו במסגרת המקורית. השתמש בפקודות מאקרו כדי לייצא את החרוז והמצע כקובצי STL ו-step תוך שימוש בנקודות הגיאומטריה שחושבו קודם לכן. לבסוף, ייצא את הגיאומטריה המלאה לפורמט קובץ המתאים לניתוח אלמנטים סופיים, כגון פורמט INP.

לחלופין, השתמש בכלי NETGEN mesh FEM ב-FreeCAD כדי ליצור את הרשת באמצעות עדינות בינונית עם גודל אלמנט מקסימלי של 0.5 מילימטרים ומינימום של 0.1 מילימטרים. מטריצת הטרנספורמציה שהוחלה על מיקומי הכדורים הפידוציאליים הביאה לקבוצות נקודות חופפות ונבדלות בעליל בין מערכות הקואורדינטות. הרדיוסים הנמדדים של הכדורים הפידוציאליים באמצעות סורק הלייזר הראו הערכת חסר קלה עקבית בהשוואה לטכניקות של מציאת קצה ומדידת קואורדינטות.

שגיאת המיקום של סורק הלייזר בקביעת מרחקים בין כדורים פידוציאליים נעה בין 1.30 מילימטרים ל-2.05 מילימטרים, בעוד שגם CMM וגם שגיאות מציאת קצה אלקטרוניות נותרו מתחת ל-0.1 מילימטרים. גיאומטריית חרוזי הריתוך המלאה הסופית יובאה בהצלחה לתוכנת ניתוח האלמנטים הסופיים.