Fusion of High Density Low Precision and Low Density High Precision data in Coordinate Metrology

Michał Bartosz Rak

Abstract

In coordinate measuring techniques dimensions and geometry of elements are determined on the basis of coordinates of points. These points can be collected using contact and non-contact methods. Unfortunately every method apart from its advantages has also disadvantages. Data from non-contact measurements like laser triangulation or structured-light projection techniques is characterized by a low precision but high density of points. Contact measurements derive low density of points but with higher precision. It is desirable to develop a method which allows merging two sets of data, maintaining the advantages and minimizing disadvantages. This thesis presents a method of data fusion insensitive to the characteristics of the input data, especially in case of non-contact measurements, where the properties of gathered points depend both on the measuring method and chosen strategy. The method is applicable for freeform surfaces. In the presented method two sets of data from a surface are gathered. One set comes from non-contact measurements and provides complete information about the measured object. The second set comes from contact measurements and represents characteristic points used to correct the first set. Two methods of characteristic points’ determination were proposed called material and virtual markers. In material markers special features made of ceramic balls in magnetic mount were designed and manufactured. The centres of these balls were determined using data from non-contact measurements and contact measurements forming pairs of corresponding characteristic points used for fusion. For virtual markers corresponding points from non-contact measurements were determined based on points gathered directly from the measured surface using contact method. Both methods were tested on real parts from the industry. For material markers a plane, a turbine blade and an engine cover were used. For virtual markers additionally a fuel tank of a plane was used. Results from virtual markers are similar to results from computer simulation. Better results were obtained when the distance between characteristic points was lower. Uncertainty of the measurement was decreased by more than 40 %.
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Michał Bartosz Rak (WM / IMIB)
Michał Bartosz Rak
- Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej
Języken angielski
Jednostka dyplomującaWydział Mechatroniki (WM)
Instytucja dyplomująca (jeśli spoza PW)Polytechnique Montreal
Dyscyplina naukibudowa i eksploatacja maszyn / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Data obrony16-11-2016
Data zakończenia 23-11-2016
Promotor Adam Woźniak (WM / IMIB)
Adam Woźniak
- Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej
, Rene Mayer
Rene Mayer
-
Recenzenci zewnętrzni Krzysztof Walczak - Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu
Krzysztof Walczak
-

Feng Hsi-Yung - University of British Columbia
Feng Hsi-Yung
-
Paginacja 117
Słowa kluczowe w języku polskimwspółrzędnościowe techniki pomiarowe
Słowa kluczowe w języku angielskimcoordinate measuring techniques
Streszczenie w języku polskimWe współrzędnościowych technikach pomiarowych, wymiary i odchyłki kształtu i położenia określane są na podstawie współrzędnych punktów. Punkty te mogą być wyznaczone przy użyciu metod stykowych i bezstykowych. Niestety każda metoda oprócz swoich zalet ma również wady. Dane z pomiarów bezstykowych jak triangulacja laserowa czy skanery światła strukturalnego charakteryzują się małą dokładnością, ale wysoką gęstością punktów. Pomiary stykowe dostarczają niskiej gęstości punktów, ale o większej dokładności. Dlatego to pożądane jest opracowanie metody, która umożliwia połączenie dwóch zestawów danych utrzymując zalety i minimalizując wady. Rozprawa przedstawia metodę fuzji danych niewrażliwą na charakter danych wejściowych, szczególnie w przypadku pomiarów bezstykowych gdzie właściwości zebranych punktów zależą zarówno od metody pomiarowej jak i wybranej strategii. Metoda ma zastosowanie do powierzchni swobodnych. W przedstawionej metodzie dwa zestawy danych pochodzą z pomiaru powierzchni. Jeden zestaw pochodzi z pomiarów bezstykowych i dostarcza kompletnej informacji o mierzonym obiekcie. Drugi zestaw pochodzi z pomiarów stykowych i reprezentuje punkty charakterystyczne używane do korekcji pierwszego zestawu. Zaproponowano dwie metody wyznaczania punktów charakterystycznych nazwane markerami materialnymi i wirtualnymi. Jako markery materialne zaprojektowano i wykonano specjalne elementy złożone z kul ceramicznych w magnetycznych obudowach. Środki tych kul wyznaczone z pomiarów bezstykowych i stykowych były parami punktów korespondujących użytych do fuzji. Przy markerach wirtualnych punkty korespondujące z pomiarów bezstykowych były wyznaczone w oparciu o punkty zmierzone bezpośrednio z badanej powierzchni przy wykorzystaniu metody stykowej. Obie metody były testowane na częściach rzeczywistych z przemysłu. W przypadku markerów materialnych testy przeprowadzono dla płaszczyzny, łopatki turbiny i pokrywy silnika. W przypadku markerów wirtualnych dodatkowo wykonano testy na zbiorniku paliwa samolotu. Wyniki z markerów wirtualnych są zbliżone do wyników z symulacji komputerowej. Lepsze wyniki uzyskano dla mniejszej odległości między punktami charakterystycznymi. Niepewność pomiaru została zmniejszona o więcej niż 40 %.
Plik pracy
Michal Bartosz Rak - PhD thesis.pdf 4.8 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót