Politechnika Wrocławska

Wydział Mechaniczny

Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn

Specjalność: Konstrukcja i Eksploatacja Maszyn

Badanie elementów i zespołów maszyn

Zastosowanie systemu nawigacyjnego w pomiarach geometrii elementów maszyn

Prowadzący: Dr inż. Ewelina Świątek-Najwer

Data laboratorium: 15 październik 2015 r.

Wykonali:

Piotr Chudy 194759

Mateusz Dutkiewicz 194685

Grupa I PN godz. 11.15

Wrocław 28 październik 2015 r.

1. Wstęp teoretyczny

Jednym z optycznych systemów nawigacji jest system Optotrack Certus. Z jego pomocą możemy dokonywać pomiarów elementów w 3D oraz śledzić ich ruch w czasie rzeczywistym. System wykorzystuje technologię optyczną do pomiaru położenia i orientacji markerów, które wysyłają promieniowanie podczerwone. Markery te umieszczone są na mierzonym obiekcie, są bardzo lekkie, dlatego nie zakłócają w żaden sposób naturalnego ruchu obiektu.

Rysunek 1 System Optotrack Certus

Dane techniczne systemu:

- dokładność 0,1 mm

- rozdzielczość 0,01 mm

- maksymalna częstotliwość 4600 Hz

- maksymalna liczba śledzonych markerów – 512

System posiada ograniczenie tj. istnieje pewna geometria, w której pomiar musi zostać dokonany. Zostało to przedstawione na rys. 2

Rysunek 2 Obszar pracy systemu Optotrack

System jest bardzo popularny na całym świecie, od ponad 30 lat jest stale udoskonalany. Znalazł zastosowanie w takich dziedzinach jak przemysł, medycyna. Używany jest także na wielu uniwersytetach.

1. Cel i przebieg ćwiczenia

Jak wskazuje temat ćwiczenia, jego celem było zbadanie geometrii i ruchu elementu maszyny.

Kolejność czynności pomiarowych:

- podłączenia układu tj. naklejenie ramek na badany obiekt, podłączenie diod do Strobera

- usytuowanie badanego elementu w obszarze roboczym

- skonfigurowanie programu komputerowego tj. definicja markerów wirtualnych, lokalizacja lokalnych układów współrzędnych, wykonanie szkicu ( dodanie markerów w rogach elementu)

- sprawdzenie poprawności działania układu

- wykonanie pomiarów ( 3 translacje, 3 rotacje)

- sporządzenie w programie odpowiednich wykresów

- analiza otrzymanych danych

Po wykonaniu powyższych czynności otrzymano 6 wykresów, które przedstawiają odpowiednio 3 translacje ( oś x,y,z) oraz 3 rotacje elementów wobec siebie.

1. Analiza wyników

Przemieszczenia w osiach X,Y,Z

W czasie pomiarów badany element był kilkukrotnie przemieszczany w odpowiednich osiach względem drugiego, który był punktem odniesienia.

Średnia wartość przemieszczenia w osi X wynosiła około 100 mm, otrzymana na wykresie wartość jest więc prawidłowa.

W przypadku osi Y początkowe przemieszczenie było za duże, po zmniejszeniu go do około 50-60 mm pomiar przebiegł prawidłowo.

W trzecim przypadku zadane przemieszczenie również wynosiło około 100 mm, jednak w przypadku osi Z pojawił się pewien problem. Otóż w czasie translacji nie było żadnego punktu odniesienia, dlatego też wartości przemieszczeń różnią się między sobą.

2. Rotacje wokół osi X,Y,Z

W przypadku obrotu wokół osi X także wystąpił problem z brakiem punktu odniesienia co skutkowało tym, że ciężko było uzyskać zadany kąt tj. 45^o, co można zaobserwować na wykresie.

Dla osi Y obrót wynosił około 90^o co jest zgodne z wartościami na wykresie.

W przypadku osi Z element był wychylany w zakresie od -45^o do 45^o co odzwierciedla uzyskany wykres.

1. Wnioski

Otrzymane w czasie badania wyniki zdają się być zbliżone do tych obserwowanych w czasie pomiarów, zarówno wartości otrzymanych translacji jak i rotacji oscylują wokół wykonywanych w czasie pomiaru. Jednym z czynników wpływających w otrzymane wyniki był brak punktu odniesienia w przypadku translacji w osi Z oraz rotacji w osi X. Kolejnym jest tzw. błąd ludzki. Elementy były przesuwane względem siebie przez człowieka, co spowodowało małą powtarzalność wprowadzanych ruchów.

Jak powszechnie wiadomo żaden istniejący system nie jest wolny od wad, dlatego też mogły mieć one wpływ na otrzymane wyniki. W przypadku systemu Optotrack Certus do jego wad można zaliczyć m.in.:

- konieczność zachowania wolnej przestrzeni pomiędzy badanym elementem a kamerą

- konieczność poprawnego wprowadzanie punktów odniesienia w celu ustalenia układu współrzędnych

- ograniczona przestrzeń robocza

- wysoka cena systemu

System na jednak wiele zalet, które przemawiają na jego korzyść. Są to m.in.:

- duża dokładność

- możliwość pomiaru na wielu obiektach w tym samym czasie

- możliwość komunikacji bezprzewodowej

W przypadku produkcji gdzie gotowe części pakowane są w skrzynki przez robota, można zamocować ramkę referencyjną na opakowaniu. Może być to gotowa ramka przymocowana do pojemnika lub diody umieszone w pojemniku. Na początku korzystania z systemu należy za pomocą wskaźnika określić ważne dla robota punkty w pojemniku. Gdy wstawi się pojemnik, system odczyta położenie pojemnika, który nie musi być ustawiony w szczególnym punkcie a następnie z wykorzystaniem systemu część zostanie odpowiednio włożona do pojemnika.

Kolejnym wykorzystaniem systemu jest założenie ramek na poszczególne części zawieszenia motocykla. Po założeniu ramek oraz określeniu charakterystycznych części można śledzić przemieszczenia oraz obroty poszczególnych części zawieszenia. Dzięki temu możliwe jest sprawdzenie czy zawieszenie działa poprawnie (odpowiednie ugięcia i przesunięcia części zawieszenia).

Za pomocą tego systemu można również śledzić ruch kończyn ciała, dzięki czemu możliwe jest tworzenie gier z bardzo realistycznymi ruchami ciała.