Rozdzielczość i dokładność skanerów 3D

Czym jest rozdzielczość i jak wpływa na pomiar? Im większa rozdzielczość skanera tym pomiar jest dokładniejszy, zbierana jest większa ilość danych pomiarowych podczas badania. Im większa rozdzielczość, tym wierniejsze odwzorowanie skanowanego przedmiotu. Określa zagęszczenie punktów na określonym obszarze. W metrologii definiowana jest jako najmniejsza różnica wskazań urządzenia.

W zależności od detektora, jego rozdzielczości, objętości skanowania, zależna jest jakość odwzorowania badanego przedmiotu. Badanie dokładności skanera przeprowadza się na podstawie normy ISO 10360 oraz niemieckiej normy PTB VDI/VDE 2634. Zawiera ona informacje dotyczące sposobu ponownej weryfikacji urządzenia pomiarowego (skanera 3D, ramienia pomiarowego, współrzędnościowej maszyny pomiarowej). Ważnymi normami, które stanowią źródło informacji odnośnie wyznaczania niepewności pomiaru, wzorcowania nadzorowania współrzędnościowych systemów pomiarowych są normy PN-EN ISO 9001:2009, a także PN-EN ISO 10012-1 – poruszaą temat regularnego wzorcowania sprzętu i nadzorowania przez akredytowane laboratorium. Należy pamiętać, że dokładność współrzędnościowych systemów pomiarowych, a dokładność pomiarów współrzędnościowych to dwa różne zagadnienia i nie można ich ze sobą mylić. Podczas sprawdzania układu pomiarowego, jego wzorcowania, parametrami jakościowym, na które zwraca się uwagę są: błąd układu głowicy optycznej – sprawdzany na pojedynczej kuli, błąd wskazania na długości – badanie przeprowadza się na ball barze, błąd płaskości – sprawdzany na płaskiej płytce. Norma PTB VDI/VDE 2634 nie przewiduje jednak pomiarów złożonych kształtów. Podczas użytkowania ważne jest utrzymanie na stałym poziomie błędów dopuszczalnych.

Pomiary łączą się z błędami, niepewnościami. Wszystkie podstawowe pojęcia związane z dziedziną metrologii i pomiarami zawarte są PKN-ISO/IEC Guide 99:2010 (międzynarodowym słowniku podstawowych i ogólnych terminów metrologii, wgląd do niego jest płatny). Pomiary nie są doskonałe, nigdy nie poznamy prawdziwej wartości wielkości mierzonej, każdy pomiar będzie obarczony błędem. Błąd pomiaru definiowany jest jako różnica pomiędzy otrzymanym wynikiem pomiaru a wartością prawdziwą wielkości mierzonej. Wartość wielkości prawdziwej jest nieznana, przez co obliczenie wartości błędów jest niemożliwe, jest on pojęciem urojonym. Błąd składa się ze składowych: przypadkowej oraz systematycznej.

Błąd przypadkowy definiowany jest przez międzynarodowy słownik podstawowych i ogólnych terminów metrologii jako różnica pomiędzy wynikiem uzyskanym podczas pomiaru a wartością średnią z nieskończonej liczby wyników pomiaru tej wielkości – pomiar musi zostać wykonany w warunkach powtarzalności. W rzeczywistości nie można wykonać nieskończonej liczby pomiarów oraz spełnić wszystkich warunków niepowtarzalności, co skutkuje niemożliwością poznania prawdziwej wartości błędu przypadkowego – możliwe jest jedynie szacowanie błędu.

Warunki powtarzalności pomiaru:

• ta sama metoda pomiarowa;
• ten sam przyrząd pomiarowy;
• ten sam obserwator;
• to samo miejsce pomiarowe;
• krótki przedział czasu między pomiarami;
• te same warunki wykonywania pomiaru.
• Wielkości, które nie są wielkościami mierzonymi, a mają wpływ na pomiar, nazywane są wielkościami wpływającymi, nie jest możliwe ich przewidzenie podczas badania.

Błąd systematyczny definiowany jest przez międzynarodowy słownik podstawowych i ogólnych terminów metrologii jako różnica między średnią z nieskończonej ilości pomiarów tej samej wielkości mierzonej – przeprowadzonych w warunkach powtarzalności – a wartość prawdziwą wartości mierzonej. Tak samo jak błąd przypadkowy, błąd systematyczny nie może być wyeliminowany, jednak można go zminimalizować.

Przeszkody określenia wartości prawdziwej błędu systematycznego:

• wykonanie skończonej liczby pomiarów jest niemożliwe;
• nieznana wartość wielkości prawdziwej;
• nieznane przyczyny błędu systematycznego, a skutki oddziaływania niemożliwe do obliczeni;
• niemożliwość spełniania warunków powtarzalności pomiarów.

Błąd systematyczny można wyeliminować lub zminimalizować. Eliminacja polega na likwidacji źródła błędu lub kompensacji błędu, minimalizacja błędu polega na doświadczalnym wyznaczeniu poprawki przez zmianę przyczyny błędu lub jej obliczenie na podstawie wartości wielkości wpływającej.

Pojęciem związanym z pomiarami jest ich niepewność – jest dla laboratoriów miarą jakości wyniku lub metody. Źródłami niepewności pomiarowej mogą być:

• niepełna znajomość oddziaływania otoczenia na pomiar;
• błędy osobowe;
• niedoskonały pomiar warunków otoczenia;
• błędy odczytu wskazań;
• skończona dokładność wykonania;
• zdolność do odtwarzania danej wielkości;
• strategia pomiaru;
• strefa martwa, próg pobudliwości, rozdzielczość, histereza, stabilność, liniowość itp.;
• niedoskonała realizacja definicji;
• niepełna definicja wielkości mierzonej;
• założenia upraszczające;
• niedokładne wartości stałych i innych parametrów otrzymanych ze źródeł zewnętrznych.

Pomiary wykonuje się przyrządami, odnosi się do nich pojęcie maksymalnego błędu granicznego – MPE - czyli skrajnej wartości błędu dopuszczanej przez warunki techniczne oraz wymagania stawiane przyrządowi.

Źródła:

http://smarttech3d.pl/slowniczek-pojec-skanowania-3d/rozdzielczosc/ [dostęp na dzień: 20.05.2019].

http://www.konstrukcjeinzynierskie.pl/2014/126-f2014/fczerwiec2014/1232-dokladnosc-skanera-3d-jak-jest-weryfikowana [dostęp na dzień: 20.05.2019].

Jakubiec W., Malinowski J., „Metrologia wielkości geometrycznych”, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, s. 54.

Jakubiec W., Zator S., Majda P., „Metrologia”, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, s. 91-98, 100, 103-104.

autorem tekstu jest Monika Reszka