Giriş

Ürünler gelişen teknolojinin yardımı ile 10 yıl öncesine göre daha formlu hatlara  sahip olarak tasarlanmaktadır. Özellikle otomotiv sanayiinde dış görünüşten iç aksamlara ve detaylara kadar tüm parçalar CAD ortamında yüzey modelleme olarak tanımlanan formlu görünüşlere sahip olmaktadır. Günümüzde optik ölçüm teknolojisindeki gelişmeler ile bu formlar kolaylıkla ölçümlendirilebilmektedir. Otomotivdeki çamur modelden üretim ihtiyacından doğan bu gelişme geriye dönük mühendislik ve kalite kontrol alanlarında sıkça kullanılmaya başlanmıştır.

3D Sayısallaştırma Sistemleri

3D sayısallaştırma/tarama sistemleri iki ana gruba ayrılır: dokunmalı ve dokunmasız sistemler. Dokunmalı ya da diğer adıyla prob’lu sistemler, mekanik kollu sistemler ve CMM’dir. Birkaç eksenli mekanik kolun ucuna takılmış bir ölçüm probu sayesinde, koordinatları istenen noktaya dokundurulan prob ile noktanın koordinatları hassas biçimde ölçülür. Bu sistemlerle yüzey bilgisi değil istenen belirli sayıda noktanın koordinatları elde edilebilmektedir. Dokunmasız optik sistemlerle serbest formlu yüzey bilgisi elde edilmesi hem ürün geliştirme, tersine mühendislik ve kalite kontrol işlemleri üzerine uzmanlaşmış mühendislik ofisleri, hem de büyük endüstri kuruluşlarının tasarım ve ürün geliştirme, kalite kontrol, kalıphane vs. gibi departmanları için önem arzetmektedir. Bu sistemlerle tüm yüzey formu çok yüksek hassasiyetle elde edilmekte ve CAD modelin oluşturulması, hızlı prototipleme ve CNC’de işlenme işlemlerine hazır hale gelmektedir. Dokunmasız sistemlerin çok çeşitli tipleri ve herbirinin farklı kullanım alanları olmakla birlikte, lazer çizgili sistemler ve yapılı ışık desenli (ızgara projeksiyonu, fringe) sistemler ya da topogrametrik sistemler, kullanımı diğerlerine göre daha yaygın olanlarıdır. Dokunmasız optik tarama sistemlerinden lazer çizgili sistemler, cismin üzerine bir lazer kesiti düşürülmesi ve bu kesitin cismin üzerinde hareket ettirilmesi prensibi ile çalışırlar. Ölçüm metodu lazer kesitinin cisim üzerinde deformasyona uğraması ve bu deformasyon bilgisinin CCD dijital kamera vasıtası ile alınması şeklindedir. Portatif elle taşınan modeller olduğu gibi mekanik kol ucuna bağlananları da vardır. Ayrıca robot koluna bağlanarak ölçüm otomatik hale de getirilebilir. Bu sistemlere bir örnek Steinbichler T-SCAN olarak verilebilir. Portatif bir sistem olmasından ötürü sayısallaştırılacak ürünler kendi ortamlarında taranabilmektedir. Böylelikle zaman alan tarama öncesi hazırlıklar saf dışı bırakılmış olur. Deneyimsiz kişilerin bile kullanabileceği bu sistemle boya fırçası ile boya yapar gibi hareket ettirilerek ile tarama yapılmakta ve tarama esnasında monitörden gerçek zamanlı olarak izlenebilmektedir. 90 mm’lik tarama genişliği ile büyük cisimlerin taranmasına imkan tanımaktadır.

Resim1. Steinbichler T-SCAN lazer kesitli tarama sistemi	Resim 2. Steinbichler COMET IV tek kameralı optik tarama sistemi

Dokunmasız optik tarama sistemlerinden yapılı ışık desenli 3D optik tarama sistemlerinin değişik dizayn tipleri mevcuttur. Tek kameralı, çift kameralı, asimetrik çift kameralı sistemler gibi. Tüm bu sistemlerde güçlü bir halojen  ışık kaynağı ile cismin üzerine farklı dokusal özellikleri olan fringe’ler düşürülür. Cismin yüzeyi üzerinde bu kodlanmış yapılı ışıklar, cismin şeklinin karakteristik özelliklerine göre deformasyona uğrar. Projeksiyon sistemi ile özel bir açı yapacak şekilde yönlendirilmiş yüksek çözünürlükteki bir kamera sistemi ile bu deformasyon bilgileri alınır nokta bulutu oluşturulur. Bu sistemler sayesinde çok sayıda noktanın (~1,000.000) koordinatı çok kısa zamanda (~ 1)* ölçülür. Böylelikle cismin yüzey formu bilgisini içeren nokta bulutu oluşturulmuş olur. Bundan sonra bir  tersine mühendislik uygulaması olan nokta bulutundan CAD modelleme işlemi mümkün olmaktadır.Tek kameralı sistemlerde bir projeksiyon cihazı ve 1 CCD dijital kamera aralarında belli bir açı yapacak şekilde konumlandırılmıştır. Bu açıya üçgenleme açısı denir. Bu açı sayesinde noktaların koordinatları trigonometrik hesaplarla elde edilir. Breuckmann ve Steinbichler sistemleri tek kameralı yüksek teknolojiye sahip sistemler olup uygulama alanına göre farklı görüş alanlarına sahip lensler sunarak değişik ebattaki cisimlerin sayısallaştırılmasını mümkün kılmaktadır.Çift kameralı sistemlerde ortada bulunan projeksiyon cihazı ile eşit veya farklı açı yapacak şekilde konumlandırılmış 2 CCD kamera bulunmaktadır. İki kameranın da ortak olarak gördüğü bölge esas ölçüm bölgesidir. Breuckmann firmasının geliştirdiği asimetrik çift kameralı sistem (STEREOSCAN) ise ortada bulunan projeksiyon cihazı ile farklı iki açı yapacak şekilde konumlandırılmış 2 CCD kamera bulunur. Bu asimetrik tasarım ile 3 tane üçgenleme açısı elde edilmiş olup detayların daha hassas ölçülmesi ve görüş kapasitesinin arttırılması garanti edilmiş olur.

Kullanım Alanları

Üreticinin bir parçayı uzun zamandır üretmemesi ve tekrar üretmek istemesi, orjinal dizaynın yetersiz dökümantasyona sahip olması, bir ürünün orjinal üreticisinin artık bulunmaması fakat müşterilerin bu ürüne ihtiyacının olması, ürünün orjinal dökümantasyonunun kaybolması veya hiç varolmamış olması, ürünün bazı kötü özelliklerinin yeniden tasarlanmasına ihtiyaç duyulması, ürünün uzun süreli kullanımına dayanarak ürüne ait iyi özelliklerin ölçülendirilmesi, rakip ürünün iyi ve kötü özelliklerinin analiz edilmesi, ürünün performansını ve özelliklerini geliştirmede sonuca götürecek yeni yolların keşfedilmesi, rakip ürünlerin anlaşılması ve daha iyi ürünlerin geliştirilmesinde rekabete dayalı kıyaslama metodlarının elde edilmesi, orjinal CAD modelinin değişikliklere ya da güncel üretim yöntemleri için yeterli olmaması, orjinal üretici firmanın parça sağlamada aşırı ücret talep etmesi, modası geçmiş parçaların ya da eski üretim işlemlerinin bugünkü ve daha ucuz teknolojilerle güncellenmesi gibi istek ve sorunlara geriye dönük mühendislik çözüm getirmektedir. Bu proseslerin çözüme kavuşturulması aşamasında bir teknolojik kolaylık olarak sayısallaştırma sistemleri kullanılmaktadır. Parça bu sistemler vasıtası ile sayısallaştırılmakta ve CAD modeli oluşturulmaya hazır hale getirilebilmektedir.Bu süreler değişik sistemlere göre farklılık göstermektedir. Burada verilen süre Breuckman optoTOP HE 3D sayısallaştırma sistemine ait katalog değeridir.

Resim 3. Tek kameralı sistem	Resim 4. Çift kameralı sistem

Resim 4. Asimetrik yerleştirilmiş çift kameralı sistem

(Breuckmann STEREOSCAN)