3D szkennerek pontossága, precizitása és felbontása – mi a különbség?
Mitől lesz egy 3D szkenner igazán pontos? Ebben a cikkben megismerheti a pontosság, a precizitás, a felbontás és a térfogati pontosság közötti különbségeket, és átláthatja, hogy ezek az értékek mit mondanak el egy-egy 3D szkennerről. Az útmutató elsődleges forrása a shining3d.comon megjelent poszt kiegészítve azt néhány szerintünk szintén fontos gondolattal.
Egy 3D szkenner teljesítményét nem lehet kizárólag a pontossága (Accuracy) alapján megítélni. A precizitás (Precision), a felbontás (Resolution) és a térfogati pontosság (Volumetric Accuracy) egyaránt meghatározza, hogy a készülék mennyire megbízhatóan képes méreteket rögzíteni, ismételhető mérési eredményeket szolgáltatni, illetve különböző méretű alkatrészeket digitalizálni. Ezeknek a fogalmaknak az ismerete segít a megfelelő 3D szkenner kiválasztásában és a mérési eredmények helyes értelmezésében.
A 3D szkennerek pontossága, precizitása és felbontása
A pontosság, a precizitás és a felbontás gyakran egymás szinonimájaként jelennek meg, pedig a mérési teljesítmény teljesen különböző tulajdonságait írják le.
| Fogalom | Meghatározás | Példa az értelmezésre |
|---|---|---|
| Pontosság | A mért érték (pont) mennyire áll közel a valós értékhez. | A pontosság tehát azt fejezi ki, hogy a 3D szkenner által rögzített méret mennyire közelíti meg az alkatrész valódi méretét. Egy valójában 100,00 mm méretű alkatrészt a szkenner 100,01 mm-nek mér. A mérési hiba mindössze 0,01 mm, ezért a mérés pontos. |
| Precizitás | Ugyanazon érték ismételt mérései mennyire adnak azonos eredményt. | Öt egymást követő mérés eredménye: 100,01 / 100,02 / 100,01 / 100,02 / 100,01 mm. Az eredmények szinte azonosak, ezért a szkenner kiváló precizitással dolgozik. A precizitás tehát azt mutatja meg, hogy ugyanannak a pontnak többszöri beszkennelésével mennyire azonos eredményeket kapunk. |
| Felbontás | A szkenner által még érzékelhető legkisebb geometriai részlet. | A felbontás azt határozza meg, hogy a szkenner milyen apró geometriai részleteket képes még elkülöníteni. Egy 0,1 mm széles horony vagy finom gravírozás még megjelenik-e a 3D modellen? |
Egy szkenner lehet nagyon precíz, de pontatlan, ha kis mértékben minden mérés következetesen ugyanabba az irányba tér el a valós mérettől. Hasonlóképpen egy nagy felbontású szkenner sem feltétlenül alkalmas méretellenőrzésre, ha ugyanakkor a pontossága nem megfelelő.
Fontos! A gyártók által megadott pontossági értékek csak akkor hasonlíthatók össze, ha ugyanazon szabvány szerint, azonos mérési módszerrel határozták meg őket. Ezért professzionális 3D szkennerek esetében mindig érdemes azt is ellenőrizni, hogy a pontosságot milyen nemzetközi szabvány (pl. VDI/VDE vagy ISO) alapján igazolták.
Mit jelent a pontosság a 3D szkennelésben?
A pontosság azt mutatja meg, hogy a szkenner által mért méret legfeljebb mekkora eltérést mutathat a valós mérethez képest. A gyártók ezt általában maximális megengedett mérési hibaként adják meg, például ±0,02 mm. Ha egy 100,00 mm-es méretet a szkenner 100,02 mm-nek mér, akkor a mérési eltérés +0,02 mm, ami még megfelel egy ±0,02 mm pontosságú rendszer specifikációjának.
A nagy pontosság különösen fontos például:
- elsőminta-ellenőrzésnél (FAI),
- GD&T vizsgálatoknál,
- szerszámok validálásánál,
- öntött és forgácsolt alkatrészek ellenőrzésénél,
- reverse engineering során,
- minőségellenőrzési feladatoknál.
Ezekben az alkalmazásokban már néhány századmilliméter eltérés is befolyásolhatja az alkatrészek illeszkedését, működését vagy a gyártási költségeket.
Miben más a precizitás?
A mindennapi gyakorlatban a pontosságot és a precizitást külön paraméterként kezeljük. A metrológiai szabványok azonban a pontosságot egy összetett jellemzőként értelmezik, amelyet két tényező határoz meg:
- helyesség (trueness): azt mutatja meg, hogy a mérések átlaga mennyire közelíti meg a valós értéket
- precizitás (precision): azt mutatja meg, hogy az ismételt mérések mennyire adnak egymáshoz közeli eredményeket
Ezért fordulhat elő, hogy egy 3D szkenner rendkívül precíz, vagyis minden mérés szinte ugyanazt az eredményt adja, mégis kis mértékben eltér a valós mérettől. A fordított eset is lehetséges: a mérések átlagosan közel vannak a valós értékhez, de az egyes mérések között nagyobb szórás figyelhető meg.
A professzionális 3D szkennerek értékelésekor ezért nem elegendő kizárólag a pontosságot vagy a precizitást vizsgálni. A megbízható mérési eredményekhez mindkettőre szükség van.
Mit jelent a felbontás a 3D szkennelésben?
A felbontás – vagy más néven térbeli vagy 3D felbontás – azt határozza meg, milyen sűrűn képes a 3D szkenner mérési pontokat rögzíteni. Ez alapvetően behatárolja, hogy legfeljebb mekkora a legkisebb geometriai részlet, amely még megbízhatóan megkülönböztethető lesz a rögzített 3D modellen. A felbontás értéke általában állítható az előttünk álló feladat függvényében: kisebb, részletesebb tárgyak rögzítéséhez általában sűrűbb pontfelhőre van szükség, mint egy nagyobb, egyszerűbb geometriához.
A felbontás megadására nincs teljesen egységes iparági gyakorlat. Egyes gyártók a 3D modell részletességét (3D Resolution), mások a létrehozott háromszögháló felbontását (Mesh Resolution), míg mások a mért pontok közötti távolságot vagy annak állítható tartományát (Resolution) adják meg. Ezért a különböző 3D szkennerek felbontási értékei nem minden esetben hasonlíthatók össze közvetlenül.
Alacsony és nagy felbontással 3D szkennelt mesh, forrás: shining3d.com
A nagy felbontás lehetővé teszi például:
- finom élek rögzítését,
- gravírozások megjelenítését,
- felületi sérülések, karcok felismerését,
- összetett geometriák részletgazdag digitalizálását.
Figyelembe kell venni, hogy a nagy felbontás önmagában nem jelent nagy pontosságot. Egy szkenner képes lehet rendkívül apró részletek rögzítésére, miközben méretellenőrzési feladatokhoz a pontossága már nem elegendő.
Mi az a térfogati pontosság?
A legtöbb gyártó adatlapján szereplő pontossági érték egyetlen mérési felvételre vonatkozik. Nagyobb alkatrészek digitalizálásakor azonban a teljes 3D modell több száz vagy akár több ezer egymásra illesztett felvételből áll össze. Minden újabb felvétellel a kisebb mérési eltérések összeadódhatnak, ezért önmagában az egyedi felvételek pontossága már nem ad teljes képet a rendszer teljesítményéről.
A térfogati pontosság azt írja le, hogy a mérési pontosság hogyan alakul nagyobb mérési térfogatban. A gyártók ezt gyakran egy képlettel adják meg, például: ±0,02 mm + 0,015 mm/m
Ez azt jelenti, hogy a mérési hiba a digitalizált objektum méretével arányosan növekedhet. Például egy 2 méter hosszú alkatrész esetén a maximális mérési eltérés: 0,02 + (0,015 × 2) = ±0,05 mm
Minél nagyobb az objektum, annál több a felvétel, ezért annál nagyobb lehet az összeadódó mérési hiba is. Ennek csökkentésére a professzionális 3D szkennerek különböző technológiákat alkalmaznak, például dinamikus referencia-rendszerek, markereket/targeteket vagy fotogrammetriát, amely módszerek folyamatosan korrigálják a szkenner térbeli helyzetét. A cél minden esetben ugyanaz: a nagyméretű objektumok digitalizálásakor fellépő összeadódó mérési hibák minimalizálása.
Hogyan igazolja a SHINING 3D a metrológiai 3D szkennerek pontosságát?
A SHINING 3D több mint 1100 m² alapterületű, ISO/IEC 17025 akkreditált mérőlaboratóriuma a 3D szkennerek fejlesztésének, kalibrálásának és ellenőrzésének központja. A labor biztosítja, hogy a SHINING 3D metrológiai 3D szkennerek pontossága visszavezethető, nemzetközi szabványok szerint ellenőrzött és reprodukálható legyen.
A mérések többek között az alábbi szabványok szerint történnek:
- VDI/VDE 2634 Part 1
- VDI/VDE 2634 Part 2
- VDI/VDE 2634 Part 3
- ISO 10360-12
- ISO 10360-13
Összegzés
A 3D szkennerek összehasonlításakor nem elegendő kizárólag a pontossági adatot figyelembe venni. A precizitás, a felbontás és nagy méretű alkatrészek esetén a térfogati pontosság egyaránt meghatározza, hogy egy mérőrendszer milyen feladatokra alkalmazható megbízhatóan. Ha ezeknek a fogalmaknak a jelentését ismerjük, könnyebben eldönthetjük, hogy egy adott 3D szkenner valóban megfelel-e az adott mérési vagy minőségellenőrzési feladat követelményeinek.
Találja meg az Ön alkalmazásához illeszkedő 3D szkennert!
Az ADMASYS HU csapata széles, díjmentesen kipróbálható 3D szkennerparkkal, a kapcsolódó szoftverek és munkafolyamatok alapos ismeretével áll rendelkezésére az optimális döntés meghozatalához.