Tastatore/Probe/Sonda 3D a stilo DIY - studio e sviluppi

Strumenti e metodi per la messa in quadro, la calibrazione e il posizionamento degli elementi strutturali delle CNC.
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grisuzone
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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da grisuzone » giovedì 8 aprile 2010, 12:56

ciao.. anche io come gli altri non posso altro fare che complimentarmi per il tuo lavoro.. siccome sarei interessato a realizzarlo.. vorrei sapere..in pratica, siccome io ho già  l'ingresso probe che utilizzo con l'utilizzo appunto di una piastrina metallica.. vorrei capire visto che non mi è chiaro... siccome io uso Mach come dovrei impostare ho che software dovrei utilizzare per poter effettuare una scansione?.. ti chiedo questo perchè vorrei capire .. se lo realizzo cosa dovrei avere per poi poterlo utilizzare per le scansioni..
grazie ancora e buona giornata
Saluti e grazie a tutti
Angelo

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erasmo
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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da erasmo » giovedì 8 aprile 2010, 13:11

Mi sembra di aver capito che è il programma che comanda la sonda e non, come pensavo io, la sonda che invia valori diversi secondo la profondità .

Ora è chiaro.
Grazie
eros

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da grisuzone » giovedì 8 aprile 2010, 13:22

il programma... ma quale programma? è appunto questo che volevo capire... vabbè mi rileggo tutto il post magari mi è sfuggito qualcosa...


poi ..siccome sono davvero interessato è già  avevo pensato al David laser scanner... ora pur sapendo che ovviamente sono due cose ben distinte , anche se lo scopo è lo stesso.. volevo capire in definitiva quale dei due sistemi dovrebbe dare una soluzione ed un risultato più efficace in termini di tempo per la scansione ed ovviamente di definizione...
Saluti e grazie a tutti
Angelo

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Zebrauno
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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Zebrauno » giovedì 8 aprile 2010, 15:18

Software:
vi basta impostare un ingresso della parallela come PROBE, e su Mach3 potete fare miracoli. Ci sono decine di script e plugin in rete, alcuni molto ottimizzati, che si basano su sonde di questo tipo (contatto NC).
Non posso aiutarvi oltre perche' non uso Mach, ma basta cercare su google per esser sommersi di risultati.

Laser vs Meccanico

-Il laser permette velocita', non stressa la meccanica, puo' scandire materiali morbidi senza lasciare segni e senza fissare gli oggetti. Ma verificando il risultato ottenuto, soprattutto in 3D e unendo varie scansioni, noterete che e' molto difficile avere precisioni migliori di 0.1mm. Finche' scandite una moneta puo' andare bene, ma con oggetti piu' grandi si perde la coerenza geometrica...certi punti si discostano anche molto dall'originale.

- il sistema meccanico ha una precisione che e' direttamente legata al principio costruttivo (non solo ai materiali) secondo le regole che vi ho elencato negli altri post (la leva meccanica, il peso del gruppo sonda, il precarico della molla). Se dovete posizionare la macchina in un angolo, misurare lo spessore di un materiale, verificare la planarita' di una superficie o di un pezzo su cui riprendere la lavorazione....beh...non avete alternative poiche' e' l'unico sistema che garantisce coerenza dimensionale su tutta l'area di lavoro.

Pensate semplicemente alle distorsioni ottiche di un obiettivo e allo spessore del fascio laser.
Anzi, se c'e' qualcuno che usa David Laser Scanner sarebbe interessante fare un paragone di scansione su un oggetto misurabile anche in modo diretto (diametro di un foro, profondita' di una cava, lunghezza di una riga o angolo di una squadra a T).
Io l'ho provato mesi fa e l'ho subito abbandonato poiche' il sistema dipende da troppe variabili (principalmente ottiche) e per le mie esigenze e' piu' importante la precisione di un solo punto piuttosto che la velocita' di acquisirne 100'000 in fretta.

In pratica, dipende tutto dall'utilizzo.

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Grighin » giovedì 8 aprile 2010, 16:34

ti ripeto sei un mago, purtroppo il cn e realtivo software della mia macchina fa anche la pizza ma non la scansione difgitale, ma come azzeratore xy e z mi viene davvero utile, quindi volevo realizzarlo.

C'è una cosa però che non ho proprio capito, il perno he sostiene la sonda deve essere perfettamente centrato, ma se io faccio il foro preciso, poi non riesce a inclinarsi, come si fa a tenere perfettamente in centro la parte mobile senza dare un minimo di gioco per farla flettere, e se do un po di gioco poi perdo la precisione..

mi sfugge qualcosa..?
Esistono diversi tipi di stato, ma nessuno è peggio dello stato cui siamo arrivati. (da "Capitani d'Aprile")

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Grighin » giovedì 8 aprile 2010, 16:36

cazz forse ho capito... è il gruppo che poggia sulle sfere che tiene il tutto al centro!!! perchè è triangolare giusto..?
scusate l'ignoranza..
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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Zebrauno » giovedì 8 aprile 2010, 18:47

Grighin se non fossimo cosi' lontani sarei venuto di persona a provarla sulla tua super cnc :D

Lo stilo e' geometricamente una normale al piano definito dal sistema dei 3 vincoli dado-perno.
E' anche passante per il baricentro del triangolo equilatero formato dai 3 punti di appoggio, quindi se il disco con i 6 dadi viene regolato (dalle viti apposite) puoi teoricamente avere l'asse dello stilo coincidente con l'asse mandrino, poiche' non esistono eccentricita' geometriche.

In realta' si puo' dimostrare che e' possibile eseguire una tastatura laterale perfetta anche senza allineare lo stilo, e con lo stesso sistema si misura la sua deviazione dall'asse ideale.

Supponiamo di voler tastare un punto lungo l'asse X, posizionato circa ad X=10:

- muovo manualmente in X0
- scrivo G38.2 F500 X20, la tastatura parte in verso +X e rilevo il valore misurato nei dintorni di X=10
- adesso torno in X0, ruoto di 180° la sonda e ripeto la tastatura segnando il nuovo valore, che sara' ancora vicino a X=10

(valore1+valore2)/2= tastatura esatta.....alla quale sottraggo il raggio dello stilo per ottenere la posizione reale del punto.

Se voglio sapere invece di quanto lo stilo si discosta dall'asse ideale: |valore1-valore2|=eccentricita' dello stilo ....(le barre verticali indicano il valore assoluto, quindi al risultato va tolto l'eventuale segno - )

Da notare che l'eccentricita' e' diversa a seconda dell'altezza di contatto dello stilo: il suo valore e' massimo sulla punta.

Misurando l'eccentricita' a due altezze diverse (in punta e a meta' stilo, per esempio) ottengo due punti che appartengono ad una retta passante per l'incrocio tra l'asse geometrico dello stilo ed il piano virtuale definito dai 3 vincoli.

Ma attenzione, come vi ho indicato in un disegno alcuni post piu' indietro il vero punto di snodo meccanico del gruppo sonda non e' l'incrocio tra il piano virtuale e l'asse dello stilo...bensi' e' un punto qualsiasi giacente sul triangolo equilatero definito dai 3 appoggi.

Questa e' una cosa molto importante, ed e' il motivo per cui le sonde da 5000 euro garantiscono una costanza di "rotondita'" nella misura di pochi micron, usando una pila di dischi piezoelettrici perfettamente circolari che misurano la pressione di altri dischi solidali allo stilo.

Se volessimo valutarne gli effetti su un grafico dovremmo metterci al centro di un foro circolare e tastare infiniti raggi, sempre partendo dal centro, in modo da ricostruire la circonferenza.

Qui siamo puramente sul campo teorico poiche', alla prova dei fatti, e' probabile che nessuna delle cnc usate dagli utenti del forum possa rilevare questo tipo di errore (chiamato di rotondita') poiche' di sicuro i giochi meccanici della macchina generando errori maggiori ne nasconderebbero gli effetti.

In sostanza a meno che la vostra cnc non garantisca precisioni nell'ordine dei 50 micron potete benissimo usare questa sonda e vivere felici :D

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da beniamino » venerdì 9 aprile 2010, 11:41

Complimenti bellissimo lavoro :D

Sai se anche Emc2 ha la possibilità  di fare scansioni 3D ?

Grazie =D>

Fabietto
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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Fabietto » venerdì 9 aprile 2010, 13:22

Beniamino nei file di prova di EMC c'è già  un programma fatto e se non ricordo male puoi anche impostare le misure della scansione.
Zebrauno una coriosità  al tastatore applichiamo una sfera di 2 mm ad esempio invece della punta che che hai usato e andiamo a rilevare un oggetto supponiamo una forma semisferica, il tastatore non sempre rileverà  la misura con il probe che si muove perfettamente lineare ma ad un certo punto della tastatura il probe si sposterà  a lato aprendo il contatto questo non genera un errore della rilevazione della misura?
Spero di essermi spiegato bene alla fine la mia domanda è per sapere l'effettiva precisione del sistema considerando chiaramente solo il tastatore eper il momento escludendo gli errori della macchina.
Ciao

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Zebrauno » venerdì 9 aprile 2010, 18:09

Fabietto, non si verifica alcun errore di misura poiche' nel momento in cui la macchina avanza lungo una riga (solitamente in X, nei versi + e -) procede ad incrementi in X con ordinate Y fisse.
Nell'istante in cui lo stilo sfiora un ostacolo, avanzando in X (o Y) il software memorizza un punto di coordinate XYZ.
Una volta che il contatto si e' aperto non ha piu' importanza se la direzione di movimento dello stilo non e' perfettamente in asse.
La coordinata ormai e' stata scritta, nella frazione infinitesimale di movimento che ha aperto il contatto, tutto quel che lo stilo fa in seguito non viene salvato.
Il software continua a tastare solo quando il contatto si e' richiuso, e questo accade solo quando lo stilo ritorna nella posizione di riposo, dopo un movimento in Z che ne permetta la richiusura.

Appena riesco vi faccio qualche esempio geometrico per dimostrarvi che anche un intero rilievo eseguito con lo stilo fuori asse puo' essere compensato via software perche' di fatto e' come se l'oggetto avesse subito una traslazione geometrica sul piano XY.

L'offset dello stilo in X e Y si rileva come vi ho indicato prima.

EMC: e' sicuro che se riuscite a ricavare un ingresso sulla parallela da dedicare ad un qualsiasi tastatore potete anche far lavorare questa sonda.
Per eseguire il 3D vi serve un plugin o una libreria in grado di salvare i punti rilevati su un file, mentre il rilievo procede.

Trovate in rete tutto l'occorrente sia per Mach3 che per EMC, grazie al cielo queste cose sono open source ormai :)

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da franceso » venerdì 9 aprile 2010, 18:44

Magari lo sapete. Esiste un brevetto il tastatore ? se si, e´ gia scaduto ?.
Io gli ho visti in giro sempre sopra gli 400€, per qui mi e´ sempre venuto il dubbio che
magari cé un brevetto a qualcosa d´altro per qui non si potesse vendere un
tastatore a prezzi ragionevoli. Avete forse trovato qualcosa, per caso.

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Zebrauno » venerdì 9 aprile 2010, 19:04

Il brevetto a cui mi sono ispirato, come ho scritto all'inizio, e' della Renishaw e risale al 1972-73.
Hanno fatto passi da gigante, soprattutto a livello software e nella compensazione degli errori meccanici, e ormai sarebbe quasi impossibile per un singolo costruire una sonda simile alle attuali, anche avendo a disposizione il brevetto odierno su cui basarsi...

Il prezzo, come tante cose in commercio, lo decidono in base alla necessita' di chi usa questi dispositivi per lavoro e a cui affida la precisione ed il riscontro in fase di produzione......quindi mi pare normale che ci siano sonde da 400 a 5000 euro e sistemi di rilievo 3D integrati da 100.000 euro.

Sugli strumenti di misura e' normale...oltre un certo livello di qualita' e precisione c'e' sempre chi e' disposto a spendere quelle cifre..

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Zebrauno » venerdì 9 aprile 2010, 20:39

Per via grafica forse e' piu' chiara la correzione dell'offset a cui mi riferivo.



___ Caso 1 (gambo da 2mm con sfera di diametro 3mm):

Notate che il gambo e' fuori asse, con un angolo di 79.82° (anziche' 90°) rispetto al piano.
Il centro della sfera ha quindi un offset di 3.50mm dall'asse ideale.

- eseguo la misura 1, tastando in X il cubetto 10x10mm avente la faccia di contatto in posizione X=20 (quota di contatto z=8.50)
- il sistema legge x=15, poiche' quella e' la posizione dell'asse ideale in quell'istante
- eseguo la misura 2 dopo aver ruotato l'asse del mandrino-sonda esattamente di 180°
- il sistema legge x=22
- adesso calcolo la media tra i due risultati: (15+22)/2= 18.50mm ovvero il centro della sfera nel momento del contatto
- aggiungo il raggio della sfera (1.5mm) ed ottengo, non certo per magia, la posizione REALE della faccia tastata= 20 mm

Ora sappiamo che a tutte le misure in X eseguite con la sonda a 0° dobbiamo sommare +5 mm per sapere la posizione reale.
(se giriamo la sonda a 180° dobbiamo levare 2mm dalle misure)

Ripetiamo la procedura lungo l'asse Y ed avremo tutto quello che ci serve per effettuare delle tastature precise SENZA allineare lo stilo.

Questi dati di offset ci permetteranno di "correggere" in un colpo solo un'intera scansione, anche fosse di 1 milione di punti.
Bisogna solo sommare +5 alle misure eseguite nelle righe di verso +X, togliere 2 nelle righe di verso -X.
Nell'asse Y solitamente le scansioni avanzano sempre in un verso, una riga per volta.

Ora ci manca solo un software in cui inserire questi valori.
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Fabietto
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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Fabietto » venerdì 9 aprile 2010, 20:52

Ciao Zebrauno grazie della risposta innanzitutto e lo sapevo mi sono spiegato male io, riprovo.
Vedendo la parte a sx del disegno che hai postato sopra se io cambio la punta del tastatore con una sfera sempre da 2 mm e provo a tastare il quadro con una risoluzione di 0.2 mm quando la sfera và  in piano non ci sono problemi ma quando la sfera comincia a tastare l'angolo andremo a lavorare sul raggio della sfera e nella nuvola di punti l'angolo risulterà  a 90 gradi oppure assomiglierà  ad uno smusso tondeggiante nella eventuale ricostruzione del disegno dal g code generato?
Spero di essermi spiegato meglio adesso è un dubbio che ho da molto tempo.
Grazie della pazienza e ciao ancora

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Re: Tastatore/Probe/Sonda a stilo DIY - primo studio

Messaggio da Zebrauno » venerdì 9 aprile 2010, 22:41

@ Fabietto: con la sfera gli spigoli risulteranno smussati con raggio uguale a quello della sfera stessa. Ecco perche' ho voluto provare la misura della moneta usando un comune bulino. E' come tu sospettavi, e faro' una scansione di una sola riga su un profilo a sezione quadra per dimostrarlo.

Ora vediamo cosa succede quando lo stilo e' semplice, senza sfera di diametro maggiore del gambo.

In questo esempio lo stilo ha un gambo di 2mm e punta semisferica, valgono le stesse condizioni del Caso 1 (uguale angolo e uguale Offset dall'asse ideale). Stesso oggetto 10x10 con faccia di contatto su x=20.
Notiamo come nelle due misure cambi la quota Z di contatto.

___ Caso 2 (gambo uniforme con punta semisferica)

- eseguo la misura 1, senza ruotare la sonda, e rilevo x=15.50 (notare come il contatto avvenga sulla zona semisferica del gambo a quota z=5.81)
- ruoto la sonda di 180°, tasto nuovamente e annoto la misura 2, x=21.73 (il gambo tocca lo spigolo dell'oggetto a quota z=10)
- calcolo la media: (15.50+21.73)/2=18.615 (teniamo 18.62mm) e scopro dal grafico che questo valore indica l'incrocio tra gli assi dello stilo nelle due posizioni di misura.

Ora, questo incrocio avviene a 7.85mm poiche' il gambo ha toccato la faccia a due altezze Z diverse tra loro.

Questo ci causera' dei seri problemi nel determiare la posizione esatta della faccia (x=20) e dovremo fare un grafico usando i valori a noi noti:

- misura 1, misura 2 e media geometrica di 18.62
- diametro del gambo (2 mm)
- altezza dell'oggetto, che ricaviamo con 2 tastature in Z (sommita' z=10 e piano macchina z=0)

Il metodo che userei per trovare anche in questo caso la posizione esatta della faccia in x=20 richiede altre quattro tastature, che ho immaginato cosi':

- eseguo tutta la procedura (misura1, 2 e calcolo media) dopo aver abbassato la Z di 2mm (-2 rispetto alle misure iniziali), annoto i valori
- ripeto ancora, ma alzo la quota Z di 4mm (+2 rispetto alle misure iniziali), scrivo tutto

Adesso noto subito una cosa: la misura 1 (a tutte le quote Z...-2, 0 e +2) rimane sempre x=15.50, mentre la misura2 varia da un minimo di 21.37 a un massimo di 22.09.
Le medie invece hanno un minimo a 18.44 e un massimo a 18.80.

Con questi valori possiamo finalmente costruire un grafico (con un Cad qualsiasi) che ci fara' scoprire quanto e' inclinato l'asse del gambo, e dunque potremo finalmente sapere l'offset rispetto all'asse ideale.

Attenzione pero', ad ogni quota Z l'offset di misura nella posizione 2 (180°) sara' diverso!
Mentre eseguendo la tastatura con angolo come in misura1 avremo semplicemente da aggiungere 4.5mm alla X rilevata (3.5mm di offset dal centro del gambo piu' 1mm di raggio punta).

Si puo' anche lavorare per via trigonometrica, sfruttando le medie gia' calcolate e sapendo che se alzo la Z di misura di 2mm il punto di incrocio grafico tra gli assi dei gambi si alzera' solo di 1mm (guardate i disegni quotati delle Z ausiliarie).


Morale....con il gambo semplice i calcoli iniziali per verificare l'assialita' (e l'offset) dello stilo sono molto piu' ardui, ma lo stesso principio vale per tutti gli stili, anche quelli con sfera, nel momento in cui la tastatura avviene per contatto con il gambo.
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