व्हिजन मेट्रॉलॉजीचे अष्टपैलुत्व

स्वयंचलित द्विमितीय परीक्षण प्रणाली असलेल्या कम्पॅरेटर तंत्रज्ञानामध्ये बरीच प्रगती झाली आहे आणि आता स्पर्शरहित (नॉन कॉन्टॅक्ट) निरीक्षण आणि मापन कामाच्या बाबतीत व्हिडिओ आधारित इलेक्ट्रॉनिक प्रतिमा विश्लेषण आघाडीवर गेले आहे. या सर्वांसाठी उपयुक्त अशा QVI कंपनीने विकसित केलेल्या LFOV तंत्रावर आधारित मशीनविषयी तपशीलवार माहिती देणारा लेख.


1970 च्या उत्तरार्धापर्यंत, कंटूर प्रोजेक्टर किंवा ऑप्टिकल कम्पॅरेटर हा स्वयंचलित द्विमितीय (2D) परीक्षण प्रणालीचा मुख्य आधार होता. तेव्हापासून, कम्पॅरेटर तंत्रज्ञानामध्ये बरीच प्रगती झाली आहे आणि आता स्पर्शविरहित (नॉन काँटॅक्ट) निरीक्षण आणि मापन कामाच्या बाबतीत व्हिडिओ आधारित इलेक्ट्रॉनिक प्रतिमा विश्लेषण तंत्र आघाडीवर गेले आहे.
ऑप्टिक्स, कॅमेरे, इलेक्ट्रॉनिक्स आणि सॉफ्टवेअर या सर्व बाबींमधील प्रगतीमुळे कार्यप्रदर्शन, वेग आणि अष्टपैलुत्व यांच्या बाबतीत व्हिडिओ मेट्रॉलॉजी प्रणाली फार पुढे गेल्या आहेत. त्यांच्यात शेकडो किंवा हजारो अचूक मापन बिंदूंचे स्वयंचलितपणे संकलन आणि विश्लेषण करण्याची क्षमता असते. त्यामुळे व्हिडिओ आधारित, स्पर्शविरहित मेट्रॉलॉजी प्रणालीची खरेदी करताना गुंतवणूकीवरील परताव्याच्याबाबतीत (ROI) निर्णय घेणे सहज शक्य होते.

व्हिजन अष्टपैलुत्व
पुढील तीन प्रमुख घटकांमुळे स्वयंचलित व्हिडिओ मापन प्रणाली ही एक सुयोग्य गुंतवणूक होऊ शकते.
1. मापन पूर्णपणे स्वयंचलित असते, ऑपरेटर बदलल्यामुळे त्यांच्या अंदाजानुसार पडणारा फरक दूर होतो.
2. पारंपरिक, मॅन्युअल पद्धतींच्या तुलनेत खूप उच्च अचूकता आणि पुनरावर्तनक्षमता मिळते.
3. सर्वात प्रगत व्हिडिओ मापन मशीनमध्ये (VMM) टॅक्टाइल प्रोब आणि लेझर यांच्यासारखे अतिरिक्त प्रोसेसर एकात्मिक (इंटिग्रेट) केलेले असतात. यामुळे जी वैशिष्ट्ये नुसत्या ऑप्टिकल संवेदकांद्वारे (सेन्सर) मोजली जाऊ शकत नाहीत, त्यांचेही मापन करता येते.
अतिरिक्त सेन्सर वापरण्याच्या क्षमतेमुळे आज बाजारात उपलब्ध असलेल्या अन्य व्हिडिओ मापन मशीनच्या तुलनेत ऑप्टिकल गेजिंग प्रॉडक्ट (OGP) SmartScope® प्रणालींना अधिक उपयुक्त ठरविते.
चित्र क्र. 1 मध्ये दाखविलेले संकल्पनात्मक चित्र मल्टीसेन्सर प्रणाली कसे कार्य करते, त्याची थोडक्यात कल्पना देते. कॅमेऱ्याला दिसणाऱ्या सर्व वैशिष्ट्यांचे तो मापन करू शकतो. उदाहरणार्थ, त्याला व्यास B आणि C दिसू शकतात, ज्यामुळे तो ते मोजू शकतो. त्याला वरचा पृष्ठभाग A देखील दिसतो, त्यामुळे तो त्या प्रतलातील सर्व अंतरे तपासू शकतो. तथापि, कॅमेरा व्यास D आणि खालचा पृष्ठभाग E पाहू शकत नाही. त्यामुळे व्यास D मोजण्यासाठी एक टच प्रोब वापरला जातो. त्याचप्रमाणे, वरच्या A पृष्ठभागाच्या संदर्भात खालच्या E पृष्ठभागाची उंचीदेखील प्रोबच्या मदतीने मोजली जाऊ शकते. तसेच टच प्रोबच्या मदतीने बाजूच्या खाचा (साइड ग्रूव्ह), कट्स यांसारख्या घटकांचे मापन केले जाऊ शकते.
कंटूर पृष्ठभाग तसेच पृष्ठीय खोली किंवा Z अक्षात जाडी (उदाहरणार्थ, एखाद्या नाण्याची जाडी) मोजण्यासाठी लेझर वापरला जातो. प्रोबद्वारा मापन करण्यास अवघड असे विचित्र आकाराचे पृष्ठभाग स्कॅन करण्यासाठी लेझर खूप प्रभावी असतो. टच प्रोब स्कॅनिंगच्या तुलनेत लेझर स्कॅनिंगही बरेच वेगवान आहे.


प्रणालीची वैशिष्ट्ये
या अतिरिक्त सुविधेमुळे उत्पादित केलेल्या अगदी पहिल्या वस्तूचीही संपूर्ण तपासणी करण्याची क्षमता मिळते. यात विविध उपकरणे किंवा साधने वापरून यंत्रभागाचे मापन केल्यामुळे येणारी अनिश्चितता नसते.
चित्र क्र. 2 मध्ये दाखविल्याप्रमाणे एक खास अल्ट्रालाइट प्रोब (ज्याला फेदर प्रोब म्हणतात, हे OGP च्या मालकीचे उत्पादन आहे.) वापरला जातो. याचा व्यास अतिशय लहान (0.125 मिमी.) असतो. पारंपरिक टच प्रोब वापरला तर ज्या यंत्रभागात विरूपण (डिस्टॉर्शन) होऊ शकेल, त्यांच्यासाठी या प्रोबचा लहान आकार आणि उत्तम संवेदनशीलता हे आदर्श आहेत. जी छोटी छिद्रे कॅमेरादेखील पाहू शकत नाही, ती कॅमेरा वापरून मोजणे फारच अवघड असते. अशा अतिशय सूक्ष्म यंत्रभाग किंवा वैशिष्ट्याच्या मापनात यांचा उपयोग केला जातो.

कॅमेरा
एक उच्च रिझॉल्यूशन मेट्रॉलॉजी कॅमेरा कोणत्याही व्हिडिओ मापन प्रणालीचे हृदय आहे, मग ती कोणतीही एकल किंवा एकाधिक सेन्सर असलेली प्रणाली असो. यंत्रभागाच्या वैशिष्ट्यांच्या विस्तृत श्रेणीचे, वेगाने आणि स्पर्शरहित मापन करण्यासाठी व्हिडिओचा वापर केला जातो. जे जे वैशिष्ट्य इमेजिंग ऑप्टिक्स आणि कॅमेऱ्याद्वारे पाहिले जाऊ शकते, ते ते मोजले जाऊ शकते. लक्षात ठेवा की, कॅमेरा त्यास सादर केलेल्या प्रतिमेचे अचूक मापन करेल.
यंत्रभागाच्या खरोखर अचूक मोजमापांसाठी, त्याची अचूकपणे वर्धित (मॅग्निफाइड) आणि कोणतेही विरूपण नसलेली प्रतिमा इमेजिंग ऑप्टिक्सने तयार केली पाहिजे. अशा प्रकारे, इमेजिंग ऑप्टिक्स, प्रकाश व्यवस्था (इल्युमिनेशन) आणि कॅमेरा यांचे संयोजन, इच्छित अचूकता प्राप्त करणाऱ्या प्रणालीमध्ये डिझाइन आणि इंटिग्रेट केले जाणे आवश्यक असते.

संवेदक (सेन्सर)
कोणतेही वैशिष्ट्य मोजण्यासाठी कोणता संवेदक सर्वोत्कृष्ट असेल, ते त्या वैशिष्ट्याचे स्थान आणि भूमिती यांच्यावर अवलंबून असते. सामान्यत: ऑप्टिकल अक्षांच्या लंबात असलेली वैशिष्ट्ये व्हिडिओ वापरून पाहिली आणि मोजली जाऊ शकतात. वक्र पृष्ठभागावरील वैयक्तिक बिंदू किंवा पूर्ण वैशिष्ट्ये व्हिडिओ संवेदकाद्वारे मोजली जाऊ शकतात, परंतु ती लेझरसारख्या स्कॅनिंग प्रकारच्या संवेदकाचा वापर करून अधिक जलद आणि अचूकतेने मोजता येतात.

लेझर आणि प्रोब
एकात्मिक (इंटिग्रेटेड) लेझर प्रोब गुंतागुंतीचे आकार, कंटूर आणि प्रोफाइल यांचे स्पष्ट चित्रण करण्यासाठी विपुल प्रमाणात माहिती बिंदू (डेटा पॉइंट) गोळा करू शकतात. लेझर प्रोब (चित्र क्र. 3) वापरून पारदर्शक किंवा अर्धपारदर्शक पृष्ठभाग आणि खोल अरुंद खाचा किंवा लहान बंद छिद्रे (ब्लाइंड होल) यासारख्या अवघड भूमिती असणाऱ्या वैशिष्ट्यांचे योग्य मापन करू शकतात.
उभे पृष्ठभाग, बंद छिद्रे आणि पोकळी अशा इतर प्रकारच्या वैशिष्ट्यांपर्यंत ऑप्टिक्स किंवा लेझर वापरून सहजपणे पोहोचता येत नाही. अशावेळी, एक टच प्रोब किंवा स्कॅनिंग तपासणी वापरून कंटूर, उभे पृष्ठभाग, बोअर, पोकळ्या आणि अंडरहँग्स यांचे मापन करता येऊ शकते. ही मापने आणि व्हिडिओ/लेझर मापनांचे परिणाम एका स्वयंचलित पद्धतीद्वारा एकत्र करता येतात.
स्पर्शविरहित (व्हिडिओ आणि लेझर) आणि स्पर्शसहित (टच प्रोब) तंत्रज्ञान वापरून एकाच मापन मशीनवर असंख्य यंत्रभाग आणि वैशिष्ट्ये मोजता येतात. अनेक वेगवेगळ्या मशीनपेक्षा एक मल्टीसेन्सर मेट्रॉलॉजी मशीन कमी खर्चिक असते आणि त्यासाठी जागाही कमी लागते. याव्यतिरिक्त, कर्मचारी प्रशिक्षणाचा खर्च कमी होतो, कारण ऑपरेटरना अनेक मशीनऐवजी फक्त एकाच मापन यंत्रणेवर प्रभुत्व मिळविण्याची आवश्यकता असेल. जी प्रणाली आणि सॉफ्टवेअर सुरुवातीपासूनच एकाधिक संवेदकांचा वापर करण्यासाठी विचारपूर्वक डिझाइन केलेली असेल, ती गरजेनुसार एक एक संवेदक वाढवित जाऊन बनविलेल्या प्रणालीपेक्षा निश्चितच अधिक कार्यक्षम असेल.

मोठा दृष्टीक्षेप असलेली प्रणाली
सूक्ष्मदर्शकाद्वारे मापन करताना नेहमीच अगदी लहान क्षेत्राचे दृश्य (व्ह्यू) आणि अगदी उथळ फोकस मिळतो. नवीन श्रेणीच्या बेंचटॉप व्हिडिओ मेट्रॉलॉजी मशीनमध्ये मोठे दृश्य क्षेत्र (लार्ज फील्ड ऑफ व्ह्यू LFOV) मिळतो. 100 मिमी.पर्यंतच्या क्षेत्राचे दृश्य मिळत असल्याने, ही मशीन लहान यंत्रभागांच्या द्विमितीय मापनासाठी आदर्श आहेत. मोठे क्षेत्र दृष्टीक्षेपात येत असल्याने एका व्हिडिओ स्नॅपशॉटमध्ये संपूर्ण यंत्रभाग पाहता आणि मोजता येतो. वेगवेगळ्या कोनातून, एकाधिक, एकापाठोपाठ स्नॅपशॉट घेण्यापेक्षा हे सुलभ असते.
इतर मापन पद्धतींच्या तुलनेत (उदाहरणार्थ, टच प्रोब), LFOV प्रणाली मिनिटांऐवजी सेकंदात मापन पूर्ण करू शकते आणि ती वापरून एकाच वेळी अनेक लहान यंत्रभागांचेसुद्धा मापन करता येते.
कधी कधी एखादा यंत्रभाग सॉफ्टवेअरद्वारे स्वयंचलितपणे संरेखित केला जातो, ज्यामुळे महागड्या फिक्श्चरचा खर्च वाचतो आणि उत्पादनाची तपासणी करताना जलद, अचूक मापनाद्वारे अधिकतम काम होते.

सॉफ्टवेअर
या सॉफ्टवेअरचालित प्रक्रियेची गती आणि अचूकतेमुळे व्हिडिओ मापन, उत्पादनाच्या वातावरणास सानुकूल होते.
चित्र क्र. 4 मध्ये दाखविलेल्या प्रतिमांमध्ये, नवीनतम शक्तिशाली एज डिटेक्शन टूलमुळे सॉफ्टवेअर कसे अल्पावधीतच कडा शोधते ते दाखविले आहे. त्याचप्रमाणे मोजण्याची सर्व वैशिष्ट्येही ते त्वरित शोधून काढते, उदाहरणार्थ, मोजण्यासाठी असलेली सर्व छिद्रे लगेच दाखविली जातात. मापनानंतर, ते चित्रामध्ये दर्शविल्यानुसार मापन मूल्ये त्वरित स्क्रीनवर दर्शविते.

काही व्हिडिओ मेट्रॉलॉजी प्रणालींमध्ये प्रगत टेलीसेन्ट्रिक ऑप्टिक्स दिलेले असते.

उच्च कार्यक्षमता असलेली ऑप्टिकल प्रणाली वापरली असता संपूर्ण दृश्य क्षेत्रामध्ये (फील्ड ऑफ व्ह्यू) कोणत्याही वक्रतेविना किंवा विरूपणाशिवाय एक सपाट प्रतिमा मिळते. यामुळे यंत्रभाग दृश्य क्षेत्रामध्ये कोठेही ठेवता येतो आणि त्याचे मापन अचूकपणे करता येऊ शकते. विरूपणापासून मुक्त ऑप्टिक्स, हे विशेषत: LFOV प्रणालींसाठी (चित्र क्र. 6) महत्त्वपूर्ण असते, कारण यात केवळ त्याच्या मध्यभागीच नव्हे, तर संपूर्ण दृश्य क्षेत्रातील आकार मोजणे, हे लक्ष्य असते.
अन्य प्रकारच्या व्हिडिओ मेट्रॉलॉजी प्रणालींमध्ये स्थिर भिंग (फिक्स्ड लेन्स) ऑप्टिक्स, अंतर्गत कॅलिब्रेशनसह झूम ऑप्टिक्स किंवा ड्युअल मॅग्निफिकेशन फिक्स्ड लेन्स यांचा वापर केला जातो. प्रणालीतील ऑप्टिक्सची निवड करताना यंत्रभागाच्या वैशिष्ट्यांचे आकार आणि थ्रूपुट गरजा यांचा ऑप्टिकल गुणविशेषांबरोबर मेळ बसविण्याचा विचार करून सर्वोत्कृष्ट कार्यक्षमता मिळविली जाते.

व्यावहारिकता
व्हिजन मेट्रॉलॉजी क्षेत्रात सध्या पुष्कळ उत्पादक आणि मॉडेल उपलब्ध आहेत आणि त्यांची कामगिरी आणि किंमती यांच्यात खूप फरक असतो. यातून सुयोग्य निवड करावयाची म्हणजे मापन मशीनची क्षमता त्याच्या अपेक्षित उद्देशाशी जुळत आहे की नाही ते पाहणे. जर लहान यंत्रभागांसाठी उच्च थ्रूपुट असलेले मापन करावयाचे असेल, तर LFOV व्हिडिओ मापन मशीन (चित्र क्र. 7) हे प्रक्रियेदरम्यान उत्पादन तपासणी मशीन म्हणून उपयुक्त आहे. ज्या यंत्रभागांमध्ये अगदी लहान लहान वैशिष्ट्ये आहेत, त्यांच्यासाठी प्रगत ऑप्टिक्ससह व्हिडिओ मेट्रॉलॉजी प्रणाली ही निवड सर्वोत्तम ठरेल. विविध प्रकार आणि आकारांची वैशिष्ट्ये असलेल्या जटिल भागांसाठी व्हिडिओ, टच प्रोब, लेझर आणि मायक्रो प्रोब असे बहुविध संवेदक असलेली संपूर्ण स्वयंचलित तपासणी आदर्श असेल.
या व्यतिरिक्त, बहुतेक व्हिडिओ मेट्रॉलॉजी मशीन सांख्यिकी प्रक्रिया नियंत्रण (SPC), अहवाल देणे किंवा विश्लेषण करणे अशी एकात्मिक कार्यात्मकता देऊ करतात. यामुळे अतिरिक्त फायदेशीर कामे करता येतात आणि गुंतवणुकीची यथार्थता वाढते.
उत्पादन जगात, वेग आणि अचूकता या उच्च प्राथमिकता आहेत. व्हिडिओ तंत्रज्ञान दोन्ही प्रदान करते. गुणवत्ता आणि/अथवा उत्पादन खर्च या दोन्ही बाबतीत जलद परतावा मिळवून देणारी ही एक अष्टपैलू मेट्रॉलॉजी उपाययोजना असू शकते.