3D मेट्रॉलॉजी : मोठ्या वस्तूंचे मोजमापन

 

धातुकाम मासिकात जानेवारी 2021 आणि मे 2021 मध्ये प्रकाशित झालेल्या 3D मेट्रॉलॉजीमधील प्रगती आणि 3D स्कॅनिंगच्या उपयोगाबद्दल आपण जाणून घेतले होते. मला आशा आहे की, वाचकांना ते उपयुक्त वाटले असेल. या लेखामध्ये आपण अतिशय मोठ्या वस्तूंच्या मोजमापन पद्धतींवर थोडा प्रकाश टाकणार आहोत. जहाजाच्या किंवा विमानाच्या संरचनेतला एखादा भाग, खाण किंवा बांधकाम उद्योगातील एखादे मोठे मशीन, तसेच पवनचक्कीतील टर्बाइनचे आणि एअरोस्पेसमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या यंत्रभागांचे मोजमापन करण्यासाठी सामान्यपणे वापरली जाणारी काही मापन उपकरणे प्रचलित आहेत.

 

 

जेव्हा आपण सामान्यत: मोठ्या भागांविषयी (पार्ट) बोलतो, तेव्हा ते 3 मीटरपासून ते 100 मीटरपर्यंत कोणत्याही आकाराचे असू शकतात. वस्तूचा आकार कोणताही असला, तरी सगळ्या मोजमापनाचे उद्दिष्ट एकच असते. परंतु जेव्हा अतिशय मोठ्या भागांचे मापन करावयाचे असते, तेव्हा त्यातील आव्हाने वेगळीच असतात. सामान्यत: माहिती असणारे आव्हान म्हणजे त्या भागाजवळ पोहोचणे खूप कठीण असणे. उदाहरणार्थ, एखाद्या एअरोस्पेस उद्योगात वापरल्या जाणाऱ्या भागाच्या संरचनेतला असा काही भाग असू शकतो, जिथे मोजमापन घेण्यासाठी सहजपणे पोहोचता येत नाही.

 

 

परंतु, इतर आव्हानेदेखील असतातच. उदाहरणार्थ, काही यंत्रभाग इतके मोठे असतात की, मापनासाठी त्यांना उपकरणावर आणता येत नाही किंवा त्यांना पकडण्यासाठी फिक्श्चर नसले, तर ते स्थिर राहू शकत नाहीत. कधी यंत्रभाग इतका मोठा असतो, की तापमानातील बदलामुळे त्याचा आकार बदलू शकतो. मोठ्या भागांचे मोजमापन करताना आयत्यावेळी इतर बारीकसारीक गुंतागुंत नक्कीच तयार होऊ शकते. परंतु त्या सर्वच यंत्रभागांच्या बाबतीत नसतात आणि जास्तकरून काही विशिष्ट परिस्थितीतच समोर येतात. तथापि, या आव्हानांवर मात करण्याच्या प्रयत्नात अनेक नवीन उपकरणे आणि तंत्रांचा वापर केला गेला आहे. मोठे यंत्रभाग सहजपणे मोजणाऱ्या उपकरणांच्या उपलब्ध पर्यायांविषयी आपण अधिक माहिती घेऊ.

 

 

हलविता येणारे (पोर्टेबल) सुटसुटीत उपकरण वापरून मापन करताना ही संकल्पना लोकप्रियपणे वापरली जाते. जरी उपकरणामध्ये मोजमापनाची मात्रा 3 मीटरपेक्षा कमी असली, तरीही हव्या तितक्या वेळा स्थाने बदलून मोठ्या यंत्रभागांचे मोजमापन करणे शक्य असते. असे करण्यासाठी, मोजमापांचे विश्लेषण करणाऱ्या सॉफ्टवेअरमध्ये चांगली लीप फ्रॉगिंग क्षमता असणे आवश्यक आहे.

चित्र क्र. 1 : लीप फ्रॉगिंग पद्धतीने मोजमापन

 

 

हे सोप्या पद्धतीने समजण्यासाठी असे समजा की, मोजमापन करणारे मशीन स्थान क्र. 1 वर आहे. या स्थानावरून आपण काही संदर्भ लक्ष्ये (उदाहरणार्थ, गोलाकार टूलिंग बॉल) मोजतो. जेव्हा हे मशीन स्थान 2 वर हलविले जाते, तेव्हा तीच संदर्भ लक्ष्ये (रेफरन्स टार्गेट) पुन्हा मोजली जातात आणि आधी मोजलेल्या संदर्भ लक्ष्यांच्या संरेखनाशी जुळवून घेतली जातात. ही दोन संदर्भ लक्ष्ये जुळवून घेतल्यावर मोजमापन चालू ठेवण्यात येते आणि नंतर सत्र (सेशन) 1 आणि 2 मध्ये केल्या गेलेल्या सर्व मोजमापनांना सॉफ्टवेअरद्वारे एकत्रित सांधले जाते. उपकरण किंवा यंत्रभाग जितक्या वेळा हलविला जाईल, तितक्या वेळा ही प्रक्रिया केली जाऊ शकते. प्रत्येक वेळी जेव्हा मशीन एका नवीन स्थानाची भर घालते, तेव्हा संदर्भ लक्ष्य जुळविण्यात थोडी थोडी त्रुटी येत जाते. याविषयी सावधगिरी बाळगणे आवश्यक आहे. मशीनचे स्थान एकाहून अधिक ठिकाणी हलवून मोजलेल्या एका गाडीची प्रतिमा (चित्र क्र. 1) पाहिल्यावर आपल्याला हे अधिक स्पष्ट होईल. मोजमापन क्षेत्रातील बहुतेक लोकांना हे माहिती असते, कारण ही एक अत्यंत प्रचलित पद्धत आहे. समजा, आपण गाडीच्या जागी एच.एम.सी. ठेवले, तरी त्यामागील तत्त्व तेच राहते. म्हणूनच, यंत्रभाग मोजमापनाच्या आकाराची मोठी क्षमता किंवा पल्ला असणाऱ्या एकाच उपकरणाचा वापर करून मोजमापे घेणे हे अधिक इष्ट असते.

 

मोठ्या यंत्रभागांच्या मोजमापनासाठी वापरली जाणारी बरीच वेगवेगळी मशीन आहेत. सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या मशीनच्या माहितीसोबत त्यातील तंत्रज्ञान आणि त्यांचा उपयोग कसा होतो, याचे थोडक्यात वर्णन पुढे दिले आहे.

 

 

बऱ्याच उत्पादकांनी नेहमीचीच सी.एन.सी. CMM देखील ग्राहकाला हव्या तशा मोठ्या आकारात बनवून दिली आहेत. ही मशीन स्टँडर्ड नसतात. प्रत्येक मशीन ग्राहकाच्या मागणीनुसार बनविलेले असते. त्यामुळे त्यांच्या आकारात भिन्नता असते. सामान्य मोठ्या आकाराचे CMM 6-10 मीटरच्या पल्ल्यातील मोजमापन करू शकते. यंत्रभागाचा आकार आणि अचूकतेच्या आवश्यकतेनुसार, गॅन्ट्री प्रकाराची मशीन तयार केली जातात, जी मोठ्या यंत्रभागांचे मोजमापन करण्यासाठी उपयुक्त असतात. ज्यांचे मोजमापन नियंत्रित वातावरणात करणे आवश्यक असते, अशा एअरोस्पेस उद्योगात वापरल्या जाणाऱ्या यंत्रभागांसाठी सामान्यतः अशी मशीन पसंत केली जात असत.

चित्र क्र. 2 : मोठे गॅन्ट्री CMM

 

 

पोर्टेबल मशीन आल्यानंतरचा कदाचित हा सर्वात लोकप्रिय पर्याय असेल. मोठ्या यंत्रभागांचे 3D मापन ही उद्योगात एक गरज बनल्यापासून लेझर ट्रॅकर सर्रास वापरले जात आहेत. लेझर ट्रॅकरचे तत्त्व सोपे आहे. पण, समान प्रकारच्या गरजा पुरविण्यासाठी प्रत्येक ब्रँडमध्ये वेगवेगळे तंत्रज्ञान वापरलेले असते. तसेच, प्रत्येक तंत्रज्ञानाचे स्वतःचे फायदे आणि तोटे असतात.

चित्र क्र. 3 : लेझर ट्रॅकर

लेझर ट्रॅकर लेझर किरणांचा झोत वापरून लक्ष्याच्या स्थानांचे मोजमापन करते. हा झोत स्फेरिकल माउंटेड रेट्रोरिफ्लेक्टरमधून (SMR) प्रतिबिंबित झालेला असतो. एकदा SMR द्वारे प्रतिबिंबित झाल्यावर, आधुनिक लेझर ट्रॅकर SMR जिथे जाईल तिथे त्याचा सतत मागोवा घेत राहतात. त्यामुळे मोजमापन करणाऱ्या ऑपरेटरला फक्त SMR हलवून जे पाहिजे ते मुक्तपणे मोजता येते. ही प्रक्रिया CMM किंवा पोर्टेबल आर्म वापरून मापन करण्यासारखीच आहे. फरक इतकाच की, प्रोब (SMR) हातात धरलेला असतो.

चित्र क्र. 4 : लेझर ट्रॅकर मोजमापन पद्धती चित्र क्र. 5 : लेझर रडार उपकरण

 

1. मशीन सक्रिय करणे (अॅक्टिव्हेशन).

2. मशीन सहनिर्देशक शून्यावर आणणे (होमिंग).

3. परावर्तक (रिफ्लेक्टर) शोधणे.

4. वैशिष्ट्याची (फीचर) मोजणी करणे.

या लेझर ट्रॅकरची रेंज सुमारे 100 मीटरची असते. त्यामुळे वाहन उद्योग, एअरोस्पेस यातील मोठ्या यंत्रभागांचे आणि अवजड अभियांत्रिकी घटकांचे मोजमापन करायचा प्रश्न असतो, तेव्हा या उपकरणाला प्राधान्य दिले जाते. येथे एक गोष्ट ध्यानात घेतली पाहिजे की, लेझर ट्रॅकरची अचूकता, स्थायी (बेस) उपकरणापासून किती अंतरावर मोजमापन होत आहे, त्यानुसार बदलते. त्यामुळे तो घटक गृहीत धरून मोजमापांची नोंद केली जाते. अलीकडच्या काळात, SMR सोबत लेझर स्कॅनरच्या संयोजनाने सुसज्ज लेझर ट्रॅकर उपलब्ध आहेत. त्यामुळे मोठे यंत्रभागदेखील स्कॅन केले जाऊ शकतात. परंतु, जर एक मोठा यंत्रभाग संपूर्णपणे स्कॅन करावयाचा असेल, तर हा काही फारसा कार्यक्षम मार्ग नाही.

 

 

हे एक तुलनेने नवीन आणि अद्वितीय उपकरण आहे आणि हळूहळू लोकप्रिय होत आहे. हे लेझर ट्रॅकरच्याच तत्त्वावर चालते, परंतु लक्ष्यावर पोहोचण्यासाठी त्यात परावर्तकाची आवश्यकता नसते.

हे मशीन SMR न वापरता लक्ष्याच्या स्थानाची गणना करते. हे सतत मापन करते आणि मागोवा ठेवते आणि म्हणूनच रेषाधारित (लाइन बेस्ड्) वैशिष्ट्ये स्कॅन करण्यासाठी उपयुक्त ठरते. वाहन आणि एअरोस्पेस उद्योगांमध्ये याचा उपयोग केला जातो, विशेषत: जिथे आपल्याला पृष्ठभागासह इतर वैशिष्ट्ये जास्त प्रमाणात मोजावयाची असतात. ही उपकरणे सुमारे 30 मीटरच्या अंतरामध्ये उपयुक्त असतात. वर्तुळे, खाचा, प्रतल आणि पृष्ठभाग तुलना बिंदू यांचे मोजमापन CMM किंवा पोर्टेबल CMM प्रमाणेच केले जाते. हव्या त्या वैशिष्ट्यावर प्रोब ठेवा आणि क्लिक करा.

 

 

यापूर्वी प्रकाशित झालेल्या लेखात या उपकरणांविषयी सांगितले होते. यामागील तत्त्व कोणत्याही इतर लेझर स्कॅनर प्रमाणेच असते, परंतु पल्ला मोठा असतो आणि वापरलेले तंत्रज्ञान ऑप्टिकल किंवा LIDAR (लाइट डिटेक्शन अँड रेंजिंग) आधारित असू शकते. या उपकरणामध्ये संपूर्ण विमान किंवा जहाज स्कॅन करण्याची क्षमता असते आणि तसे बहुतांशी केलेही जाते. विमानाचे पंख, जहाजाचा सांगाडा, पाणबुड्या, संरक्षण उपकरणे यांचे मोजमापन बहुतेक वेळा अशा लांब पल्ल्याच्या स्कॅनरद्वारे केले जाते.

चित्र क्र. 6 : लांब पल्ल्याचे स्कॅनर

वेगवेगळ्या ब्रँडच्या लांब पल्ल्याच्या स्कॅनरमध्ये विविध प्रकारचे तंत्रज्ञान वापरलेले असते, परंतु त्यांचे कार्य मूलत: सारखेच असते. लक्ष्य वस्तू/पृष्ठभाग स्कॅन करून त्याच्या बिंदूंचा एक संच (पॉइंटस् क्लाउड) गोळा करणे. एकदा स्कॅन केलेला संच उपलब्ध झाला, की त्याचा उपयोग CAD फाइल बरोबर तपासणी/तुलना किंवा रिव्हर्स इंजिनिअरिंगसाठी नवीन CAD फाइल निर्माण करणे, अशा पुढील प्रक्रियांसाठी केला जातो.

 

 

मोठे भाग मोजण्याचे आणखी एक लोकप्रिय तंत्र म्हणजे फोटोग्रॅमेट्री होय. यात फोटोग्राफिक उपकरणांचा वापर आणि फोटोग्राफिक प्रतिमांमधील माहितीचा अर्थ लावणे समाविष्ट असते. अचूक 3D मापन माहिती मिळविण्यासाठी फोटोग्रॅमेट्रीचा उपयोग ऑप्टिकल डिजिटायझरसह केल्याने अपेक्षित उत्तम परिणाम मिळतात.

चित्र क्र. 7 : फोटोग्रॅमेट्री मोजमापन

याचे उत्तम उदाहरण म्हणजे एक मोठी गोलाकार अँटेना होय. फोटोग्रॅमेट्री वापरून हिचे मोजमापन करणे शक्य असते. वापरकर्ता अँटेनावरील इच्छित मोजमापन बिंदूंवर कोडेड स्टिकर चिकटवितो. कॅमेऱ्याद्वारे एक फोटो प्रतिमा क्लिक केली जाते आणि संलग्न असलेले सॉफ्टवेअर, सर्व कोडेड स्टिकरची स्थाने भूमितीय X, Y, Z बिंदूमध्ये रूपांतरित करते, ज्यांचा वापर 3D मापनासाठी

करता येतो.

 

 

मोठ्या भागाच्या मापनात सर्वात मोठ्या प्रमाणात वापरले जाणारे नेहमीचे उपकरण म्हणजे थिओडोलाइट होय. याला टोटल स्टेशन असेही नाव आहे. ही व्यापकपणे वापरली जाणारी एकल बिंदू (सिंगल पॉइंट) मापन उपकरणे आहेत. थिओडोलाइटचा उपयोग बांधकाम आणि अवजड अभियांत्रिकीमध्ये बऱ्याच काळापासून केला जात आहे. अर्थातच, हे एअरोस्पेसमध्येही लोकप्रिय आहे. थिओडोलाइट आडवे (हॉरिझाँटल) आणि उभे (व्हर्टिकल) कोन मोजतात आणि त्यांच्याद्वारे मापनाचे लक्ष्य असलेल्या वस्तूंचे स्थान ट्रँग्युलेट करण्यास मदत करतात. बऱ्याच थिओडोलाइटमध्ये मापनाचे अर्थ लावण्याचे काम मॅन्युअल पद्धतीने केले जाते, परंतु आधुनिक थिओडोलाइट प्रगत 3D मापन सॉफ्टवेअरबरोबर जोडले जाऊ शकतात.

चित्र क्र. 8 : थिओडोलाइट वापरून मापन

 

 

मोठ्या यंत्रभागांच्या मोजमापनाचे इतर अनेक मार्ग नक्कीच आहेत, परंतु या लेखात केवळ नेहमी वापरल्या जाणाऱ्या मोजमापन उपकरणांची माहिती दिली आहे. यापैकी प्रत्येक उपकरणाला शक्तिशाली क्षमता असलेल्या अत्यंत प्रगत सॉफ्टवेअरसोबत जोडणे गरजेचे आहे हे या ठिकाणी अधोरेखित करणे आवश्यक आहे. त्यामागील विशेष कारण असे की, या मापनात वापरलेली 3D CAD मॉडेल म्हणजे भरपूर अभियांत्रिकी माहिती असणाऱ्या मोठ्या फाइल असतात. प्रगत सॉफ्टवेअर असले की, वापरकर्ते अशा मोठ्या फाइल आपल्या संगणकावर घेऊन त्यांच्यावर सहजतेने आणि अचूकतेने कार्य करू शकतात.

मला आशा आहे की, आपणास हा लेख वाचून उपयुक्त माहिती मिळाली असेल.