Dwa projekty z Wydziału Mechanicznego z dofinansowaniem z programu „Polska Metrologia II”!
Granty w wysokości blisko miliona złotych Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego przyznało projektom: „Opracowanie metodyki badań i analiz SGP przedmiotów wykonanych z materiałów o różnej refleksyjności” oraz „Zastosowanie sztucznej inteligencji w pomiarach nierówności powierzchni”.
Projekt pt. „Opracowanie metodyki badań i analiz struktury geometrycznej powierzchni technologicznie wytworzonych przedmiotów wykonanych z materiałów o różnej refleksyjności” będzie realizowany w ramach porozumienia o współpracy między trzema wyższymi uczelniami technicznymi – Politechniką Krakowską im. Tadeusza Kościuszki (Lider), Politechniką Opolską i Politechniką Poznańską.
Projekt ma na celu opracowanie metodyki badań i analiz struktury geometrycznej powierzchni w zakresie topografii powierzchni wytworzonych technologicznie przedmiotów wykonanych z materiałów o różnej refleksyjności, aby możliwe było prowadzenie kompleksowej oceny jakości wytworzenia przy wykorzystaniu optycznych (bezstykowych) systemów pomiarowych.
Zagadnienia objęte programem badań dotyczą obszaru metrologii warstwy wierzchniej – struktury geometrycznej powierzchni (topografii powierzchni), jakości wytworzonych przedmiotów oraz sposobu weryfikacji jakości wytworzenia w drodze badań stanowiskowych przy wykorzystaniu różnych metod i technik pomiarowych. Ponieważ przedmiotem badań są materiały o różnej refleksyjności (poziomie odbicia/pochłaniania światła) znajdujące zastosowanie m.in. w technice medycznej na komponenty implantów oraz narzędzia, Projekt ma charakter interdyscyplinarny (w zakresie dyscyplin: inżynieria mechaniczna – główna dyscyplina ze względu na zakres badań i analiz oraz inżynieria biomedyczna – ze względu na przedmiot badań).
Biorąc pod uwagę materiały charakteryzowane różnym poziomem refleksyjności, bardziej odpowiednie (ze względu na pomijany efekt odbijania czy pochłaniania światła) są stykowe metody pomiaru. Jednak zważywszy na czas akwizycji danych w przypadku badań topografii powierzchni oraz konieczność szybkiego wykonania analizy wyników i odpowiedniego reagowania, właściwe wydają się bezstykowe metody pomiaru. Zatem konieczne jest przeprowadzenie porównawczych badań topografii powierzchni przedmiotów wytworzonych, wykonanych z materiałów o różnej refleksyjności, wykorzystujących stykowe i bezstykowe metody pomiaru.
dr hab. inż. Magdalena Niemczewska-Wójcik, prof. PK
Topografie powierzchni otrzymane stykową metodą pomiaru będą stanowiły bazę wyników referencyjnych, jako odniesienie dla wyników otrzymanych metodami bezstykowymi. Wpływ refleksyjności powierzchni jest zależny od barwy mierzonego przedmiotu, stąd wynik pomiaru czy charakterystyki odbiciowo-rozpraszające to zagadnienia, które powinny zostać szczegółowo przebadane pod kątem optymalizacji wykorzystania optycznych systemów pomiarowych w zadaniach praktycznych.
Harmonogram Projektu zakłada realizację programu badań w ramach pięciu etapów, tzw. zadań badawczo-analitycznych (okres realizacji 24 miesiące) – (1) przygotowanie materiałów (próbek) do badań, (2) badania topografii powierzchni metodą stykową oraz charakterystyka na podstawie analizy parametrycznej i nieparametrycznej topografii powierzchni, (3) badania topografii powierzchni metodami bezstykowymi oraz charakterystyka na podstawie analizy parametrycznej i nieparametrycznej topografii powierzchni, (4) odniesienie wyników etapu trzeciego do wyników etapu drugiego oraz identyfikacja warunków alternatywnego wykorzystania bezstykowych metod pomiaru do kontroli jakości przedmiotów, (5) opracowanie wytycznych do kompleksowej charakterystyki powierzchni wytworzonej przedmiotów specjalnego przeznaczenia wykonanych z materiałów o różnej refleksyjności.
Projekt zakłada opracowanie we współpracy z ekspertami Głównego Urzędu Miar wytycznych dotyczących sposobu prowadzenia badań i analiz topografii powierzchni przedmiotów wykonanych z materiałów o różnej refleksyjności. Wytyczne pozwolą na sprawne i skuteczne prowadzenie kontroli jakości przedmiotów technologicznie wytworzonych z wykorzystaniem bezstykowych metod pomiaru. Jest to bardzo ważny aspekt w praktyce przemysłowej z uwagi na potrzebę szybkiego reagowania, w tym diagnozowania błędów i wprowadzania działań korygujących (w trakcie procesu wytwarzania/produkcji) lub zapobiegawczych (po zakończonym procesie produkcji). Poza tym, dane zebrane w formie zbioru powierzchni, technicznych warunków pomiarowych, filtrów, wyróżników (parametrów i funkcji), będą stanowiły punkt wyjścia dla konstruktorów i technologów do opracowania założeń pod wymagania norm związanych z badaniami oraz charakteryzowaniem struktury geometrycznej powierzchni (w zakresie topografii powierzchni) przedmiotów, m.in. specjalnego przeznaczenia, stosowanych w technice medycznej na komponenty implantów czy narzędzia.
Projekt będzie realizowany w ramach agendy badawczej projektu „Utworzenie Regionalnego Zespołu Akredytowanych Laboratoriów Badawczych i Wzorcujących Politechniki Krakowskiej (RZAL)”, (Kierownik Projektu: dr hab. inż. Magdalena Niemczewska-Wójcik, prof. PK).
Projekt „Zastosowanie sztucznej inteligencji w pomiarach nierówności powierzchni” będzie realizowany w ramach agendy badawczej projektu „NSMET Narodowa Sieć Metrologii Współrzędnościowej” przez konsorcjum NSMET składające się z Politechniki Krakowskiej, Politechniki Poznańskiej, która w projekcie dot. sztucznej inteligencji będzie pełniła funkcję lidera, oraz Politechniki Świętokrzyskiej i Politechniki Warszawskiej. Stanowi on kontynuację projektu, który konsorcjum realizuje obecnie w ramach pierwszej edycji programu Polska Metrologia.
Realizowane badania będą dotyczyły zastosowania algorytmów sztucznej inteligencji przy pomiarach parametrów chropowatości powierzchni oraz topografii powierzchni np. do szybkiego opracowania scenariuszy pomiarowych, w tym doboru rodzaju metody pomiarowej, systemu pomiarowego, rodzaju głowicy pomiarowej, wstępnych parametrów pomiarowych, rodzaju i stopnia filtracji danych, itp. Jak tłumaczy kierownik projektu – dr hab. inż. Adam Gąska, prof. PK z Laboratorium Metrologii Współrzędnościowej:
Pomiary parametrów chropowatości powierzchni są jednym z podstawowych zadań obecnej metrologii związanej z jednostką długości. Od chropowatości powierzchni zależą właściwości powierzchni wytwarzanych przedmiotów, zależy od nich np. tarcie pomiędzy stykającymi się powierzchniami, pracującymi w rozmaitych urządzeniach i maszynach (np. silniki spalinowe, łożyska, itp.) lub właściwości optyczne części wykorzystywanych np. w optyce, optoelektronice, fotonice, fotowoltaice, itp. Biorąc pod uwagę ogromną ilość dostępnych obecnie metod pomiaru chropowatości powierzchni oraz urządzeń wykorzystujących te metody, a także bardzo duże możliwości softwarowe w zakresie filtrowania i przetwarzania danych pomiarowych podjęty w projekcie problem jest ważny, ponieważ umożliwia dla konkretnego analizowanego przypadku, wybranie najlepszych dostępnych rozwiązań w zakresie aparatury pomiarowej, sposobu wykonania pomiaru oraz przetwarzania uzyskanych danych.
dr hab. inż. Adam Gąska, prof. PK
Politechnika Krakowska będzie uczestniczyła w realizacji wszystkich zadań projektowych, obejmujących: pomiary różnych powierzchni (różnych materiałów, po różnych rodzajach wytwarzania i obróbki) wieloma technikami pomiarowymi, stykowymi i bezstykowymi, szacowanie niepewności dla pomiarów nierówności powierzchni pozyskanych za pomocą różnych technik pomiarowych, przygotowanie zebranych danych pomiarowych w formie odpowiedniej dla implementacji uczenia maszynowego, opracowanie algorytmu sztucznej inteligencji w doborze rodzaju systemu pomiarowego, gęstości próbkowania, odcinka pomiarowego (pola pomiarowego) czy rozdzielczości pomiaru na podstawie wyników pomiarów wraz z ich niepewnościami uzyskanymi we wcześniejszych zadaniach. We wszystkich zadaniach zespoły z zaangażowanych uczelni będą ściśle współpracować z ekspertami z Głównego Urzędu Miar.
Wydział Mechaniczny Politechniki Krakowskiej jest jednym z najmocniejszych ośrodków metrologicznych, nie tylko w kraju, ale i Europie. O jego sile stanowią światowej klasy zespoły badawcze i najnowocześniejsza infrastruktura do badań, którą wzbogaci jeszcze wybudowane już i właśnie wyposażane Laboratorium Ultraprecyzyjnych Pomiarów Współrzędnościowych. Jest realizowane w ramach projektu Narodowej Sieci Metrologii Współrzędnościowej (NSMET), którego liderem jest Politechnika Krakowska. Wspólnie z akredytowanym Laboratorium Metrologii Współrzędnościowej oraz Regionalnym Zespołem Akredytowanych Laboratoriów Badawczych i Wzorcujących Politechniki Krakowskiej stworzy centrum badawcze o możliwościach porównywalnych z najlepszymi ośrodkami świata.
