KURZUS: Finommechanika és optika a járműtechnikában

MODUL: V. modul

10. lecke: Reverse engineering lehetőségek ismertetése

| A lecke tanulásának a célja: Az optikai mérési lehetőségek ismertetése, illetve a reverse engineering-hez szükséges lehetőségek és alkalmazási folyamatának ismertetése példán keresztül.
Szükségesen elsajátítandó: A lecke elsősorban megoldási lehetőséget szemléltet mérnök számára. A rendelkezésre álló lehetőségek ismeretének kiemelkedő fontossága van.
Lecke elsajátításának időtartama: A lecke elsajátításához kb. 40 perc szükséges.
Reverse engineering
Probléma: nem áll rendelkezésre CAD modell, illetve az alkatrész méreteinek felvétele időigényes/pontatlan.
Megoldás: az ATOS beméri a tárgy teljes felületét nagy felbontású poligonhálót képezve. Ezen adatokat CAD adattá konvertálhatjuk, illetve manuálisan a pontfelhőt felhasználva 3D-s modellt készíthetünk. További lehetőségként a megtervezett, legyártott és használt alkatrész közötti különbség vizsgálatára alkalmas.
GOM ATOS digitalizáló
1. ábra
Forrás: www.gom.com
Működési elve és adatok
Háromszögelési elv alapján működik. Mért pontok száma: 4 000 000/2s. Mérési időszükséglet: 2s. Mérési terület (min.): 150x150 mm. Mérési terület (max.): 2000x2000 mm. Pont távolság: 0,07-1,0 mm. Mérési távolság: 760-2800 mm.
A GOM gyártó szoftverében is végezhetünk optimalizálást, azaz a digitalizált pontok számát csökkenthetjük és további műveleteket is végezhetünk vele - törlés, lyukak foltozása stb.
Pontfelhő optimalizálása
2. ábra
A digitalizált test során a kapott pontfelhő igen sűrű lett ezzel növelve a kiterjesztését. Ezt a nagyméretű pontfelhőt CAD szoftverben kezelni csak komoly paraméterekkel rendelkező számítógépekkel lehetséges. A kisebb adatfeldolgozással rendelkező számítógépek esetén a képernyő ugrálni fog, illetve a szoftver futásának megállásához ("lefagyásához") vezethet. Az ilyen finomságú pontfelhőnek sok esetben nem bír számunkra releváns információkkal, ezért a pontfelhő ritkítását - optimalizálását - célszerű elvégezni. A pontfelhő optimalizálása Meshlab Open Source-os szoftverben történt (2. ábra).
Optimalizált ponthalmaz koordinátarendszerre illesztése
3. ábra
A 3. ábra alapján importált pontfelhőnek a koordinátarendszerének helyzete nem megfelelő a CAD modell elkészítése szempontjából. A pontfelhő koordinátarendszere Blender Open Source-os szoftverben kerül orientálásra. Az egyes CAD szoftverek digitalizált pontfelhők kezelésére is tartalmaznak modulokat, így ezt a műveletet ezen szoftverekben is el lehet készíteni (pl. Catia).
Felületmodell készítése a digitalizálást felhasználva
4. ábra
A 4. ábra a digitalizált pontfelhőre CAD szoftverben (Solid Edge) felület illesztést szemléltet módosításokkal. Igény esetén a felületmodell (lilás szín) és a pontfelhő (szürke szín) között az eltérés minimalizálható magas szintű mérnöki munkával. Jelen esetben az igényelt pontosság ą0,5mm-es volt így további finomítást nem igényelt a felületmodell.
A felületmodell alapján vastagítási parancsot alkalmazva (alkatrész készül) a tervezett alkatrész akár 3D-s nyomtató segítségével kinyomtatható. A 3D-s nyomtatás pontos, viszonylag gyors és olcsó. Az elkészült tervet így próba céljából kinyomtathatjuk és tesztelhetjük, illetve további beavatkozásokat hajthatunk végre.
Amennyiben jónak találjuk munkánkat akkor az esetlegesen igényelt tömeggyártás miatt a fröccsöntő szerszámot elkészíthetjük.
Digitalizáló eszköz alkalmazása a megmunkállóközpontban
A prémiumkategóriás megmunkáló központokra (CNC-ket) külön opcióként kérhető szkennerrel. A szkenner feladata a mérnöki, gyártói munka támogatása, pl. a megmunkálási tervben tokmány szerepel, azonban a megmunkáló központ asztalán gépsatu helyezkedik el. Ebben az esetben jelez számunkra a rendszer, hogy probléma van. A rendszer továbbá védi a gépgyártót, hiszen az összes paraméter rögzítésre kerül, tehát, ha gyártás során szerszám/szerszámtartó és darab/darabmegfogó ütközés történik - mely a megmunkáló központ károsodásához vezethet - az könnyen visszakereshető a szkennelt adatrögzítés miatt, és ezzel a reklamációnk helye elvész.
Megmunkáló központ szkennerrel ellátva
5. ábra
Forrás: Mori-seiki.com
Ipari CT alkalmazása
Roncsolásmentes vizsgálat alapján teljes pontfelhőt kapunk a tárgyról. Teljesítménytől függően a vizsgálandó anyagvastagság növelhető.
Ipari CT
6. ábra
Feladat: négyhengeres motor szívócsonk paramétereinek vizsgálata
négyhengeres motor szívócsonkja
7. ábra
A 7. ábra által szemléltetett szívócsonk paramétereit roncsolásmentesen szinte lehetetlen lenne felvenni, és a méretezés is magas időigénnyel bírna. Helyette ipari CT-zést alkalmazunk.
Négyhengeres motor szívócsonkjának CT-zett modellje
8. ábra
A 8. ábra alapján szemléltetett CT-zett alkatrész jellemzői:
pontfelhő modell, .stl stereolithography CAD formátum, csak a felületet írja le háromdimenzióban elhelyezkedő ponttal, három pont egy háromszög elemet alkot, 923 196 háromszög elem.
A pontok által definiált alkatrészre CAD környezetben lehetőség van akár vezérgörbét illeszteni, mellyel az egyes csonkok hossza lekérdezhető (9. ábra.). Ahogy az ábra is mutatja síkok illesztése segítségével pedig a be- és kiömlő felület szöge határozható meg.
CAD szoftverben vezérgörbe illesztés
9. ábra
Első lépésként meghatározásra került:
a szívócső tengelyék hossza, a két csatlakozó felület által bezárt szög.
Térgörbére illesztett síkok mentén létrehozott metszetek
10. ábra
A térgörbére tetszőleges elhelyezkedésű illetve mennyiségű síkokat tudunk létrehozni. A síkok segítségével a digitalizált alkatészt el tudjuk metszeni. A metszéskor keletkező profilokra (pontfelhőkre) zárt görbét illesztünk, mely során a kontúrvonal hosszát illetve a metszett területet (zárt görbe) pedig le tudjuk kérdezni.
Létrehozott metszetek kerületei
11. ábra
Feladat: szívódob térfogatának meghatározása
A feladat elvégzéséhez is roncsolásmentes vizsgálatot hajtottunk végre, mely alapján az alkatrész CT-zve lett.
Szívódob CT-zett modellje
12. ábra
A szívódobra jellemző adatok:
3D-s modell .stl fájlformátum, 1 719 346 háromszög.
Az alkatrész összetettsége miatt a szívódobon alkalmazott metszetek alapján bonyolult lett volna az alkatrész térfogatát meghatározni. Más módszerhez kellett folyamodni.
Alkalmazott megoldás:
mérés átalakítással elv alkalmazása, a nyílások 1 kivételével lezárásra kerültek, ioncserélt víz (nem hagy foltot az alkatrészen) tömegének lemérése, alkatrész ioncserélt vízzel történő feltöltése, maradék ioncserélt víz tömegének lemérése, a két tömegértékből a térfogatra lehetett következtetni (1000 cm3=1000 g), alkatrész kiszárítása.