3 Schlüssel zum Reverse Engineering

Sobald eine 3D-Punktwolke erstellt ist, stellen Millionen von Punkten das Teil sauber dar und es ist Zeit, ein Modell zu erstellen.

Reverse-Engineering-Projekte sind komplexe Aufgaben, die eine Vorplanung und den richtigen Technologieeinsatz erfordern. Ein dreistufiger Prozess kann jedoch selbst die mühsamste Scanaufgabe rationalisieren.

Der erste Schritt in einem Reverse-Engineering-Projekt ist die Bestimmung der Absicht.

In dieser Phase ist es von größter Bedeutung, einige Schlüsselfragen zu stellen, um den erfolgreichen Weg der Datenausgabe zu bestimmen, und jede Frage schließt sich gegenseitig aus.

Frage 1:Wie wird dieses Bild verwendet und warum sollte es mich interessieren, wie es verwendet wird?

Bei der Annäherung an ein Projekt jeglicher Größenordnung besteht das Ziel darin, den saubersten und klarsten Weg zum gewünschten Ergebnis zu finden. Wenn ein Techniker den beabsichtigten Verwendungszweck nicht kennt, kann dies dazu führen, dass er einen sehr langen und ineffizienten Weg einschlägt.

Oft sagt ein Kunde, dass er einen gesamten Motor mit CAD-Ausgabe scannen muss. Auf den ersten Blick kann ich zu dem Schluss kommen, dass jeder Winkel und jede Ritze mit einem beliebigen Medium meiner Wahl digital erfasst werden muss, und ich verbringe mehrere Wochen damit, akribisch detaillierte Modelle von Anlassern, Kühlleitungen und komplexen Motorblockgussteilen zu erstellen.

In neunundneunzig Prozent der Fälle ist das nicht notwendig. Wenn ich einfach frage, wie der Scan verwendet werden soll, stelle ich fest, dass eine einfache volumetrische Darstellung ausreicht, um Passung und Spiele zu bestimmen. Mithilfe vereinfachter Scantechniken und schneller Volumenmodellierung lässt sich dies schnell und effizient bewerkstelligen.

Frage 2:Wird es Änderungen geben?

Warum sollte es mich interessieren, wenn der Kunde Änderungen erwartet? Denn zu erwartende Änderungen beeinflussen die Erstellungsmethode und die Art des zu verwendenden Modells.

Parametrische CAD-Modelle enthalten beispielsweise eine Designabsicht, eine strukturierte Kombination prismatischer 3D-Features, die durch bestimmte Abmessungen gesteuert werden. Eine IGES- oder STEP-Ausgabe ist eine abgespeckte Version dieses parametrischen 3D-CAD-Modells, das normalerweise durch eine Außenhaut der CAD-Oberfläche dargestellt wird, sodass Sie 3D-Daten mit mehreren Plattformen teilen können, die keine gemeinsame interne Sprache haben.

Durch den Verzicht auf Abkürzungen während des Scanvorgangs entfällt die zeitaufwändige Bearbeitung bei der Verarbeitung von 3D-Daten.

Es ist sehr wichtig zu wissen, dass möglicherweise Änderungen erforderlich sind, damit ein Teil so entworfen wird, dass die erwarteten Bereiche einfacher geändert werden können, ohne dass im fertigen CAD-Modell unhandliche Flächen, Verrundungen oder Formschrägen auftreten.

Oder, im Beispiel der Engine, besteht keine Notwendigkeit, diese Daten zu ändern, sondern nur zu prüfen, was dazu passt. Dies bedeutet, dass ein vereinfachter nicht-einheitlicher rationaler B-Spline (NURBS) verwendet werden kann, um eine leichte, volumetrische Haut auszugeben, die in die vorhandene CAD-Datei eingefügt werden kann.

Frage 3:Welche Toleranzanforderungen gibt es?

Toleranzen? Das Endergebnis sollte perfekt sein, oder? Falsch.

Brauchen Sie wirklich einen Sandguss mit Toleranzen von 0,001 Zoll? Sind Sie sicher, dass Sie alle Unvollkommenheiten in diesem Teil sehen möchten? Lassen Sie uns an dieser Stelle die Bremse betätigen und etwas zurückfahren.

Während des Prozesses können Toleranzen durch den Einsatz der richtigen Hardware und Software in den Händen eines erfahrenen Handwerkers verwaltet werden.

Moderne Scan-Hardware ist in der Lage, große Oberflächendetails zu erfassen, ob zum Nachteil oder zum Vorteil des Prozesses. Der Grund: erwartete Veränderungen.

Wenn die Absicht darin besteht, neue Werkzeuge zu erstellen und saubere Oberflächen für die Bearbeitung zu entwickeln, ist die Entwicklung über einen herkömmlichen CAD-Arbeitsablauf am sinnvollsten. Dies erfordert jedoch eine Aufwandsentschädigung. Ein Zugeständnis an Toleranz.

Die vorgesehenen ebenen Flächen sind äußerlich möglicherweise nicht mehr eben. Durch 3D-Scannen und Zurückinterpretieren dieser Oberflächen in ein sauberes CAD-Modell können Sie diese Diskrepanz korrigieren und so die Abweichung des tatsächlichen Teils auf sein neues digitales CAD-Gegenstück zurückführen.

Wenn Sie jedoch eine hohe Präzision benötigen, können Sie eine hochpräzise NURBS-Ausgabe erstellen, um genau diese Oberflächen zu erfüllen und sicherzustellen, dass das Teil richtig definiert ist.

Neue Scanarme bieten dank breiterer Laserlinien und höherer Hertzraten eine schnelle und flexible Datenerfassung.

Der zweite Schritt im Reverse Engineering-Prozess ist die Datenerfassung. Nachdem Sie nun Richtlinien für die beabsichtigte Verwendung festgelegt haben, können Sie Ihre Optionen auf der Grundlage dieser Entscheidungen prüfen.

Die technologischen Fortschritte der letzten 20 Jahre waren erstaunlich. Strukturiertes Licht ist sauberer; Das tragbare, armbasierte Laserscannen ist viel schneller und genauer. und die Flugzeit- und Phasenverschiebungsscanner (Langstreckenscanner) können größere Entfernungen mit wesentlich höherer Präzision scannen. Auch 3D-CT-Scanner (Röntgenscanner) in messtechnischer Qualität werden immer leistungsfähiger und finanzierbarer.

Strukturiertes Licht ist sauber und saubere Daten führen zu einem saubereren Ergebnis.

Strukturiertes Licht ist typischerweise ein Stereosystem mit zwei Kameras. Mithilfe eines digitalen Projektors wird ein Streifenmuster auf die Oberfläche des Teils projiziert. Somit wird die Verschiebung des Streifenmusters entlang des Teils wieder in 3D-Daten korreliert. Diese Lichtschichten werden vom Teil reflektiert und liefern eine saubere und hochpräzise digitale Darstellung des Teils.

Diese Klarheit gilt im Vergleich zu seinen Pendants als hoher Standard. Die einzigen wirklichen Einschränkungen sind die Lichtdurchlässigkeit/Transparenz und die tiefen Farben, die dem Lichtspektrum des projizierten Lichts entgegenstehen. Außerdem müssen beide Kameras die erfasste Geometrie sehen.

Tragbare KMGs und Scanarme bieten hohe Geschwindigkeit und Flexibilität und stellen eine der größten Verbesserungen in der Branche dar.

Breitere Laserlinien, höhere Hertz-Raten für die Datenerfassung und Millionen von Punkten können in Sekundenschnelle erfasst werden. Mit diesen Teilen können Sie sich schnell anpassen, vom Aufbau in einer kontrollierten Laborumgebung bis hin zum Verpacken und Montieren auf einer Maschine in der Werkstatt, um ein Problem zu lösen.

Die Daten dieser Einheiten werden per Laser erfasst, und ihre Fähigkeit, sich an unterschiedliche Oberflächenfarben und -oberflächen anzupassen, hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Chrom und tiefe Schwarztöne waren schon immer der Feind, aber diese Zeiten verschwinden schnell. Da die Toleranzen denen von strukturiertem Licht nahe kommen, erobert sich diese Technologie einen guten Platz auf dem Markt und wird zu einer dominierenden Kraft und einem wertvollen Werkzeug im Reverse Engineering.

Derzeitige Einschränkungen werden nur durch die Länge des tragbaren Arms festgelegt, wobei für Teilegrößen, die außerhalb der Reichweite des Arms liegen, mehrere Einstellungen erforderlich sind.

Langstreckenscanner können für große Projekte eingesetzt werden, beispielsweise für die Kartierung eines Gebäudes oder die Nachkonstruktion der Außenseite eines Flugzeugs. Da Geometrien innerhalb einer angemessenen Toleranz Hunderte von Metern entfernt gescannt werden können, ist das Scannen über große Entfernungen die richtige Anwendung.

Diese Werkzeuge senden einen Laserstrahl mit hoher Präzision aus und erfassen die Oberfläche, von der er reflektiert wird, wieder in digitale 3D-Daten. Diese Daten können mit hochauflösenden Bildern kombiniert werden, um eine 3D-Visualisierung der gescannten Objekte, Bereiche oder Räume zu ermöglichen.

Die CT-Technologie (Röntgen) wird immer leistungsfähiger und kann nun in das Innere dichter Materialien wie Stahl blicken und interne Daten extrahieren. Interne Durchgänge, die mit einem komplexen Netzwerk aus Sandkernen in einem Gießereiprozess erstellt wurden, dienen zur korrekten Validierung der Abstände bei der Neuerstellung eines Teils. CT eliminiert außerdem tote Winkel und ermöglicht es Designern, komplexe skulpturale Oberflächen mit Präzision und Annahmen zu modellieren, indem sie fehlende Geometrie herkömmlicher Scanmethoden ergänzen.

Wenn Sie den Verwendungszweck der gescannten Daten und die Art und Weise, wie Sie die Daten erfassen, festgelegt haben, müssen Sie wissen, was Sie damit tun werden. Die heutige Verarbeitung ist ein ziemlich breites Spektrum, aber einige Richtlinien werden hier hervorgehoben, um uns noch einmal einen klaren Weg zu weisen.

Unabhängig davon, welche Art von Scanner verwendet wird, müssen Sie Ihre Hardware, ihre Fähigkeiten und Einschränkungen kennen.

An diesem Punkt des Prozesses sollten Sie bereits wissen, wie der Scan verwendet wird, wie genau er sein muss und welche Methode verwendet wird. Jetzt ist es an der Zeit, Daten zu erfassen. Aber es muss trotzdem richtig gemacht werden.

Kleine Abkürzungen beim Scanvorgang führen beispielsweise bei der Verarbeitung von 3D-Daten zu zeitaufwändigen Bearbeitungen. Da kein zusätzlicher Scan erforderlich ist, um den Boden einer Nut oder eines Lochs zu erfassen, müssen bei der Interpretation der Scandaten in ein Polygonnetz viele Annahmen getroffen werden. Ein zusätzlicher Fünf-Sekunden-Scan spart Stunden Arbeit. Eine saubere Dateneingabe rationalisiert die Verarbeitung.

Sobald Sie eine 3D-Punktwolke haben, verfügen Sie über Millionen von Punkten, die das Teil sauber darstellen. Der übliche nächste Schritt ist die Konvertierung der X/Y/Z-3D-Datenpunkte in ein Polygonmodell. Einfach ausgedrückt verbindet die Software die Punkte mit einer Reihe von Dreiecken, um eine repräsentative Haut zu erstellen.

Verschiedene Tools können dieses Ziel erreichen. Einige Hardwarelieferanten stellen diese direkte Ausgabe ihrer Scanner bereit, während andere sich bei der Durchführung der Berechnungen auf Software von Drittanbietern verlassen. Viele Softwarepakete ermöglichen es Ihnen, die Daten zu manipulieren, einschließlich der Glättung von Unvollkommenheiten oder dem Schließen kleiner oder sogar großer Löcher innerhalb einer angemessenen angenommenen Genauigkeit.

Die Möglichkeit, Klammern oder Vorrichtungen, die die Teile während des Scannens halten, schnell herauszuschneiden, ist jetzt problemlos möglich. Dies ist der Schritt, der das Tempo für die nächste Modellierungsrunde vorgibt.

Als nächstes folgt die Konvertierung, bei der die Polygondaten, üblicherweise als STL bezeichnet, in ein verwendbares Format mit den erforderlichen Parametern konvertiert werden.

Zum Glück sind die Zeiten vorbei, in denen ein Teil gescannt, eine Version mit niedriger Auflösung in ein CAD-Paket eingefügt, Querschnitte geschnitten, diese in komplexe Skizzen umgewandelt und dann aus diesen Skizzen 3D-Features generiert wurden.

Heutzutage übernehmen Softwarepakete das Scannen direkt in ihre Software, die Konvertierung großer Datensätze in hochauflösende Netzdaten und die Generierung nativer parametrischer CAD-Funktionen – alles in einem Paket, wodurch der Prozess um Tage verkürzt und ein viel besseres Ergebnis erzielt wird.

Auch die Möglichkeit, NURBS- oder Ist-Oberflächendaten mit extrem hoher Präzision zu generieren, war eine dramatische Verbesserung. Mit komplexen Algorithmen, die in der Lage sind, Datensätze mit komplexer Oberflächengeometrie mit einem einzigen Knopfdruck zu lösen, wird der Prozess immer schneller und präziser.

Die letzte Aufgabe ist die Validierungsphase. Da Sie nun über zwei Teile verfügen, die 3D-Scandaten und das beabsichtigte CAD-Modell, ist es an der Zeit, den Vorgang abzuschließen. Bevor Sie es an die Fertigung übergeben, müssen Sie Ihre Arbeit überprüfen.

Eine weitere Verbesserung, die weiterhin hervorsticht, ist die Möglichkeit, Daten zu validieren. Die hier verwendete Validierung ist die Fähigkeit, Abweichungen des gescannten Objekts vom entwickelten CAD-Modell anzuzeigen. Diese Abweichung wird typischerweise durch eine Farbkarte dargestellt, wobei jede Farbe den 3D-Abstand jedes Punkts von seinem CAD-Modell-Gegenstück darstellt.

Sobald diese Bewertung abgeschlossen ist und die ermittelten Erwartungen erfüllt, ist das CAD-Modell zur Auslieferung bereit.

Greg Groth ist Abteilungsleiter für Exact Metrology, 20515 Industry Ave., Brookfield, Wis. 53045, 262-533-0800, www.exactmetrology.com.