Omvänd konstruktion

Omvänd konstruktion är en metod för att skapa en virtuell 3D-modell från en befintlig fysisk del för användning i datorstödd 3D-design (CAD), datorstödd tillverkning (CAM), datorstödd konstruktion (CAE) och annan programvara. Processen omfattar att mäta ett objekt och sedan att rekonstruera det som en 3D-modell.

Omvänd konstruktion är användbart för att analysera produktens funktion, analysera delkomponenter, uppskatta kostnader och identifiera potentiella patentintrång. Den kan även användas för att tillhandahålla dokumentation som antingen har gått förlorad eller aldrig har blivit skriven, det är ofta fallet med delar som konstruerades innan CAD-programvaran fick stor spridning.

Det fysiska objektet kan mätas med 3D-scanningsteknik som monteras på koordinatmätmaskiner (CMM), portabla koordinatmätmaskiner (PCMM) som mätarmar och med vitt ljus. Data som mäts visas oftast som ett punktmoln och saknar topologisk information och bearbetas därför ofta i en fil med polygonmodell (STL) och överförs sedan till ett mer användbart format som en uppsättning med NURBS*-ytor eller en solid CAD-modell.

* Non-uniform rational basis spline (NURBS)

Små och stora företag som använder omvänd konstruktion tar befintlig fysisk geometri till en digital miljö. Här är några exempel på applikationer för omvänd konstruktion:

Fordonsindustrin

• Skapa verktyg för plåtbearbetning som har tillverkats för hand och saknar digital dokumentation.
• Digitalisera handtillverkade lermodeller för konstruktörer.

Flygindustrin

• Tillhandahålla digitala data från färdiga komponenter för monteringsprocesser.
• Registrera gamla flygplanskomponenter (som 747-detaljer tillverkade utan CAD).
• Återskapa ett flygplan i naturlig storlek för FEA-analys av FAA.

Arkitektur och konst

Digitalisera unik handgjord design för tillverkning.

 

Fundera på vad du vill uppnå och med vilken noggrannhet. Äkta omvänd konstruktion är inte lika enkelt som att hämta mätvärden från en modell. De kan lätt överföras till en datorskärm men den övergripande processen är mer komplicerad.

För att skapa en hel parametrisk modell används ett avancerat CAD-paket (som Catia och Solidworks) för att göra slutversionen leveransklar. Vid omvänd konstruktion kan processen ge bristande återgivning på grund av:

Mätmaskinvara – alla mätsystem innehåller en osäkerhet inom den volymetriska noggrannheten på grund av systemstörningar eller omgivningen. En sidoeffekt kan vara att skarpa kanter går förlorade.

Vid omvandling av punktmoln till en polygonmodell måste hänsyn tas till mätvärdesutjämning och decimering.

När en NURBS-yta läggs till en polygonmodell är det viktigt att ta hänsyn till passfel och kurvkontinuitet.

Hexagon kan hjälpa företag som är osäkra på sina behov inom omvänd konstruktion med konsulttjänster och heltäckande kapacitet inom omvänd konstruktion om de sin inte vill eller kan investera i den själva.

När du har övervägt vad du hoppas uppnå och vilka fördelar och nackdelar det innebär, måste du analysera applikationen. Analysen bör omfatta:

Detaljegenskaper

Storlek

Små detaljer har ofta snäva toleranser som brukar utesluta dem från scanningteknik. Det beror på att störningsnivån (och osäkerheten) för denna metod överskrider detaljens tolerans. Probning eller analog scanning med en CMM, och korrekt storlek på probespetsen, är optimalt under de här omständigheterna.
En bra tumregel är att använda ett system som har 10X bättre osäkerhet än vad som krävs för den slutgiltiga modellen. Men det är tyvärr sällan möjligt.
Mätning av stora detaljer med CMM eller PCMM kan vara långsamt, eller omöjligt, när det krävs scanningdata med hög densitet. När en arm hoppar (PCMM flyttas medan delen mäts) kan toleransen överskridas om det inte finns en funktion som GridLOK. Leica T-Scan lasertrackers och Cognitens scanner med vitt ljus kan vara bättre alternativ för detaljer som är betydligt större än längden på en ROMER-arm.

Tolerans

Bearbetade prismatiska objekt, som plan och hål, eller detaljer som kräver en hög noggrannhet (mindre än 25 mikrometer per meter) ska mätas genom kontaktprobning med en CMM eller PCMM. Nackdelen med att scanna med prober är att det tar längre tid att inhämta data och det finns en större risk för att detaljen flyttas av misstag under mätningen. Flexibla detaljer och detaljer med komplexa former ska mätas med kontaktfria scanners när det är möjligt.

Funktioner

Reliefmönster, gjutna hål och kanter är några av de objekt som ska beaktas. Analog probning kan mäta små radier mycket noggrant, men processen är långsam. Laserscanners som är inställda på minimala punktdistanser kan inhämta fina detaljer, men små objekt kan gå förlorade bland osäkerhetsstörningarna.

Siktlinje

Prober kan nå områden som ligger utanför scannerns siktlinje. Laserscanners kan ha problem att mäta i trånga utrymmen på grund av huvudstorleken och korta mätavstånd. De flesta scanners kan inhämta data när sensorn är i en vinkel på 65 grader från ytans normal.

När du har övervägt vad du hoppas uppnå och vilka fördelar och nackdelar det innebär, måste du analysera applikationen. Analysen bör omfatta:

Externa faktorer

Vibrationer och miljö

Under mätprocessen kräver mätmaskiner och mätarmar, scanners och trackers att detaljen är orörlig jämfört med mätmaskinvaran. Det innebär att kontrollmiljön måste vara stabil.

Erforderlig datadensitet

Datadensiteten motsvarar punktavståndet (upplösningen) och därmed mätningens trovärdighet. Detta behandlas ofta i termer av yttoleranser, eller vinkelavvikelsen mellan angränsande punkter. Data med hög densitet krävs ofta för objekt (som hål och kantdetaljer) som extraheras ur punktmoln.

Erforderlig hastighet

En bra tumregel när du jämför fördelarna med scanning med probe jämfört med laser eller vitt ljus är att överväga både datainhämtning och hastigheten på framställningen av en polygonmodell. En probe kan samla in data långsammare men den gör att bearbetningen går snabbare. Scanners med laser eller vitt ljus kan användas för att snabbt inhämta data, men då framställs polygonmodellen med lägre hastighet.

Operatörskrav

Ergonomi

Det kan vara ansträngande att mäta en stor detalj med en laserscanner eftersom mätavståndet konstant ska hållas inom ±3 cm för att få en sträng på 8 cm per scanning. Scanners med vitt ljus, som WLS 400A, WLS 400M och WLS qFLASH (tidigare Cognitens) kan vara en bra hjälp i dessa fall.

Användbarhet

Det kan vara omständligt att mäta punkter med en manuell probe om det grävs många punkter. Manuella laserscanners skapar olikformade punktmoln som kan öka tidsåtgången vid bearbetning av polygonmodeller och tillverkning av de färdiga modellerna.
Programvaran PC-DMIS Reshaper är kompatibel med omvänd konstruktion och tolkar de mätvärden som mäts (ibland är det tiotals miljoner) och skapar polygonmodeller från 3D-punktmoln. Även om programvaran kan användas separat, kan den även samarbeta med programvara från tredje part, som Polyworks, Geomagic och Rapidform.
I PC-DMIS Reshaper skapas polygonmodeller otroligt snabbt. Nyckeln är de innovativa trianguleringsalgoritmerna som är utvecklade av PC-DMIS Reshaper. De ger en noggrannare triangulering utifrån färre punkter och därmed snabbare framställning av polygonmodeller – ofta tar det bara några sekunder.

PC-DMIS-RESHAPER

 
När en polygonmodell framställs kan den bearbetas på följande sätt:

• Förfinas med verktyg för hålfyllning, utjämning eller deformation.
• Segmentera sektioner av polygonmodellen.
• Jämföra polygonmodellen med en IGES-fil för kartliknande kontroll.
• Exportera polygonmodellen som en IGES-fil.
• Exportera polygonmodellen som en STL-fil för att snabbt skapa en prototyp.

Du förtjänar all noggrannhet som du kan få! Noggrannheten med en portabel mätarm är inte lika stor som med en fast CMM och en sådan ska övervägas. Om en ROMER PCMM (arm) inte uppfyller dina krav, finns det andra produkter från Hexagon att välja bland.

ROMER-armar har extra stor scanningskapacitet som förbättrar omvänd konstruktion. Scanningsalternativen omfattar:

Den externa laserscannern HP-L-20.8 - en kontakfri laserscanner med hög noggrannhet och kapacitet att skilja mellan många olika färger och ytbehandlingar. HP-L-20.8 har högre noggrannhet för applikationer med snäva toleranser.

Integrerad linjescanner RS2 är standard på SI-system från ROMER. RS2 inhämtar 50 000 punkter per sekund och kalibreras för armen på fabriken.


Den idealiska andelen för ROMER-armar är 1/3 till ½ av mätvolymens storlek. Detaljer som har en dålig siktlinje kan vara svåra att mäta med lasertrackers från Leica eller med vitt ljus (WLS) men de kan mätas med prober från ROMER. Scanningfunktionen är användbar för prismatiska och profilerade detaljer.

Vid mätning av en detalj som är större än armens mätvolym, krävs ofta en hoppfunktion. För att kunna hoppa måste armen kalibrera sig själv utifrån 3 godtyckliga punkter på detaljen som mäts. När armen flyttas runt detaljen, adderas de konstruktionsbetingade mätavvikelserna och därigenom minskar den övergripande noggrannheten. De patenterade LOK-funktionerna från ROMER, som GridLok och TooLOK, eliminerar de ackumulerade felen som förknippas med att förflytta armen.

Den ergonomiska konstruktionen hos ROMER-armarna är ytterligare en fördel. ROMER-armarna är utrustade med Zero-G-motvikter med låg profil och patenterade SpinGrips som gör att de ”svävar” i operatörens händer. Det minskar belastningen på armen och maximerar noggrannheten och repeterbarheten samtidigt som användningen underlättas.