Menu Zamknij

Interesując się tematem skanowania 3D, skanerami i programami wspomagającymi proces digitalizacji, niemożliwym jest nie zetknięcie się z pojęciem inżynierii odwrotnej (ang. Reverse Engineering). Jest dziedziną nauki, która obejmuje obszar związany z digitalizacją obiektów rzeczywistych, tworzenia ich cyfrowych odpowiedników. Aby mówić o inżynierii odwrotnej należy pamiętać, że musi istnieć obiekt rzeczywisty, którego geometria zostanie przetworzona do rzeczywistości wirtualnej poprzez wykorzystanie skanerów 3D. Gama wysoce wyspecjalizowanych urządzeń jakimi są skanery jest obecnie bardzo szeroka i w zależności od celu w jakim jest wykorzystywane urządzenie, użytkownik ma możliwość wyboru urządzenia z odpowiednimi parametrami, będą one różne w zależności od skali w jakiej będzie on stosowany, branży, czy rodzaju materiału z jakiego zbudowany jest badany obiekt. Zakres działania inżynierii odwrotnej obejmuje zbieranie danych dotyczących geometrii obiektu fizycznego, ich odtwarzania w i przetwarzania do odpowiedniego formatu wymaganego przez oprogramowanie CADowskie.

Istnieją dwa aspekty stosowania inżynierii odwrotnej. Pierwszy sposób kojarzony najczęściej z tą dziedziną to digitalizacja obiektu fizycznego, który zamieniany jest na cyfrowy i możliwa jest jego modyfikacja, edytowanie. Taki obiekt można poddać analizie numerycznej, stosując metodę elementów skończonych. Zmodyfikowany model można wykonać z użyciem druku 3D czy obrabiarek CNC, nie jest on jednak w 100% odwzorowaniem pierwowzoru, obarczony jest błędami. Badanie tych błędów wiąże się z podobnym zebraniem informacji o geometrii wytworzonego obiektu jest to drugie zastosowanie inżynierii odwrotnej - analiza jakościowa, dzięki której dostajemy informacje odnośnie dokładności wykonania, dostarcza informacje zwrotne odnośnie wprowadzonych zmian i ewentualnej konieczności wprowadzenia kolejnych.

Stosowanie narzędzi inżynierii odwrotnej umożliwia:

  • Odtworzenie obiektu, bez posiadania dokumentacji technicznej/odtworzenie nieistniejącej dokumentacji technicznej.
  • Odtworzenie obiektów rzeczywistych o skomplikowanych kształtach.
    Przyspieszenie procesu modelowania/rekonstrukcji.
  • Możliwość analizy numerycznej przedmiotu, jego zachowania w zespole, w zależności od użytego materiału i warunków na jakie będzie narażony.
    Interpolacyjność części, które są wytwarzane w różnych lokalizacjach, a finalnie stanowią jeden obiekt.
  • Możliwość projektowanie form i matryc, które pasują do istniejących już elementów.
  • Metody pomiarowe stosowane w inżynierii odwrotnej były już opisywane w poprzednich publikacjach. Zalicza się do nich pomiary stykowe jak i bezstykowe.

Istnieją 3 podstawowe modele wykorzystywane w inżynierii wstecznej: powierzchniowy, parametryczny i hybrydowy. Model powierzchniowy umożliwia precyzyjne określenie powierzchni oraz szczegółowych parametrów obiektu. Wykorzystanie tego typu modelu pozwala na przeanalizowanie elementu pod względem ewentualnych wad, śladów obróbki itp. Kolejny model umożliwia matematyczne zdefiniowanie obiektu, na podstawie którego powstaje model CAD. Najważniejsze jest tutaj pozyskanie danych niezbędnych do edytowania i modyfikacji modelu. Sprawą drugorzędną są wady obiektu. Model hybrydowy jest połączeniem modelu powierzchniowego i parametrycznego.

Wadą inżynierii odwrotnej są niedoskonałości w odwzorowaniu geometrii fizycznego obiektu rzeczywistego. Nawet najlepsze urządzenia nie są w stanie w 100% odwzorować badanego elementu. Proces skanowania pogarsza jakość odwzorowania postaci powierzchni modelu. Duplikat musi być dodatkowo poprawiany i wzbogacany o nowe szczegóły. Chmura punktów uzyskana podczas zbierania danych zamieniana jest na siatkę trójkątów. Wykorzystując dostępne oprogramowanie można dowolnie modyfikować model.

Fizyczny model należy uprzednio przygotować, w zależności od powierzchni (połyskliwa, chropowata, matowa), rodzaju materiału (odkształcalny lub nie), dobierany jest odpowiednie urządzenie digitalizujące (skaner 3D, ramię pomiarowe czy portalowa maszyna współrzędnościowa). Przygotowanie powierzchni do skanowania opisano w artykule Trudności podczas skanowania.

Aby swobodnie poruszać się w tematyce inżynierii odwrotnej należy znać podstawowe pojęcia związane z tą dziedziną nauki:

  • Chmura punktów – zbiór punktów o współrzędnych X, Y, Z powstały podczas pomiaru skanerem 3D, ramieniem pomiarowym czy inną maszyna współrzędnościową. Chmury punktów mogą mieć charakter uporządkowany lub nie, można je zbierać oddzielnie i łączyć ze sobą. Zbiory punktów należy przefiltrować i usunąć szumy.
  • CAD (ang. Computer Aided Design) – projektowanie wspomagane komputerowo, wykorzystanie sprzętu i oprogramowania komputerowego do projektowania technicznego. Głównym zadaniem systemu CAD jest opracowanie dokumentacji projektu wykonanego w programie czy jego prezentacji.
  • CAM (ang. Computer Aided Manufacturing) – komputerowe wspomaganie wytwarzania. Zadaniem CAM jest integracja systemów projektowania i wytwarzania, generuje on G-code (na podstawie wykonanych modeli CAD), który po przesłaniu do maszyny obróbkowej pozwala na wykonanie projektu z półfabrykatu.
  • CAE (ang. Computer Aided Engineering) – pojęcie
    Siatka trójkątów – powstaje z chmury punktów. Punkty łączone są liniami w trójkąty, które łączą się ze sobą wierzchołkami powstaje model wieloboczny obrazujący geometrię obiektu i umożliwia dalsze modyfikacje.
  • IGES (ang. Initial Graphic Exchange Specification) – najbardziej rozpowszechniony format zapiu projektów, jego zaleta jest jego obsługa przez większość główne systemy CAD.
  • STEP (ang. ) – zawie te same informacje co IGES oraz kilka dodatkowych takie jak topologia, tolerancja czy właściwości materiału. Jest mniej rozpowszechniony niż IGES, jego nowszym standardem.

Źródła:

Kachel S., KozakIewicz A., Łącki T., Olejnik A., (2011), Zastosowanie inżynierii odwrotnej do procesu odtwarzania geometrii układu wlotowego silnika RD-33 w samolocie MiG-2, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa, s. 66-67.

Wyleżoł M., (2006), Inżynieria odwrotna w doskonaleniu konstrukcji , Modelowanie Inżynierskie, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Śląska, Gliwice, s. 485-486.

http://www.smarttech.pl/slowniczek-pojec-skanowania-3d/siatka-trojkatow-mesh/ [dostęp na dzień 13.05.2019]

autorem tekstu jest Monika Reszka

PROFISCAN - inżynieria odwrotna, skanowanie 3D, doradztwo