Реверсивное проектирование сложных деталей: Крыльчатка водяного насоса

Введение в обратный инжиниринг

Реверсивный инжиниринг - это сложный процесс, который включает в себя измерение физического объекта или модели с использованием передовых технологий для воссоздания его CAD-модели. Этот метод оказывается неоценимым в случае неполных или недоступных чертежей, позволяя точно и быстро получить данные о поверхности или контурах образца с помощью инструментов трехмерного сканирования. Рабочий процесс включает в себя обработку точечных данных, создание поверхностей, воссоздание трехмерной твердотельной модели и, наконец, изготовление с помощью CAM-систем, обработки на станках с ЧПУ или быстрого прототипирования.

В промышленности реверсивный инжиниринг служит для различных целей:

• Проектирование новых деталейВ частности, для модификации или имитации продукта.
• Измерение и копирование существующих деталей для воссоздания первоначального замысла и воссоздания трехмерных цифровых моделей.
• Восстановление поврежденных или изношенных деталей для ремонта или повторного изготовления.
• Инспекция изделий, например, анализ деформаций, оценка качества сварки и сравнение обработанных изделий с их цифровыми моделями для анализа ошибок.

Реверсивный инжиниринг объединяет две основные технологии: оцифровку, при которой используются трехмерные сканеры для сбора данных о поверхности, и реконструкцию поверхности, при которой кривые и поверхности строятся на основе измеренных точек для создания полной трехмерной модели. Эта технология ускоряет разработку изделий, поддерживает быстрое создание прототипов и облегчает обработку пресс-форм благодаря универсальным форматам данных.

Измерение трехмерных данных рабочего колеса водяного насоса

Условия сбора данных

Достижения в области технологий зондирования, управления, обработки изображений и компьютерного зрения привели к появлению различных методов получения геометрии поверхности объекта. Оборудование, такое как трехмерные сканеры и координатно-измерительные машины (КИМ), производимое в таких странах, как Германия, Великобритания, Италия и США, обеспечивает необходимые аппаратные средства. Эти устройства делятся на две категории: контактные, использующие жесткие или мягкие датчики (например, КИМ), и бесконтактные, включающие в себя оптические методы, промышленную компьютерную томографию, ультразвук и магнитно-резонансную томографию. В реинжиниринге оптические измерения являются наиболее распространенным подходом, использующим принципы оптики и лазеров.

Преимущества оптических сканеров при сканировании поверхностей

Скорость и качество трехмерной выборки существенно влияют на эффективность реинжиниринга. КИМ - зрелая технология контактных измерений - обеспечивает низкий уровень шума, высокую точность (±0,5 мкм) и отличную повторяемость. Однако их ограничения включают низкую скорость измерений, низкую эффективность, трудности при измерении мягких объектов, а также необходимость компенсации повреждений и радиуса датчика, что приводит к высокоточный но с низкой плотностью данных.

В отличие от них, оптические сканеры, такие как мобильный оптический трехмерный сканер ATOS от немецкой компании GOM, превосходят по производительности. При скорости измерений более 43 000 точек в секунду, захвате одной фотографии до 400 000 точек, точности одной фотографии ±0,03 мм и общей точности менее 0,1 мм/м оптические сканеры превосходят КИМы при сканировании сложных поверхностей. В то время как КИМ измеряют ограниченное количество точек на сложных формах, что снижает общую точность, оптические сканеры позволяют получить исчерпывающие данные о поверхности. Дополнительные преимущества включают большой диапазон сканирования (до 8 м×8 м с системами камер высокого разрешения) и портативность, что делает их идеальными для таких приложений, как моделирование деталей автомобилей и мотоциклов.

Подготовка к сканированию крыльчатки водяного насоса

Точное сканирование крыльчатки водяного насоса требует тщательной подготовки. Она включает в себя нанесение опорных точек на поверхность крыльчатки, опрыскивание ее проявителем для улучшения видимости, а также калибровку сканирующего прибора и программного обеспечения для обеспечения точности.

Процесс сканирования рабочего колеса водяного насоса

Учитывая сложная геометрия рабочего колесаПоэтому одно сканирование не может передать всю его форму. Компонент размером примерно 370×85 мм разделен на верхнюю и нижнюю части для раздельного сканирования. С помощью оптического сканера ATOS (модель ATOS I 600 EU) выполняется сканирование под разными углами и в разных ориентациях. Программное обеспечение автоматически выравнивает каждый скан по общим опорным точкам, объединяя данные в полное трехмерное изображение крыльчатки.

Ниже приведена таблица с характеристиками сканера ATOS:

Обработка облаков точек и трехмерная реконструкция с помощью Imageware и UG NX

Обработка данных облака точек с помощью Imageware

Отсканированные данные облака точек импортируются в программное обеспечение Imageware, где на основе характеристик данных создаются вспомогательные опорные точки для выравнивания облака точек крыльчатки для выделения линий сечения. Необработанные данные часто содержат паразитные точки, что требует фильтрации и оптимизации для удаления лишних точек и уменьшения плотности, повышая тем самым эффективность обработки.

Выделение линий характеристик имеет решающее значение для реконструкции поверхности. Форма крыльчатки сегментируется на четырехугольные поверхности (например, плоскости, цилиндрические поверхности, сферические поверхности), которые соответствующим образом подгоняются. Плоскости определяются тремя точками или двумя пересекающимися прямыми, а цилиндрические поверхности - линиями сечения и векторами. Для поверхностей произвольной формы выделяются линии сечения, удаляются паразитные точки, а данные сглаживаются перед подгонкой кривых. В сложных областях, таких как внутренняя спиральная канавка рабочего колеса, спираль строится в UG NX путем проецирования окружности на облако точек, подгонки спиральной линии сечения и расчета шага 29,86 мм, усредненного по результатам нескольких измерений для обеспечения точности.

Построение модели поверхности с помощью UG NX

Обработанные кривые объектов из Imageware экспортируются в формат *.IMW и импортируются в UG NX, обеспечивая согласованность системы координат. Эти кривые анализируются, сглаживаются или редактируются по мере необходимости. Затем используются возможности UG NX по моделированию элементов и поверхностей для завершения трехмерной модели рабочего колеса. После реконструкции модель повторно импортируется в Imageware для оценки отклонений от исходного облака точек с помощью цветовой карты и проверки точности в пределах заданных диапазонов допусков.

Проверка продукции с помощью обратного инжиниринга

Метод проверки

Реверсивный инжиниринг повышает эффективность контроля изделий, особенно сложных деталей, где традиционные методы оказываются неэффективными. Обработанная деталь сканируется, и ее облако точек сравнивается с исходной трехмерной цифровой моделью в Imageware. Отклонения визуализируются с помощью цветовой карты, что позволяет точно оценить точность обработки.

Преимущества при серийном производстве

Эта технология выгодна как при единичном, так и при серийном производстве. Например, при массовом производстве таких изделий, как литые под давлением корпуса телефонов, реверсивный инжиниринг способствует быстрому выборочному контролю, обеспечивая контроль качества на всех этапах производства.

Заключение

Реверсивный инжиниринг сочетает в себе оптическое сканирование и передовое программное обеспечение, такое как Imageware и UG NX, для преобразования физических объектов в точные цифровые модели. Процесс зависит от точности построения кривых, при этом качество поверхности зависит от плавности линий характеристик. Позволяя копировать, модифицировать и внедрять инновации, обратный инжиниринг оптимизирует разработку продуктов, сокращает циклы и повышает успешность инноваций, что делает его незаменимым инструментом в современном производстве.

Услуги по обработке крыльчатки KeSu

Производственная команда KeSu CNC, состоящая из профессиональных инженеров и машинистов, применяет оптимизированное программирование и эффективные траектории инструментов для компании, производящей крыльчатки.

5-осевая непрерывная обработка крыльчатки с ЧПУ обеспечивает большую точность и гибкость при изготовлении сложных конструкций крыльчатки.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ