3D-сканирование для реверс-инжиниринга и оптимизации производственных процессов

В этом обзоре мы поговорим о реверсивном проектировании, соображениях при выборе 3D-оборудования для него и соответствующих тематических исследованиях.

Читайте дальше, чтобы узнать больше.

Что такое реверс-инжиниринг или обратное проектирование изделий

Реверс-инжиниринг, он же обратный инжиниринг или обратное проектирование – процесс создания проекта деталей или изделий, для которых нет чертежей или документации. Создав с помощью 3D-сканирования цифровую модель CAD, эти детали можно изменить и оптимизировать, чтобы продлить их срок службы или добавить новые функции. Этот метод используется во многих отраслях промышленности, включая производство военной техники или космических аппаратов.

В производстве обратный инжиниринг позволяет производить или воспроизводить физические объекты, используя в качестве ориентира сам физический объект. Этот процесс возможен только при использовании точного 3D-сканера для сбора данных с поверхности объекта. Эти данные определяют геометрическую идентичность объекта, содержащую спецификации, которые создают модель для производства объекта. 3D-сканирование позволяет разработчикам, производителям и инженерам создавать точные цифровые двойники физических деталей. Хотя эта возможность делает обратный инжиниринг быстрее и проще, не всякое решение для 3D-сканирования идеально подходит для каждого проекта обратного инжиниринга. 

Точные 3D-сканеры обеспечивают возможность обратного проектирования, позволяя инженерам использовать точные данные 3D-измерений для воспроизведения объектов в том виде, в котором они были изготовлены. С помощью данных высокого разрешения и интеллектуального метрологического программного обеспечения производители могут продвинуть свои проекты по обратному инжинирингу на шаг вперед, используя полученные данные сканирования для моделирования и оценки модификаций и улучшений объекта до его физического производства. 

Благодаря быстро развивающейся индустрии 3D-сканирования, вариантов сканера для обратного проектирования стало больше, чем когда-либо. Тем не менее бывает сложно определить, какой 3D-сканер лучше всего подходит для вашего проекта реверс-инжиниринга. Например, ручные 3D-сканеры стали популярным выбором благодаря своей доступности и компактности. Однако в зависимости от определенных характеристик вашего проекта, возможно, лучше выбрать другое решение для 3D-сканирования. 

Мы составили список всего, что вам нужно знать о точных 3D-сканерах, которые поддерживают быстрый и эффективный реинжиниринг для производства. 

Обратное проектирование: качественные данные, качественные продукты

Цель обратного проектирования — воссоздать физическую деталь или объект без использования цифрового файла или модели автоматизированного проектирования (CAD). Вместо этого используется точный 3D-сканер для сбора данных с поверхности физической детали, в результате чего создается STL-файл(или в другой форме), который становится цифровым двойником детали. С помощью этих данных деталь можно воспроизвести, улучшить или сохранить в архиве. 

Лучшим 3D-сканером для обратного проектирования обычно является бесконтактное 3D-сканирование в синем свете благодаря его скорости, точности и простоте использования.

Для производства любой детали или изделия требуется модель, но при обратном проектировании изделия модель создается на основе объекта. Чтобы процесс обратного проектирования был успешным, данные, составляющие модель, должны быть точными и высокого разрешения.

Качественные данные очень важны для реинжиниринга, так как ими вы будете руководствоваться при воссоздании детали или объекта. Зашумленные или некачественные данные могут замедлить процесс реинжиниринга по причине невозможности создать модель со сложными геометрическими формами. В итоге вы потратите лишнее время на повторное сканирование деталей в надежде собрать достаточное количество данных для продолжения процесса реинжиниринга.

Чтобы убедиться, что у вас лучший 3D-сканер для реверс-инжиниринга, подумайте, для чего именно вы будете его использовать.

Автоматическая система 3D-сканирования

Автоматические 3D-сканеры являются идеальным метрологическим решением для производственного цеха, поскольку сканирующее устройство прикреплено к механическому манипулятору, который медленно и неуклонно собирает точные данные 3D-измерений с поверхности объекта. Автоматические 3D-сканеры помогают ускорить процессы трехмерных измерений и способствуют ускорению выполнения повторяющихся измерений. 

Хотя ручные 3D-сканеры являются точными решениями, они могут влиять на эффективность на производстве небольших деталей. Автоматические 3D-сканеры собирают данные быстро и надежно, что делает их идеальным выбором для 3D-сканирования в целях реинжиниринга на производстве. 

RobotScan E0505 автоматическая система 3D-сканирования: эффективное решение контроля качества изделий в серийном производстве

При массовом производстве деталей традиционный метод проверки подразумевает использование координатно-измерительной машины (КИМ). Выборочная проверка партии изделий проводится с низкой эффективностью. Сложность заключается в выполнении комплекса работ: измерение плоскостности, отверстий, их глубины и расстояния между ними, точек расположения, геометрические размеры детали и прочее.

К тому же требуется чрезвычайно высокая воспроизводимость. В поисках методики проверки объемной партии изделий при выполнении требования к высокой точности измерений инженеры Shining 3D разработали автоматическую систему 3D-сканирования RobotScan E0505.

В роботизированной системе автоматического 3D-контроля совмещены две технологии: высокоточное промышленное 3D-сканирование синего света и уникальная интеллектуальная технология контроля. Весь процесс сканирования завершается «одним щелчком мыши», что значительно повышает эффективность контроля.

Принцип работы интеллектуального комплекса:

1. Сканирования эталонной детали и получение набора ключевых параметров.
2. Импорт ключевых параметров в программу «Geomagic Control X», создающей шаблон данных контроля.
3. Пакетная проверка контроля качества выборочной партии изделий и автоматическое формирование в программе отчета об ошибках. Отчет допускается импортировать в стороннее ПО.

Такой алгоритм позволяет оптимизировать производственный процесс, ускорить работу по контролю в среднем в 10 раз.

Ознакомиться с практическим применением системы RobotScan E0505 предлагается в обзоре «RobotScan E0505 позволяет автоматически проверять партии автозапчастей». Компания использовала автоматическую систему 3D-сканирования для выполнения автоматической пакетной проверки крышек охладителей двигателя автомобиля.

Особенности и преимущества RobotScan E0505

Комплекс создан специально для автоматического проведения контроля качества. Аппарат дает возможность осуществления полноразмерной инспекции и массового автоматизированного контроля.

Преимущества:

• высокая эффективность;
• высокая точность;
• экономия рабочей силы;
• оптимизация производственного процесса.

Применение автоматической системы 3D-сканирования RobotScan E0505 обуславливает улучшение и оптимизацию производственного процесса на базе сформированного отчета. Следовательно, качество продукции значительно повышается.

Свойства:

• возможность проведения полноразмерной проверки за счет получения полных данных облака точек;
• доступность массового автоматического контроля после программирования всего одной
• высококачественные детали;
• высокая скорость измерений и расширенная область применения — разовое измерение выполняется за 0,3 сек., допускается обрабатывать темные и блестящие модели без дополнительной обработки поверхности матирующим порошком;
• применение технологии 3D-сканирования структурированным синим светом позволяет исключить бликование поверхности металла;
• гарантия безопасности эксплуатации — система оснащена оптимальным роботом с чрезвычайно высокой защитой;
• компактность — система занимает небольшую площадь.

Для организации на производственной площадке массового контроля система 3D-сканирования RobotScan E0505 подходит идеально. Учитывая возможность импорта созданного в программе «Geomagic Control X» отчета в сторонние приложения, есть возможность наладить коммуникацию между специалистами.

Внедрение лучшего решения для 3D-сканирования позволяет производителям и инженерам экономить на рабочей силе и производственных затратах, поскольку для выпуска качественного продукта требуется меньше итераций. Поскольку меньше сотрудников выполняют повторяющиеся задачи, они могут уделять больше времени другим частям своего рабочего процесса.

Использование ручного 3D-сканера на производстве

3D-сканеры с синим светом являются самым популярным выбором на производстве, поскольку они собирают данные 3D-измерений с чрезвычайно высоким разрешением. Благодаря миллионам точных точек данных, получаемых при каждом быстром сканировании, производители получают данные со всей поверхности за считанные минуты. 

По сравнению с роботом, ручной 3д сканер имеет превосходство в удобстве и гибкости, что помогает в сканировании большого объекта в производственном цехе.

Для реверс-инжиниринга точные данные могут быть получены как с помощью 3D-сканера с синим светом, так и с помощью ручного сканирующего устройства. Важно выбрать лучший 3D-сканер для ваших конкретных нужд.

EinScan HX: ручной 3D-сканер для решения задач промышленного уровня

SHINING 3D предлагает портативный 3D сканер EinScan HX с гибридным источником света: синие светодиоды и голубой лазер. Такая технология позволила добиться исключительно высокой точности сканирования.

Несмотря на легкость и компактность размеров устройство обладает возможностями промышленных образцов. С помощью 3D-сканера EinScan HX получают цифровые трехмерные копии крупногабаритных объектов, от деталей автомобиля до конструктивных элементов воздушного судна, от предметов мебели до архитектурных объектов.

Не вызывает сложностей процесс оцифровки глубоко темных и блестящих поверхностей. Подобными свойствами обладают устройства из линейки дорогостоящих устройств для 3D-сканирования.

Характеристики EinScan HX, позволяющие использовать 3D-сканер для промышленных целей:

• простота и удобство использования —plug and play устройство с удобным программным обеспечением
• возможность оцифровки большинства объектов для обратного проектирования, CAD / CAM, 3D-печати и пр.;
• высокая скорость сканирования;
• выполнение бесшовного сканирования.

Высокое разрешение и точность полностью удовлетворяют потребности поставленных промышленных задач, в том числе для целей реверс-инжиниринга, измерений и контроля качества.

Оптимизация рабочего процесса обратного проектирования

Этапы обратного проектирования

1. Подготовьте объект к сканированию, при необходимости нанесите маркеры. Обратите внимание, что глянцевые поверхности затрудняют работу 3D-сканеров, а отражающие или прозрачные практически невозможно отсканировать без матового покрытия, поэтому нанесите на объект временный матовый порошок, чтобы повысить точность сканирования.
2. Используйте 3D-сканер для захвата важных участков детали. Вам может понадобиться несколько раз сориентировать и пересканировать объект, если в нем есть отверстия или глубокие пазы.
3. Настройте и оптимизируйте полученную полигональную сетку. Некоторые сканеры создают очень большие файлы, что затрудняет постобработку и печать объекта. Удалите артефакты, проверьте сшивку поверхности.
4. Импортируйте сетку в программное обеспечение CAD, оснащенное инструментами обратного проектирования.
5. Преобразуйте многоугольники в твердые тела. 
6. При необходимости добавьте новые объекты в полученную 3D-модель или удалите ненужные.
7. Используйте 3D-принтеры или станки с ЧПУ для изготовления новой детали в соответствии с созданной моделью.

При выборе 3D-сканера для реверс-инжиниринга важно учитывать размер вашего проекта. Некоторые методы 3D-сканирования более эффективны для сбора данных с крупных объектов, в то время как для небольших объектов достаточно ручного сканера.

Например, представьте себе размер небольшого реактивного самолета, а теперь представьте, что вы сканируете его вручную. Более эффективным способом получения цифрового двойника объекта размером с самолет является сочетание технологии 3D-сканирования и фотограмметрии DigiMetric. 

DigiMetric: оптическая трехмерная координатно-измерительная машина нового поколения

Фотограмметрическая система DigiMetric — это принципиально новый подход к быстрому измерению крупногабаритных объектов. Оборудование представляет собой координатно-измерительную машину нового поколения — оптическая трехмерная КИМ. Области применения DigiMetric практически безграничны: предприятия тяжелого машиностроения, автоконцерны, компании энергетической отрасли и прочих индустриальных секторов. О том, как сканировать большие объекты с высокой точностью, рассказывается в обзоре «FreeScan UE и фотограмметрия: как цифровые решения помогают в 3D-инспекции больших деталей».

Методика измерения, предусмотренная фотограмметрической системой позиционирования или ближней фотограмметрической системой DigiMetric, заключается в получении трехмерных координат опорной точки по принципу визуального 3D-расчета. На поверхности объекта расставляются маркеры, трехмерные значения координат которых и рассчитываются DigiMetric.

Особенности:

• область захвата до 5 метров;
• высокая скорость сканирования и обработки данных;
• бесконтактное измерение;
• простота управления;
• выполнение измерений как в помещении, так и на открытых площадках;
• портативность и небольшой вес — систему способен перенести один человек.

Некоторые задачи невозможно решить традиционными методами, и тогда фотограмметрия становится идеальным способом. К тому же в разы сокращается время на выполнение сбора данных и проведение их анализа. Система DigiMetric преобразует снятые с нескольких позиций изображения объекта в облако точек, формируя трехмерное тело.

Благодаря применению цифровых откалиброванных масштабных линеек размеры объекта определяются с высокой точностью. Это важный параметр для контроля качества. О том, как цифровые решения помогают в 3D-инспекции больших деталей, рассказано в статье «FreeScan UE и фотограмметрия: как цифровые решения помогают в 3D-инспекции больших деталей».

Ручным 3D-сканером управляет не механический манипулятор, который перемещается над объектом для сбора точек данных, а человек. Человек, использующий сканер, стоит на расстоянии от объекта и сканирует его с одинакового расстояния по всему периметру.

Ручные 3D-сканеры точно собирают данные от очень маленьких до очень больших объектов, но требуют гораздо больше времени для полного сканирования крупного предмета. Вполне естественно, что руки человека устают через определенное время, поэтому для крупных проектов по реверс-инжинирингу необходимо использовать другое решение в области 3D-метрологии.

При обратном проектировании наличие точных и четких данных обеспечивает лучшее видение объекта. При идеальном качестве данных легче проводить инспекцию и анализ цифрового двойника объекта для производства и изготовления.

Если собранные вами данные зашумлены, процесс затянется из-за выполнения многочисленных повторяющихся операций. Если вам нужно сосредоточиться на скорости, автоматические 3D-сканеры ускорят процесс сбора данных, одновременно устраняя человеческий фактор. Однако для небольших объектов подходящим вариантом будет точный ручной 3D-сканер.

Примеры использования

Применение EinScan Pro HD для реинжиниринга

Занимающаяся проектированием, прототипированием и 3D-дизайном тайваньская компания Kiden Design решила задачу замены трубы по требованию заказчика. Деталь была оцифрована при помощи 3D-сканера EinScan Pro HD. Программное обеспечение позволяет переносить трехмерную модель в любое приложение для обработки. Специалисты компании выбрали для обратного проектирования приложение NX.

Две части трубы были отсканированы по отдельности и соединены в программе обработки сканов. Затем в этой же программе сформирован файл для 3D-печати. На 3D-принтере напечатана новая оптимизированная труба. Более подробнее читайте https://www.shining3d.ru/blog/einscanner-of-the-week-3d-scanning-for-reverse-engineering/

Ремонт солнцезащитных очков с помощью сканера EinScan-SP и программы Solid Edge

Если сломался какой-либо элемент оправы очков, приходится приобретать новые. Но если очки очень дорогие, или такая модель уже снята с производства, можно напечатать на 3D-принтере только получившую повреждения деталь.

Для этого сломанный элемент оцифровывается 3D-сканером EinScan-SP, а полученное трехмерное изображение импортируется в приложение Solid Edge. Программными средствами восстанавливается целостность элемента и создается файл для 3D-печати. Теперь осталось только распечатать новый элемент дужки очков на 3D-принтере. Более подробнее читайте https://www.shining3d.ru/blog/how-to-bring-back-a-smile-rebuild-the-sunglasses-by-doing-reverse-engineering-through-einscan-sp-solid-edge/.

Использование 3D-сканирования и обратного проектирования для создания тележки для динамика

Была поставлена задача создать тележку для удобства перемещения тяжелого динамика и воссоздать утерянную ручку от колонки — одну из трех. Воссоздать элемент оказалось просто. С помощью 3D-сканера EinScan-SP получена цифровая копия ручки. Изображение откорректировано в приложении Meshmixer, получен STL-файл и отправлен на печать на FDM-принтер.

Для создания тележки область контакта динамика с тележкой была оцифрована 3D-сканером EinScan Pro 2X PLUS» с программным обеспечением EXSCAN PRO для захвата критических участков поверхности. Полученный скан отправлен в программу Autodesk Fusion 360 для создания трехмерной модели тележки. Осталось напечатать готовый трехмерный цифровой объект на 3D-принтере и добавить необходимые элементы, такие как колеса и пр. Более подробно о кейсе читайте – https://www.shining3d.ru/blog/using-3d-scanning-and-reverse-engineering-to-build-a-cart-for-a-speaker/.

EinScan HX и Verisurf: платформа для контроля качества и обратного проектирования

Инженеры предлагают уникальное решение для проектирования и инспекции. В качестве инструмента для получения цифровой трехмерной копии образца выбран гибридный 3D-сканер EinScan HX. Это исключительно точное и надежное оборудование, помогающее сканировать детали сложной формы, обладающие особыми характеристиками поверхности: темные, блестящие, с мелкими деталями.

Для обработки сканов, формирования данных для анализа, проведения расчетов и сравнения было выбрано программное обеспечение, разработанное партнерами компании Shining3D. Это инновационный программный продукт Verisurf.

Благодаря тандему высокотехнологичного сканера EinScan HX и трехмерной измерительной платформы для производственного контроля, производства инструментов и обратного проектирования удалось предложить потребителям мощный комплекс для выполнения различных производственных задач. Более подробно о кейсе читайте – https://www.shining3d.ru/news/einscan-hx-verisurf-platform-for-quality-control-and-reverse-engineering/

С каждым днем все больше и больше компаний и организаций переходят на использование профессиональных 3D-сканеров для проектов, связанных с реверс-инжинирингом. Хотя для этой цели существует множество других инструментов, 3D-сканирование зарекомендовало себя как эффективное решение, объединяющее в себе точность, высокую скорость, простоту использования и доступную цену.

Для реверс-инжиниринга любого объекта — будь то снятые с производства компоненты, которые требуют точности вплоть до десятых долей миллиметра, автомобили, фургоны или даже целые ангары для самолетов, — существуют 3D-сканеры, способные выполнить задачу быстро, просто и не выходя за рамки бюджета.