Перейти к основному содержанию

Реверсивный инжиниринг

Обратный инжиниринг — это процесс исследования физического изделия с целью получения конструкторской документации на изделие и его точной трехмерной модели. В основе метода обратного инжиниринга лежит 3D сканирование, которое позволяет получить 3D модель исследуемого изделия, внести в нее функциональные или косметические правки, а затем отправить на промышленное производство.

3D сканирование позволяет быстро получить максимально точную цифровую модель объекта с учетом всех размерностей без использования сложных измерительных инструментов. Полученные таким методом 3D модели обрабатываются для получения возможности редактирования и машинного анализа.

Это бесконтактная технология, которая в цифровом виде фиксирует форму физических объектов с использованием линий лазерного излучения и преобразует эти данные в так называемое «облако точек» данных о поверхности объекта.

Основные этапы метода обратного инжиниринга
Основные этапы метода обратного инжиниринга

3D сканеры измеряют как мелкие детали изделия, так и целые архитектурные сооружения. Результатом сканирования является получение точной компьютерной трехмерной модели сканируемого объекта для последующей 3D печати или обратного инжиниринга. Результатом работ является полигональная модель в формате .STL, для возможности редактирования которой применяется процесс параметризации.

Параметрическое моделирование существенно отличается от обычного двумерного черчения или трёхмерного моделирования. Конструктор в случае параметрического проектирования создаёт математическую модель объектов с параметрами, при изменении которых происходят изменения конфигурации детали, взаимные перемещения деталей в сборке и т. п.

Как работает 3D сканер

3D сканер и отсканированная им модель
3D сканер и отсканированная им модель

Принцип работы заключается в получении и сравнении изображения от двух камер. Подобно тому как человек способен определять расстояние до предметов при помощи своих глаз, 3D-сканер вычисляет расстояние до объекта. Обычно в дополнение к камерам используется подсветка (лазер или вспышка лампы), помогающая достигать высокой точности и надежности в измерениях.

Все данные об измерениях, а также снимки переходят в компьютер, данные и поверхность сканируемой детали запоминаются, анализируются и выводятся на экран в виде трехмерного изображения. С помощью компьютера можно управлять процессом сканирования, выбирать разрешение и необходимые области для уточнения детализации, сохранять и изменять полученные с помощью трехмерного лазерного сканера данные.

Технологии 3D-сканирования

Существуют две основные технологии 3D сканирования: лазерная и оптическая.

  • Оптическая технология

3D-сканирование осуществляется с помощью подсветки объекта специальной вспышкой (схожей со вспышкой фотоаппарата). На объект проецируются линии, образующие уникальный узор. Информация о форме поверхности объекта содержится в искажениях формы проецируемого изображения.

Инжиниринговый центр использует в основном оптические сканеры для выполнения работ.

  • Лазерная технология

Используется лазер II класса безопасный для зрения. Чтобы 3D-сканер с лазерной подсветкой имел привязку к объекту сканирования, нередко используются специальные светоотражающие метки, закрепляющиеся рядом с объектом сканирования или непосредственно на нем в определенных точках.

 

Ограничения в сканируемых объектах

Технологии 3D-сканированияЛазерные 3D-сканеры по большей части не применимы для сканирования подвижных объектов, так как сканирование занимает достаточно продолжительное время. Следовательно, их использование затруднительно в случае, если объектом является человек. К тому же существует необходимость нанесения специальных светоотражающих меток. Преимущество использования данной технологии состоит в высокой точности получаемой 3D-модели и большом радиусе действия.

Оптические 3D-сканеры сталкиваются с трудностями при сканировании блестящих, зеркальных или прозрачных поверхностей. Преимуществами таких устройств является большая скорость сканирования, что устраняет проблему искажения получаемой модели при движении объекта, и отсутствие необходимости нанесения отражающих меток. Это дает возможность сканировать человека и животных.

Так же 3D-сканеры разделяются на стационарные и мобильные. Стационарные сканеры обладают большей точностью сканирования, но меньшим размером сканируемого объекта.

В Инжиниринговом центре Технопарка «Университетский» для 3D сканирования применяются следующие сканеры:

 

Creaform Go!SCAN 50

Тип: мобильный

Точность: 0,1мм

Размер сканируемого объекта: 0,3-3 м

Creaform Go!SCAN 50

Solutionix Rexcan 4 (5,0 MP)

Тип: стационарный.

Точность: от 0,03 до 0,350 мм

Зона сканирования: 100-1330 мм

Solutionix Rexcan 4

FARO Freestyle 3D

Тип: мобильный.

Точность: до 0,2-1 мм

Рабочее расстояние: 0,5-3 м

FARO Freestyle 3D

FARO Focus S 350

Тип: мобильный.

Точность: до 1 мм

Рабочий диапазон: 0,6–350 м

FARO Focus S 350

 

 

Параметризация

Параметрическое моделирование (параметризация) - моделирование (проектирование) с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметризация позволяет за короткое время «проиграть» (с помощью изменения параметров или геометрических соотношений) различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок.

Преобразование скана в CAD модель осуществляется с помощью ПО Geomagic Design X.

Geomagic Design X - программное обеспечение для перевода данных 3D-сканирования в САПР, обратного инжиниринга и создания редактируемых параметрических моделей.

Это единственное в своем роде ПО с автоматическим или пошаговым созданием параметрической модели, невероятно точным совмещением поверхностей 3D-сканов органических объектов, возможностью редактирования полигональных сеток и обработки облака точек.

Отсканированная и параметризованная модель.
Отсканированная и параметризованная модель.

 

Выпуск конструкторской документации

Конструкторская документация (КД) - графические и текстовые документы, которые, в совокупности или в отдельности, определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки, изготовления, контроля, эксплуатации, ремонта и утилизации.

Разработка конструкторской документации — комплексная задача, включающая большое количество подробных деталей о продукте, в том числе информация о материале, из которого изготовлена продукция и его свойствах. Данная информация уточняется по средствам проведения анализа материалов.

Анализ материалов (хим. анализ, спектрограмма)

Проводится анализ материалов для максимально точного определения их состава. Зная эти данные, можно рассчитать оказываемые на них максимально возможные нагрузки, без чего невозможно определить требования к условиям эксплуатации и выяснить, по какой причине произошло снижение прочности материалов.

Химический анализ — это совокупность методов определения химического состава вещества или материала, основанных на использовании химических реакций.

Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др.

По результатам обратного инжиниринга разрабатывается и выпускается необходимая конструкторская документация на сканируемое изделие в соответствии с ЕСКД ГОСТ 2.102-2013

 

ЕСКД

Единая система конструкторской документации (ЕСКД) — комплекс государственных стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила, требования и нормы по разработке, оформлению и обращению конструкторской документации, разрабатываемой и применяемой на всех стадиях жизненного цикла изделия (при проектировании, разработке, изготовлении, контроле, приёмке, эксплуатации, ремонте, утилизации).

Основное назначение стандартов ЕСКД состоит в установлении единых оптимальных правил, требований и норм выполнения, оформления и обращения конструкторской документации.

 

Контроль геометрии

Контроль геометрии это анализ отклонений геометрии сканируемого изделия от эталонной 3D модели, которой может быть либо CAD-модель, либо скан эталонного образца. В процессе анализа сканируемая модель накладывается на 3D скан эталонной модели, в процессе чего определяются такие параметры как: отклонения по всей поверхности, отклонения размеров в 3D и 2D сечениях, погрешности формы и расположения.

Сравнение эталонной модели и данных сканирования
Сравнение эталонной модели и данных сканирования

 

По результату сканирования составляется отчет, в котором указываются все параметры модели и отклонения от эталона. Контроль геометрии проводится в программе Geomagic Control X.

Форматы файлов

Для осуществления контроля геометрических параметров используются форматы: .x_t (parasolid), .STEP, .STL.

 

Geomagic Control X

Программное обеспечение для проведения качественных 3D-измерений и инспекционного анализа, которое позволяет создавать редактируемые параметрические модели, совместимые с другими САПР.

Geomagic Control X — лучшее отраслевое решение для контроля измерений, проверки качества, автоматизации измерительных процессов. Позволяет производителям экономить время кардинально повышать точность получаемых данных, благодаря использованию в работе контактных измерений и 3D-сканирования. Это единственное в своем роде ПО с автоматическим или пошаговым созданием параметрической модели, невероятно точным совмещением поверхностей 3D-сканов органических объектов, возможностью редактирования полигональных сеток и обработки облака точек.

Сканируемый объект в программе Geomagic Control X
Сканируемый объект в программе Geomagic Control X

Расширенные функции назначения геометрических фигур и допусков (GD&T), контактных измерений и размерного контроля делают возможным быстрое и точное измерение деталей. Также Geomagic Control содержит функцию интеллектуального создания отчетов в формате 3D PDF.

Платформа автоматизации Geomagic Control X предлагает возможности для усовершенствования практически любого производственного процесса, сокращения необходимости вмешательства человека в измерения и записи результатов, сокращения времени измерений, а также значительного улучшения показателей повторяемости и воспроизводимости. Пользователи Geomagic получают возможность существенно уменьшить время простоя производственных линий, повысить точность и качество деталей во время и после производства.