3D szkennelés gazdasági lehetőségei avagy hogyan lesz
a kézi munka digitális 3D 2011.04.13.
Előadó: Gnädig András
Így készülnek az első 1:1-es autómodellek
Nincs 3D CAD adat, de szükséges
Kézzel készített termék
CAE a mostani gyártmányról Régi gyártmány digitalizálása
Versenytárs vizsgálat
Meglévő termék kiegészítők Szerszám sokszorosítás
3D szkennelés elve és gyakoralata
3D szkennelés – 2D alapokon
Optikai vetítés
Leképezhető terület a valóságban
Lézervonal leképezése
Amikor egy síkból nézzük a lézervonalat
Kamera látószöge
Térbeli lézervonal leképezése
Térbeli lézervonal leképezése a 2D síkon
A folyamatos felület keletkezése
Számított 3D adatok
A 2D adatokból a 3D koordináták számításának elve Az előző ábrákból belátható, hogy a szöghelyzetek és a pixelek pozíciója között szoros kapcsolat van.
Miután a kamera fókusztávolsága ismert a CCD segítségével rögzített kép vizsgálatával meghatározható a lézerfény egy területi egységre jutó képelemének szöge.
A lézersugár vetítési szöge is ismert - mi állítjuk be.
Ismerve a kamera és a lézer egymáshoz viszonyított helyzetét kiszámítható a 2D vetületi lézerpont által a térben maghatározott pont X,Y,Z koordinátája – egyszerű trigonometriai összefüggések segítségével.
Adatgyűjtés pont lézerrel – I.
Adatgyűjtés pont lézerrel – II.
3D szkennerek
Varinet Zrt által alkalmazott 3D szkenner
ScanTech TwoCam szkenner Tulajdonságok: -bármilyen mozgató mechanikára elszerelhető (CNC marógép, Koordinátamérőgép) - Állandó Z irányú pontosság - Szkennelési terület bármekkora lehet
A szkenner egy cnc marógépre felszerelve, a mérni kívánt tárgy fölött ide-oda mozogva (területet végig pásztázva), a lézer fény hullámhosszát felhasználva számítja ki a Z irányú mélységi adatokat. X,Y koordinátát a CNC „marógép” mozgatásához használt motorok encoder jeladóinak adataiból határozza meg. A mérés pontosságát a szkennelési tartománytól függ: Tartomán y
Elsö fél tartomány
Második fél tartomány
Legkisebb érzékelt részlett
100mm
±0.02
±0.05
0.05
200mm
±0.05
±0.10
0.10
400mm
±0.10
±0.20
0.20
White-light eljárás (ismert rács vetítés)
Lézer vonal vetítéses eljárás
Miket lehet szkennelni? A kicsitől
Az egészen nagyig
Miket lehet szkennelni?
Részleteket, szőrt, hajat és különböző szétszórt és más diffuse médiákat Fekete, fényes és a különleges felületeket előkészítés nélkül
Prototipusokat, mérnoki tárgyakat
Medical
Régészeti és kulturális emlékeket
De akár művészeti alkotásokat is
Szkennelési adatok feldolgozása „=„ Reverse Engineering
3D Szkennelési folyamat Rapidform-mal Érintő módszer
Reverse Engineering
Digitalizélt Adatok Pontok koordinátái (x, y, z)
Újra tervezés & Modellezés Mode llezés Tovább a CAD (PTC) rendszerbe Paraméterekkel & Modellezási történettel liveTransfer rapidform
liveScan rapidform-mal Minőség Ellenőrzés
Érintés nélküli eljárások
CAD (PTC)
Accurate. Repeatable, Automatic Macroless systematic inspection
RapidformXO2 Termékek • • • • •
Scan to Mesh & Hybrid Surface Modeling Automatic Scan data Processing and Optimization Sculpting Polygonal Mesh Data Quick /Qualified Hybrid Surface modeling liveScan ™ Mesh Build Up Wizard ™, Hybrid (Auto/interactive) Surfacing. Accuracy Analyzer ™ • • •
From 3D scan data (mesh) to CAD Polygon modeling & optimization including CAE meshing Parametric & Hybrid Surface/ Solid modeling
•
liveScan ™ Mesh Build Up Wizard ™ Hybrid (Auto/interactive) Surfacing.
Align Wizard™ Redesign Assistance ™ Acuracy Analyzer™ CAD Correct™
• • •
Scenario Based Systematic Inspection Processor Point cloud optimization features Full coverage of all kinds of industrial inspection targets
•
liveScan™ liveInspect ™ BladeInspect , Gap & Flush
Rapidform XOR Parametrikus CAD Modell 3D-s szkennelt adatokból™
Legfontosabb Legfontosa bb ipari felhasználása a ComputerAidedReverseEngineering Nincs CAD, de szükséges lenne
Felület kompenzáció a tervezett és a legyártott között
Iparban felmerülő kérdések •
Kézi megmunkálás történik a szerszám összeszerelés során.
•
Meghatározható alak különbség az eredeti CAD és az elkészült szerszám között
•
Nehéz sokszorosítani az első (jól működő) szerszámot ha nincs megfelelő CAD adat az aktuális termékről
•
Minden gyártóüzemnek megvan a saját gyártási folyamata.
Mi a leghatékonyabb útja a valós alkatrész és a CAD felületek összeillesztésére ?
Problémák Probl émák meghatározása és a megoldás Probl Problémák émák felvetése •
Szerszám sokszorosítás jelentősége növekszik globális piacon.
•
A kézi megmunkálási eljárások nem „visszavezethetőek”.
•
Szerszámkészítési idő 30% manuális összeillesztés.
Lehetséges nyereségek egy innovatív eljárással •
Összeillesztési idők (és költségek) csökkentése
•
Szerszámkészítési folyamat standardizációja és automatizálása
•
Minőség emelése és kiegyenlítése a különböző regionális gyáregységek között
3D szkennelésen szkennelésen alapuló CARE megoldás! megoldás!
©1998-2008 INUS Technology, Inc. and Rapidform, Inc. All rights reserved.
XOR’s megoldás – CAD Correct™ 1. Egy gomb CAD Korrekció •
Ebben az esetben kicsi az eltérés a CAD modell és a szkennelt adat között.
•
CAD-to-Scan Refit technology
•
Teljesen automatikus folyamat
2. Helyi módosítás (Redesign) a CAD Korrekcióért •
Ebben az esetben hibás tervezési alak a CAD modellen a szkennelthez képest.
•
A hiányzó / hibás alakzat egyszerű és pontos modellezése közvetlenül CAD modellhez.
•
Automatikus CAD alakfelismerés a 3D szkennelés alapján.
Eredeti felület paraméterek megtartása. Felületi folytonosság garantálásával.
Sebességi előnyök K: Mennyivel gyorsabb? 20% vagy 30%? V: átlagosan 700%, de sokszor akár 2,000%
Modeling time in min.
30
XOR
200
CATIA
380
Pro/E
Scan data
Remodeled CAD
180
UGNX
0
50
100
150
200
250
300
350
400
XOR
Pro/Engineer
CATIA V5
Imageware + UG
Metszősíkok+ Intelligens sajátosság alapú modellezés
Polyworks
Geomagic
STL tisztítás + Mesh fit dumb NURBS modeling
Eltérések összehasonlítása Avg :0.0038mm
Avg :0.0047mm
Avg :0.011mm
Avg :0.0267mm
Avg :0.0023mm
Avg :0.0130mm
Std Dev : 0.0930mm
Std Dev : 0.1066mm
Std Dev : 0.2049mm
Std Dev : 0.1068mm
Std Dev : 0.0430mm
Std Dev : 0.0930mm
In Tol(±0.1) : 91.0%
In Tol(±0.1) : 77.7%
In Tol(±0.1) : 54.6%
In Tol(±0.1) : 88.6%
In Tol(±0.1) : 97.7%
In Tol(±0.1) : 96.0%
Modellezésre fordított idő 20 min
480 min
200 min
125 min
180 min
45 min
Modellezési idő percben •
600
ProE
500
480
400
300
Poly
200
100
XOR
0 0
5
Megjegyzés: az eredmény nem jelenti, hogy a UG a leggyorsabb és/vagy a ProE-ben a legkisebb az eltérés. – 5 bérelt modellezési specialista tesztelte az 5 különböző rendszert – Nincs nagy különbség az eljárás és a sajátosságok között a programokban (ProE, CATIA CATIA és UG) it shows you should work twice 200 UG • Instead, longer time in order to reduce the deviation by half for the “Cross Section + Feature 125 Geo Modeling” approach • Dumb NURBS modeling – Geo/Poly – One of advantages of mesh-fit dumb 10 15 20 25 30 NURBS modeling is to minimize the Átlagos eltérés micronban deviation (recover as-built geometry). However, XOR feature modeling can achieve mesh-fit dumb NURBS modeling deviation level. – Please don’t forget XOR also supports mesh-fit dumb NURBS modeling methods. XOR-ben lehetőség van kihasználni különböző eljárások előnyeit – “cross section + feature modeling” és “mesh fit, egyszrű NURBS”
• Gyors modellezési eredmény • Ideális modellezési környezet • Elérhető minimális eltérés
Varinex „történetei” 1. epizód Mindig egy képekkel kezdődik:
Valeo generator fedél 8 különböző nézetből beszkenneltük 1,5millió háromszög nézetenként
Nézetek egyesítése után ujra modelleztük az alkatrészt
Modellezés eredménye
Tovább modellezve
Az agyonhasznált szerszám Képek után megjelent egy FORD Transit-ban raklapra pántolva.
Company Confidental
3D Szkennelés adatokban Álló és mozgó szerszám fél: • 7-7db szkennelési irány • 27-29 millió mérési pont (egy-egy irány 4-5 millió pont) • Összerendezés és egységesítés után 5millió háromszög/oldal
3D Szkennelés adatokban Csuszka-5: • 7 db szkennelési irány • Összerendezés és egységesítés után 512.000 háromszög
Csuszka-6: • 8 db szkennelési irány • Összerendezés és egységesítés után 753.000 háromszög
Megvalósítás néhány fázisa – I. Az összes elem pontfelhői egy koordináta rendszerben, funkcionális helyükön!
Ezt a műveletet napjainkban csak a RapidformXOR szoftver képes szolgáltatni!
Megvalósítás néhány fázisa
A visszamodellezés ellenőrzése
A visszamodellezett szerszám alakadó negatív üregeinek előállítjuk azok pozitívjait is !!!
A pozitív szerszámüreg előkészítése 3D nyomtatásra
A pozitív szerszámüreg kinyomtatva Objet/PolyJet 3D nyomtatási eljárással
XOR használható modellt készít
Parametric Reverse Modeling Egyszerü munkafolyamat liveTransfer ™
Példa Konvertáljuk ezt a ventilátor részt parametrikus CAD modellé majd továbbítsuk a SolidWorks szoftverbe teljes modellezési stukturával 1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elrendezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
0 min
Példa – Alak felismerés
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elrendezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
1 min
Példa – Koordináta rendszer keresés
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elrendezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
2 min
Példa – 2D Vázlat a STL alapján
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elhelyezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
7 min
Példa – Kihúzás
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elhelyezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
7.5 min
Példa – Illesztett felület
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elhelyezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
9 min
Példa – Test levágása
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elhelyezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
10 min
Példa – Második vázlat
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elhelyezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
15 min
Példa – Körül forgatás
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elhelyezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
16 min
Példa – Kiosztás és Összavonás
1. 2.
A szkennelés importja Sajátosságok felosztása 3.
Térbeli elhelyezés 4. 5.
6.
2D Vázlat Kihúzás
Illesztett felület X 2 7.
Test levágás 8.
9.
2D vázlat
Körül forgatás
10. Kiosztás és Összevonás
17 min
liveTransfer a CAD rendszerbe XOR-ből a CAD-be exportálás „ On-the-fly transfer” funkcióval
„liveTransfer” XOR modellezési történet átvitele a használt CAD rendszerbe Alkalmazható programok: • SolidWorks (2006+) • UGNX (4 only) • Pro/E Wildfire (3.0)
Eredeti modellezési történet a CAD-ben Valós SolidWorks modell teljes modell fával
20 min
Szisztematikus összehasonlító eljárás A világ első szoftvere amelyik szisztematikus összehasolítást végez, sűrű pontfelhő adatok alapján, a pontosságra és a sebességre építkezve
Mik az alapvatő eltérések a Koordináta mérőgép és a Szkennelés között Koordináta mérőgép
Szkenner
•
•
Mérés - egy nagyságrenddel pontosabb!!! • Berendezéseket különleges helyiségben kell elhelyezni • Speciális végzettségű munkatárs • Mérés időszükséglete előkészítése nyagy szakértelmet igényel • „Speciális” méretek nehézkes mérése (szabad felületek,rések….)
• • • •
+/-0,02mm –nél pontosabb mérés jelenleg nem lehetséges Bárhol felállítható és használható Nem igényel különleges tudást a használata Mérés időszükséglete előkészítése általában rövid „Speciális” méretek lehetséges mérése
Koordináta mérőgéppel kapcsolatos kérdések • •
Mérő tapintó egy ADOTT sugarú gömb Minden egyes mérési pontnál ISMERTNEK kell lennie a felület normális vektor - gép csak a gömb középpontját tudja méri az érintési pontot számítja
•
Mérendő tárgy pozicionálása a tárgyasztalon - koordináta rendszer illesztés
•
Alapelem alakzatok a felvett pontok alapján regressziószámítással történik kevés mérési pontból. Elem Elméleti Ajánlott min. szük. min pontszám pontszám • A tapíntó átmérője jelentősen Pont 1 1 meghatározza a mérhető méreteket Kör 3 4 • Vajon azt a pontot mértem? Szabad felületen kijelölt pont x,y,z koordinátája hány tizedesre volt megadva.
Sík
3
4
Gömb
4
6
Henger
5
8
Kúp
6
12
Paraboloid
6
9
Tórusz
7
12
Alapvető előnyök Nagymennyiségű adatkezelés
Leggyorsabb eljárás
Nyitottság & Bővíthetőség API támogatás
Automatikus
Garantált pontosság Különböző pontfelhők illesztése jobb mint 0.1µm
Átfogó
Flexibilis
Teljesen automatikus munkafolyamat 3D CAD Modell Viszgálati folyamat beállítása
IGES STEP STL
import
100%--ig megismételhető 100%
• Összeillesztés meghatározása
CAD natív formátumok
• Vizsgálati pontok beállítása
Méret és tűrés
• Jelentés megszerkesztése
meghatározásokkal
3D scan adat import or direct
Automatikus összehasonlítás
scanner input via LiveInspect™
export
és kiértékelés
Vizsgálati jelentés
pontfelhő STL LiveInspect™ #1 #2 #3
Documents HTML Database XML
Lehetséges vizsgálati elemek
Mérés végrehajtásának különbsége
illesztett henger
Hengeren lévő pontok Φ 10 ± .1
Összehasonlítható a CMM mérési eredménnyel? Megfelel a valós mérési eljárásnak? Mért pontok
Tervezett pontok
Pontfelhő
(X,Y,Z,i,j,k and calc. method)
Kör illesztése 3 pontra Φ 10.123 Mért átmérő
Emulálja az érintéses pontmérést a pontfelhőből a CMM alapjára épűlő mérési eljárást.
Egyénileg választott pontok
Referencia Geometriák
Helyzet és alaktűrés Teljes támogatás az ANSI/ASME Y14.5-hoz Tipus Forma
GT Név
Szimbólum
Egyenesség Síklapuség Körkörösség Hengeresség
Orientáció
Párhuzamosság Merőlegesség Szögeltérés
Helyzet
Pozició Koncentrikusság
Runout
Circular Runout Total Runout
※ Profilok
Görbe profil
Metszeti eltérés
Felület profil
Felület eltérés
Metszeti görbe eltérés
Nem létező él
Sziluet örbe eltérés
Lemez alkatrés kontúr élének mérése
Tendencia kimutatása • A vizsgálandó méretek meghatározása. • Jelentés összeállítása
Ismételt 3D szkennelés
A kontrol diagram automatikusan frissül amint a következö pontfelhőt hozzárendeltük
Felhasználás specifikus Turbina Lapát
Rés & Hézag
Munkafolyamat a liveInspect™ & Clipboard-dal 2. Define PMI 3. Clipboard Interface
1. Product Design
4. Import PMI in XOV
7. Analyze Result
5. Setup liveInspect
6. liveInspect
Teljes felület eltérés
Hogyan is használjuk?
„Trichter” Kipuffogó alkatrész összehasonlító viszgálata
Az alkatrész alakossága miatt több különböző irányból kellet a szkennelést végrahajtani. Majd a felvételeket összerendezni.
Az egyes színek más-más irányú felvételeket ábrázolnak.
„Trichter” Kipuffogó alkatrész összehasonlító viszgálata
A pontok összerendezése után már egy egységes lapkamodell hozható létre amit az eredeti CAD modellhez rendez a program automatikusan.
A megrendelő kérésének megfelelően kimutatható a teljes felületen az eltérés a CAD modellhez képest.
„Trichter” Kipuffogó alkatrész összehasonlító viszgálata
A lapkamodell segítségével megállapíthatóak a fontos méretei a legyártott munkadarabnak.
Így megállapítható a CAD modell és a gyártmány méreteinek pontos eltérése, míg a kézi mérésekkel nehezen vagy csak körülményesen megoldható esetekben is.
Egyedi eset.?
Egyedi eset.?
ICFViewerXO Control
Grafit elektróda bemérése CAD modell és a Koordináta mérőgép által korábban bemért 98db mérési pontokat meghatározó vektorok
Grafit elektróda bemérése
Grafit elektróda bemérése
Grafit elektróda bemérése CMM kontra szkenner Név
X
Y
Z
dX
dY
dZ
DL
FP DL CMP DL
FP-14 CMP14
6.6708 6.6708
-7.0569 -7.0569
11.2394 11.2394
0.0061 0.0071
-0.0061 -0.007
-0.0406 -0.0467
-0.0415 -0.0478
0.0063
FP-15 CMP15
1.0661 1.0661
-7.1187 -7.1187
10.3421 10.3421
0.007 0.0086
-0.0062 -0.0076
-0.0412 -0.0506
-0.0423 -0.0519
0.0096
FP-36 CMP36
9.5085 9.5085
-7.2938 -7.2938
7.3136 7.3136
-0.0445 -0.0508
0.0545 0.0622
-0.0037 -0.0042
-0.0705 -0.0804
0.0099
FP-38 CMP38
13.3187 13.3187
-3.5231 -3.5231
7.2498 7.2498
-0.0595 -0.0822
0.0258 0.0356
-0.0034 -0.0047
-0.065 -0.0897
0.0247
FP-13 CMP13
10.1831 10.1831
-1.3033 -1.3033
10.8468 10.8468
0.0059 0.0064
-0.0068 -0.0074
-0.0441 -0.0477
-0.045 -0.0487
0.0037
FP-62 CMP62
17.7535 17.7535
-18.054 -18.054
10 10
0 0
0 0
-0.0296 -0.0378
-0.0296 -0.0378
0.0082
FP-90 CMP90
31.1516 31.1516
-3.5231 -3.5231
0 0
0 0
0 0
0.0129 0.0185
0.0129 0.0185
-0.0056
FP-55 CMP55
18.2233 18.2233
-16.957 -16.957
8.4199 8.4199
0.0185 0.0147
-0.0732 -0.0582
-0.0066 -0.0053
-0.0758 -0.0603
-0.0155
Műanyag alkatrész első minta bemérése
ICFViewerXO Control
www.varinex.hu +36-1 237-3400
