Практическое применение обратного инжиниринга и контроля точности от Delcam plc
Итоги международной выставки «Машиностроение’2003»
Сегодня можно встретить несколько названий одной и той же задачи: обратный инжиниринг, реверсивный инжиниринг, восстановление геометрии по представленному физическому образцу. Задача эта сводится к следующему. Имеются образец детали, эталон, мастер-модель и физический образец детали. Необходимо обмерить, отсканировать, оцифровать деталь с помощью измерительного устройства и создать математическую модель по результатам измерений. После этого нужно показать заказчику, что созданная математическая модель соответствует предоставленному физическому образцу.
Сегодня на рынке САПР представлено много систем — хороших и разных. Каждый программный продукт предназначен для соответствующей области применения. Очень часто приходится иметь дело с задачами, которые одним программным продуктом не решаются, а если и решаются, то с большими проблемами. В качестве примера можно привести решение задачи реверсивного инжиниринга, которое включает несколько этапов.
Первый этап — обмер детали. Хорошо, если деталь простая и ее изготовление не требует высокой точности. В таком случае можно обойтись классическим штангенциркулем и набором радиусомеров. Но как и чем обмерять деталь, если она имеет сложную форму?
Для тотального сканирования сложной детали необходим объемный скоростной сканер или контрольно-измерительная машина с возможностью автоматического обмера. Мы не будем принимать в расчет размеры обмеряемых деталей, скорость измерений и необходимые требования к самому процессу измерения. Выбор устройства для обмеров также не относится к теме данной статьи; его можно рассмотреть отдельно.
Допустим, мы обмерили деталь. На выходе мы обычно получаем традиционный результат измерения — огромный массив трехмерных точек, который используется для создания триангуляционной модели с последующим восстановлением поверхностей. Такую задачу прекрасно решает продукт CopyCAD от фирмы Delcam plc. Однако для решения большинства встречающихся задач требуется более быстрый способ, который также предлагает фирма Delcam. В качестве небольшого дополнения к моделировщику PowerSHAPE (рис. 1) существует программа PS-ARM (Digitized Curve, CMM Curve).
PS-ARM-программа работает с PowerSHAPE и передает результаты измерений от измерительного устройства в PowerSHAPE. В качестве измерительного устройства эта программа может использовать либо различные виды измерительных рук, либо ручные контрольно-измерительные машины.
Сама по себе программа очень проста. В верхней части окна имеется несколько пиктограмм, которые определяют, что конкретно будет измеряться программой и измерительным устройством, а в нижней части находятся вспомогательная информация и сведения о том, как будут происходить измерения. Верхняя строка пиктограмм содержит следующие функции: импортировать систему координат в формате IGES, измерить кривую Безье, измерить линию, измерить ломаную, измерить окружность или дугу.
В нижней части слева находится значок молнии, который имеет три цвета: красный означает, что измерительное устройство не подключено, зеленый — измерительное устройство включено, бирюзовый — измерительное устройство готово и программа ожидает поступления информации с измерительного устройства.
Ниже значка молнии находится пиктограмма с символами Х1.02, нажатием на которую включается или выключается окно координат щупа.
Рядом расположена еще одна пиктограмма, которая определяет единицы измерений. Это могут быть или миллиметры, или дюймы.
Вправо от единиц измерений помещается пиктограмма включения/выключения звука.
Правее видны цифра и полоса прокрутки вправо и влево. Цифра определяет количество снимаемых измерительным устройством точек в секунду.
Еще правее находятся пиктограммы осей X, Y, Z с замками. Нажатие на любую из пиктограмм осей фиксирует выбранную ось, что позволяет выполнять измерения сечений.
В правом нижнем углу расположены еще два окна с цифрами: в верхнем из них вводится значение координаты выбранной оси для измерения сечения, а в нижнем — величина полосы допуска измерения.
Несмотря на свою простоту, данная программа в сочетании с моделировщиком PowerSHAPE позволяет решить ряд задач реверсивного инжиниринга. В этой статье мы рассмотрим некоторые из них.
После работы измерительного устройства по обмеру автомобиля с программами PowerSHAPE и PS-ARM в PowerSHAPE мы получаем набор геометрических элементов, которые могут быть использованы для построения поверхностей (рис. 2).
Второй этап реверсивного инжиниринга состоит в построении математической модели по результатам обмеров. После измерений в PowerSHAPE мы получаем набор кривых, которые можно использовать для построения поверхностей, применяя возможности моделирования, предоставляемые PowerSHAPE. Программа PowerSHAPE обладает большими возможностями для проектирования, в чем легко может убедиться каждый. Чтобы ознакомиться с возможностями PowerSHAPE, достаточно скачать с сайта www.delcam.com ее демонстрационную версию.
Другой пример использования программного обеспечения фирмы Delcam — обмеры крыши трактора МТЗ-2522. Крыша обмерялась с двух сторон, поэтому мы получили два результата измерений, которые объединили в одно целое с использованием реперных точек. На рис. 3 и 4 показаны результаты обмеров верха и низа крыши кабины. На рис. 5 и 6 демонстрируются математические модели крыши, построенной по результатам обмеров.
Еще одним примером измерений и создания математических моделей с использованием программного обеспечения PowerSHAPE и PS-ARM может служить работа по изготовлению пресс-форм для выпуска зеркал заднего вида легкового автомобиля.
Эта работа началась с того, что пользователь принес образец корпуса автомобильного зеркала заднего вида и заказал изготовление пресс-форм для выпуска таких корпусов зеркал. Вся работа была разделена на несколько частей. В первой части выполнялся обмер натурного образца, предоставленного заказчиком. Это полностью совпадает с первым этапом работ по реверсивному инжинирингу, описанным выше. Для измерений использовались измерительная рука MicroScribe и программное обеспечение PowerSHAPE и PS-ARM (рис. 7).
Далее мы использовали возможности PowerSHAPE для создания поверхностей по результатам обмеров, что полностью соответствовало второму этапу работ по реверсивному инжинирингу (рис. 8 и 9).
После того как были созданы все математические модели корпуса зеркала, возникла проблема, которая встает перед всеми, кто когда-либо занимался реверсивным инжинирингом: как до изготовления пресс-формы проверить, что обмеры выполнены правильно и что математические модели соответствуют представленным натурным (физическим) образцам?
Для этого также необходимо измерительное устройство. Но если на первом этапе мы выполняли только обмеры, то теперь нам потребуется проверить соответствие математической модели ее натурному образцу.
На рис. 10 показаны процесс измерения кулачка и контроль точности математической модели и самого кулачка. Поскольку для измерений использовалась переносная измерительная рука Romer (рис. 11), то все обмеры выполнялись непосредственно на предприятии, которое не располагает подобными измерительными устройствами. Установка и подготовка к работе измерительной руки Romer и программного обеспечения фирмы Delcam занимает не более 20 минут.
Третий этап реверсивного инжиниринга состоит в проверке точности математической модели и натурного образца. Решается эта проблема с помощью PowerINSPECT — еще одного программного продукта от Delcam plc. PowerINSPECT позволяет не только выполнить проверку на соответствие математической модели ее физическому образцу, но и выдать графическую информацию обмеров и отчет по проверке в табличной форме. PowerINSPECT работает с большинством современных измерительных устройств (рис. 12).
Освоить работу с PowerINSPECT можно за одну неделю. Если внимательно изучить список используемого PowerINSPECT оборудования, то можно увидеть, что пакет работает со всеми видами измерительного оборудования, в числе которых — измерительные руки, ручные КИМ, КИМ с ЧПУ, лазерные и оптические системы и многое другое, описание чего выходит за рамки этой статьи.
PowerINSPECT имеет два режима работы: с математической моделью и без нее. Без математической модели можно выполнять контроль геометрических элементов и размеров — подобно любому штатному программному обеспечению любой измерительной системы. Однако этот режим в данной статье мы не будем рассматривать. Намного больший интерес представляет использование PowerINSPECT с математической моделью. Порядок работы с PowerINSPECT в этом случае следующий.
Первый шаг — импорт математической модели (рис. 13) и шаблона для создания табличного отчета проверки. Шаблон отчета содержит информацию о предприятии (рис. 14).
Вторым шагом при работе с PowerINSPECT является совмещение математической модели и ее физического образца. Существует несколько способов подобного совмещения.
На рис. 15 приведено окно пиктограмм, в котором каждой пиктограмме соответствует определенный способ совмещения, в том числе:
• совмещение по плоскости, линии и точке;
• произвольное совмещение (рис. 16). Для реализации этого способа необходимо как минимум шесть точек;
• совмещение по взаимному размещению геометрических элементов;
• совмещение по трем сферам;
• совмещение из файла (применяется для партии деталей);
• другие виды совмещений.
Третий шаг при работе с PowerINSPECT — непосредственные измерения. Результаты показываются в графической части окна PowerINSPECT в виде меток или «конфетти» (рис. 17).
Цвет «конфетти» указывает на величину отклонения по нормали. Зеленый цвет «конфетти» означает, что результат измерения попал в поле допуска; красный цвет — результат вне допуска «в плюс», синий цвет — результат вне допуска «в минус».
Четвертый шаг — проверка конкретного сечения (рис. 18).
Пятый шаг при работе с PowerINSPECT — создание отчета. Для этого используется графическая и табличная информация. Всю графическую информацию, показываемую в окне PowerINSPECT, можно в любой момент вывести на принтер (рис. 19). Итоговый табличный отчет о произведенных измерениях отливки имеет вид, подобный показанному на рис. 20.
Подведем краткие итоги выполненных работ по реверсивному инжинирингу с применением программного обеспечения PowerSHAPE, PS-ARM и PowerINSPECT от фирмы Delcam plc.
Весь процесс реверс инжиниринга можно разделить на три этапа: обмер представленных образцов; создание математической модели по результатам обмера; контроль математической модели на соответствие представленным образцам.
Программное обеспечение от фирмы Delcam plc отлично зарекомендовало себя на всех трех этапах реверсивного инжиниринга. На первом этапе мы задействовали PowerSHAPE вместе с PS-ARM. На втором этапе использовали возможности PowerSHAPE. На третьем этапе применяли PowerINSPECT.
Освоив на практике все этапы реверсивного инжиниринга, мы обучаем своих пользователей и рекомендуем данный способ всем, кому необходимо решать задачи создания математических моделей по физическим образцам. В ближайших номерах мы постараемся рассказать об успешном применении реверсивного инжиниринга и программного обеспечения фирмы Delcam plc для создания математической модели джипа.
