SZAKDOLGOZAT GOLITKÓ LÁSZLÓ

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR SZERSZÁMGÉPÉSZETI ÉS MECHATRONIKAI INTÉZET Szerszámgépek Intézeti Tanszéke 3515 Miskolc-Egyetemváros SZAKDOLGOZAT Feladat címe: Lapátfelület gyártási dokumentációjának előállítása reverse-engineering technológiával Készítette: GOLITKÓ LÁSZLÓ BSc szintű, gépészmérnök szakos Szerszámgépészeti és Mechatronikai szakirányos hallgató Tervezésvezető: DR. CSÁKI TIBOR egyetemi docens Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke Konzulens: DR. TAKÁCS GYÖRGY egyetemi docens Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke november

2 2

3 Tartalomjegyzék 1. Summary Eredetiségi nyilatkozat Bevezetés Adatok felvétele során alkalmazott eszközök és eljárások Érintkezéses technológián alapuló 3D szkennelés Érintkezés nélküli technológiákon alapuló 3D szkennelés Piacon elérhető szkennerek Breuckmann StereoSCAN smartscan d-station Artec Artec Eva Artec Spider Creaform Creaform GO!scan Creaform Handyscan Creaform Metrascan Nextengine Trimble Konica Minolta Konica Minolta Vivid 9i Konica Minolta Range A piacon elérhető szkennerek értékelemzése A változatok ismertetése Kiértékelés Az alkalmazandó gépek bemutatása A Breuckmann Smartscan 3D-HE szkenner bemutatása A DEA Micro-Hite 3D mérőgép bemutatása Az Optocat 2009 szoftver bemutatása [16] A munkadarab szkennelése A szkennelés lépései

4 10. A szkennelés kiértékelése A hibás munkadarab összehasonlítása az eredeti CAD modellel A jó munkadarab összehasonlítása az eredeti CAD modellel A két szkennelt modell összehasonlítása A koordináta mérőgép által mért adatok összehasonlítása a szkennelt modellel A lapátfelület szkennelése A lapátfelület szkennelésének kiértékelése A CAD modell és a belőle készült munkadarab szkennelésének összehasonlítása Az eredeti szkennelés és a belőle készült CAD modell összehasonlítása A két szkennelés összehasonlítása Összefoglalás Irodalomjegyzék

5 1. SUMMARY My thesis is about reverse engineering. In the first part I m going to study the possible applications of reverse engineering, the usual steps to create a three dimensional point cloud. There is a brief introduction of the varius technologies to acquire the shape of the object, such as laser triangulation, coordinate measuring machines and the structured light method. In the next part, I will research the market for the currently available 3D scanners. Then I will examine the features of these scanners and compare them with each other with the help of the Rang method. The last part will be about the scanning procedure. First, I will introduce the tools available in the university for 3D scanning (structured light 3D scanner, coordinate measuring machine), then I will scan a smithing tool and one blade from a complete turbinewheel. With the help of the Geomagic software, I will be able to repair the scanned model and compare with the original CAD model, and lastly make the final CAD modell, from which the part could be produced. 5

6 2. EREDETISÉGI NYILATKOZAT Alulírott Golitkó László; Neptun-kód: WIE9M0 a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős gépészmérnök szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy Lapátfelület gyártási dokumentációjának előállítása reverse-engineering technológiával című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. Miskolc, év november hó 20. nap.. Hallgató 6

7 3. BEVEZETÉS Általában a mérnöki tervezésen egy termék műszaki dokumentációjának elkészítését értjük. Ennek során a megvalósítandó feladat alapján különféle alapötletek segítségével konstrukciós vázlatokat készítünk, majd ezekből állítjuk elő a méretezési és ellenőrző számítások után a megfelelő terméket. A Reverse Engineering ( mérnöki visszafejtés ) fenti folyamatnak épp az ellenkezője. Ennek során a már meglévő termékből készítünk egy CAD-modellt, módosítások elvégzése vagy reprodukálás céljából. A reverse engineering alkalmazásának a legfőbb céljai a már meglévő termék újratervezése, és ezáltal jobb tulajdonságok elérése vagy egy másolat létrehozása az eredeti tervrajzokhoz való hozzáférés nélkül. Ennek nagy hasznát veszik például az autóiparban, ahol régebbi, az autó gyártója által már nem gyártott, alkatrészek utángyártásához alkalmazzák. Természetesen az ipar minden területén használják, ha egy termékről vagy szerszámról nem érhető el semmilyen műszaki rajz. Ilyen esetekben meghibásodás esetén a reprodukálás elég nehézzé válik. A reverse engineering megvalósításához szükséges legfontosabb eszközök a számítógép és egy 3D szkenner. A szkenner által készített ponthálóból a számítógép segítségével hozunk létre egy háromdimenziós modellt. Ezt a modellt a különböző szoftverek segítségével módosíthatjuk, az esetleges szkennelés során létrejövő hibákat kijavíthatjuk. A 3D szkennerek főbb felhasználási területei: Reverse engineering Orvostudomány, plasztikai sebészet Kutatás Kulturális örökségek védelme Szórakoztatóipar Digitális archiválás Méréstechnika 7

8 A technológia jellemző munkafázisai A reverse engineering-nek vannak olyan jellemző lépései, fázisai, amelyet minden esetben el kell végeznünk, ezeket az 1. ábra mutatja. Adatok felvétele Adatok értékelése, szűrése 3D CAD modell 1. ábra Reverse engineering folyamatábrája Az adatok felvételére sok különböző eljárás alakult ki. Ezek például különböző koordináta letapogató mérőeszközök, lézeres letapogató eljárások, strukturált vagy modulált fény elvén működő készülékek. A következő fejezetekben ezekkel az eljárásokkal részletesen is fogok foglalkozni. 8

9 4. ADATOK FELVÉTELE SORÁN ALKALMAZOTT ESZKÖZÖK ÉS ELJÁRÁSOK A reverse engineering első lépésében a vizsgálandó tárgyról létre kell hozni egy térbeli modellt, amit később a számítógépen található szoftverek segítségével módosíthatunk és javíthatunk. Mivel az adatfelvétel során a vizsgált objektum felületének csak egy kisebb részéről tudunk adatot felvenni, ezért több szkennelés eredményeképpen áll össze a tárgyról a modell. Ennek a folyamatnak a megvalósításához sokféle technológia áll rendelkezésünkre. A technológiák két fő csoportra, érintkezéses és érintkezés nélküli, oszthatók. Lézeres háromszögelés Struktúrált fény Aktív Modulált fény "Time of Flight" módszer Érintkezés nélküli Interferométer Adat felvétel Érintkezéses Passzív Koordináta mérő Sztereoszkópikus Fotometrikus 2. ábra Adatok szerzésére alkalmas technológiák osztályozása 4.1 Érintkezéses technológián alapuló 3D szkennelés Az ilyen típusú szkennerek a vizsgált tárgyat fizikai érintkezés útján tapogatják le, miközben a gyártmányt egy simára megmunkált asztalra helyezik. Erre a technológiára egy példa a koordináta mérőgép (CMM - Coordinate Measuring Machine). Az ilyen mérőgépek a tárgyakat egy letapogatófej segítségével vizsgálják. Kezdetben egy egyszerű gömböt raktak egy tengely végébe. Ez megfelelő volt sík vagy hengeres felületek mérésére. David R. McMurty által

10 ban beadott szabadalom [1], amely az elektronikus érintésérzékeny letapogatófejről szól, nagyban megnövelte a koordináta mérőgépek gyorsaságát és pontosságát. 3. ábra A McMurty által benyújtott szabadalomban szereplő ábra Ha az érzékelő fej (27) nekiütközik egy felületnek, akkor a tű (17) deformálódik és így az adott pont x, y, z koordinátáit azonnal képes elküldeni a számítógépnek. A gyorsulásmérő (30) a házba (35) van elhelyezve és tartalmazza az alaplap (32) és a szabadsúly (33) között elhelyezkedő piezoelektromos kristály (31) ismert elhelyezkedését. A kimenetet (34) a kristályon, a szabadsúly tehetetlensége miatt keletkező, elektromos töltésekből származtatjuk. A letapogatási mechanizmus alapján megkülönböztethetünk: Merev karos állványszerkezet, amelyen két tengely mentén az állvány segítségével mozog a letapogató, míg a harmadik tengely irányú mozgást maga a letapogatófej végzi Automatikus vagy kézi mozgatású robotkarok letapogatófejjel A letapogatófej nagy előnye, hogy a vizsgált tárggyal való érintkezés pillanatában azonnal képes az adott pont koordinátáit a számítógép segítségével rögzíteni. A letapogatófej mozgatása történhet kézzel vagy a mérések automatizálásának az érdekében számítógépes vezérlés segítségével is. Nagy előnyük, hogy pontos, szinte zajmentes adatfelvételre képesek. Természetesen ennek a technológiának is vannak hátrányai, illetve korlátai. A letapogatófejnek folyamatosan érintkeznie kell a vizsgált tárgy felületével, így az sérülhet, kophat vagy 10

11 megváltozhat. Puha tárgyak szkennelése ezzel a módszerrel igen nehézkes. Szabad formájú, bonyolult testek esetén pedig sok pontot kell felvenni a pontos végeredményhez. Emiatt is a többi eljáráshoz viszonyítva ez a leglassabb, de jelenleg a legpontosabb eredményt is ezzel tudjuk elérni. [2] 4.2 Érintkezés nélküli technológiákon alapuló 3D szkennelés Az érintkezés nélküli technológiák két csoportra bonthatók, aktív és passzív. A kettő között a leglényegesebb különbség, hogy az aktív szkennerek valamilyen sugárzást vagy fényt bocsátanak ki és ennek vagy a visszaverődése, vagy sugárzás esetén a vizsgált tárgyon történő áthaladása alapján hozzák létre a képet. A passzív szkennerek nem bocsátanak ki fényt vagy sugárzást, hanem a környezeti sugárzás visszaverődését használják fel. Ez legtöbbször a látható fény tartományába esik, de előfordulnak infravörös fény segítségével működő szkennerek is. Nagy előnyök ezeknek, hogy csak egy kamera szükséges a működésükhöz és emiatt relatíve olcsók és az érintkezéses technológiákhoz képest az adatok felvétele jóval gyorsabb, emiatt a szkennelés is gyorsabban elvégezhető a passzív technológiák segítségével. Aktív, érintkezés nélküli technológiák 4. ábra Lézeres háromszögelés működése [3] 11

12 A lézeres háromszögelés során a fényt kibocsátó eszköz, az érzékelő kamera és a vizsgált tárgy közti távolságokat és szögeket használják fel. A vizsgált tárgyra kibocsátott lézerpont helyzete megállapítható az alábbi módon: A szenzor és a lézer közötti távolság ismert A lézernél található csúcsnál a szög ismert A szenzor/kamera csúcsnál a szög megállapítható az alapján, hogy hol található a visszaverődött lézerpont a kamera látómezején 5. ábra A lézerpont helyzetének meghatározása tgα = H a H = a tgα cosα = a b b = a cosα β = α A fenti egyenletek segítségével megállapítható a háromszög alakja és mérete, ennek segítségével pedig a vizsgált tárgyra kibocsátott lézerpont pontos helyzete. Általában egyszerre több lézersugarat bocsátanak ki az ilyen készülékek a szkennelési folyamat felgyorsítása érdekében. Előnyük a hordozhatóság és a nagy pontosság, viszont a hatótávolságuk kisebb, 12

13 mint a Time-of-Flight eljárás esetén. A háromszögelés elvén működő szkennereket gyakran használják fel reverse engineering céljából. [4] A Time-of-Flight technológia esetén lézerfényt bocsátunk ki egy fényforrásból, az érzékelő pedig azt az időt méri, amíg a lézerfény nekiütközik a tárgynak és visszaverődik az érzékelőre. Ennek az alapja az, hogy a fény sebessége állandó, így ez és az utazási idő ismeretében könnyen kiszámolható a vizsgált tárgy és az érzékelő távolsága. Az ilyen eszközöknek a pontossága attól függ, hogy az eltelt időt milyen pontosan tudjuk mérni. Előnye ennek a technológiának, hogy nagy távolságokban lévő tárgyak szkennelésére képes, ezáltal előszeretettel használják nagy építmények vagy akár tájak esetén. Emiatt a gépipari felhasználásuk reverse engineering céljából ritka. [5] Strukturált fény esetében a vizsgált tárgyra többféle, kontrasztos fénymintát vetítünk ki, amely a tárgy felületén a projektortól eltérő perspektívából nézve eltorzul, deformálódik. Ez felhasználható a felület pontos háromdimenziós rekonstrukciójához. Általában két, egymáshoz képest szögben eltolt kamerát használnak az ilyen szkennerekhez. 6. ábra Strukturált fényű szkenner működési elve [6] Erről a deformálódott mintáról készült képet analizálni kell, hogy a felvett pontok koordinátáit megkapjuk. Az alternáló, kontrasztos vonalakból álló minta kivetítésére általában egy LCD vagy LED projektort használunk. Az analizálás során megmérjük a vonalak közti távolságokat, ami arányos a felület magasságával egy adott pontban, így a pont koordinátái meghatározhatók. 13

14 Az analizálást természetesen a szkenner szoftvere végzi. A pontosság függ a vonalak szélességétől és az optikai minőségüktől, valamint a fény hullámhosszától is. Előnye a nagy pontosság és felbontás, hátránya, hogy speciális megvilágítást igényelhet. [7] 5. PIACON ELÉRHETŐ SZKENNEREK Napjainkban a piacon az előzőekben részletezett működési elvű szkennerek nagy választéka elérhető a felhasználók számára. A technológia folyamatos fejlődése és az ár csökkenése miatt ma már egyre nagyobb a potenciális vásárlók köre. A legnagyobb 3D szkenner gyártók a Breuckmann, Artec, Creaform, Trimble, Nextengine, Konica Minolta. A jelenleg piacon kapható eszközök nagy része elég kisméretű, így könnyen hordozhatóak. A következőekben a fenti cégek által kínált megoldásokat fogom részletesebben ismertetni. 5.1 Breuckmann Valójában a céget 2012-ben felvásárolta az Aicon 3D Systems, így azóta már közös név alatt szolgáltatnak 3D szkennereket és koordináta mérő gépeket. A gépeik a strukturált fény elvén működnek és a vezérlést és az adatgyűjtést az Optocat nevű szoftver végzi. A kontrasztos mintát LED-es projektorok segítségével vetítik a vizsgálandó tárgyra. A 3D szkenner családjuk jelenleg három különböző típusból áll, ezek: stereoscan smartscan d-station StereoSCAN A stereoscan nyújtja a legpontosabb, legprecízebb leolvasást, köszönhetően annak, hogy a háromszögelést három különböző szögből végzi. Két darab, színes vagy fekete-fehér, aszimmetrikusan elhelyezett kamerával rendelkezik. A viszonylag könnyű súlya miatt hordozható és egyaránt használható mérőlaborokban, valamint nagy tömegű és méretű tárgyak esetén a tárgy munkakörnyezetében is. 14

15 7. ábra Breuckmann smartscan 3D-HE [8] smartscan A tanszéken jelenleg található szkenner Breuckmann smartscan 3D-HE típusú, így a dolgozatom következő részében a szkenneléshez is ezt fogom használni. Ennek a típusnak a jellemzője a stereoscan-hez hasonlóan a nagy pontosság, valamint moduláris felépítésű, tehát az egyes részei cserélhetők, fejleszthetők. Jellemző rá a kis súly és a hordozhatóság. Egy vagy két darab, színes vagy fekete-fehér CCD kamerát tartalmaz d-station A d-station fantázianevű szkenner az előzőektől teljesen eltérő felépítésű működésű. Kis méretű tárgyak szkennelésére alkalmas (maximum 2 kg), de ezeket a gép zárt munkaterében kell elhelyezni és a beolvasást is automatikusan végzi. A zárt tér miatt védett a szennyeződésektől és a különböző interferenciáktól, amit a rezgések és a fény okoz. A masszív felépítés és a védett szenzorok miatt a karbantartási igénye is kisebb. Mivel a tömege is jóval nagyobb, mint a fentieknek, valamint csak a szkennernél kisebb tárgyak esetén alkalmazható, ezért nem hordozható. 5.2 Artec Az Artec egy luxemburgi székhelyű cég, amely jelenleg két típusú szkennert gyárt, valamint egy belépőszintű modellt kedvezőbb áron. Ezek szintén a strukturált fény elve alapján működnek és képesek az anyag textúrájának a felvételére is. Nagy előnyük, hogy a használatukhoz nem szükséges előzetes kalibrálás, így a szkennelés folyamata gyorsul. Az adatok feldolgozását, képek összeállítását az Artec Studio nevű szoftver végzi. A súlyuk 15

16 rendkívül kicsi, kevesebb, mint egy kilogramm, lábak nem is tartoznak hozzá, szkennelés során folyamatosan kézben tartjuk. A két modell: Artec Eva (ennek elérhető egy belépőszintű, Lite változata is) Artec Spider Artec Eva Az Eva modell fényforrása egy villanólámpa és a kamera látószöge jóval nagyobb, mint a másik modell esetén. A kisebb pontosság és felbontás miatt főleg orvosi, igazságügyi, valamint animációs célokra használják fel. A készített képeket automatikusan, valós időben dolgozza fel és állítja össze egy háromdimenziós modellé Artec Spider A Spider modell fő felhasználási területe a gépészet, azon belül is a reverse engineering, minőségellenőrzés, terméktervezés. Fényforrás egy kékszínű LED lámpa. Jól használható kisméretű, bonyolult felületű, éles élekkel ellátott testek szkennelésére. 8. ábra Artec Spider 3D szkenner [9] 16

17 5.3 Creaform A Creaform egy 2002-ben alapított kanadai székhelyű cég, amely 2005 óta gyárt 3D szkennereket. Termékeik között megtalálható a lézeres háromszögelést, valamint a strukturált fény elvét alkalmazó is. Jelenleg három különböző szkenner család található a termékeik között, melyek más-más célokra használhatók. Ezek a GO!scan, Handyscan és a Metrascan. Az adatok feldolgozását, a képek összeállítását a VXelements nevű szoftver segítségével végzik Creaform GO!scan A GO!scan a strukturált fény elvén működő szkenner, amelynek a fényforrása egy LED lámpa. Főleg kezdők számára hozták létre, akik egy gyorsan és megbízhatóan működő, hordozható szkennerre vágynak. Természetesen a cég termékei közül ezzel érhető el a legkisebb felbontás és pontosság Creaform Handyscan A Handyscan termékcsalád négy különböző modellt tartalmaz, melyek a lézeres háromszögelés elvén működnek, de eltérő célokra alkalmazhatók, ezek: REVscan EXAscan MAXscan VIUscan A REVscan rendelkezik a legkedvezőbb árral, egyszerű kezelni és egyaránt jól használhatók a különböző ipari ágazatokban reverse engineering, végeselemes analízis, és mérések céljából. Az EXAscan teljesen hasonló az előző szkennerhez, de az elérhető felbontás és pontosság nagyobb. A MAXscan-t főleg nagyméretű tárgyak esetén alkalmazható, melyekről képes nagy pontosságú modellt létrehozni. A VIUscan képes a vizsgált tárgyaknak a textúráját és a színét is felismerni és leképezni, valamint ez már használható szobrok és építmények szkennelésére is. 17

18 9. ábra Creaform EXAscan 3D [10] Creaform Metrascan A Creaform legpontosabb és legjobb felbontású modellje. A lézeres háromszögelés elvén működnek. Pontosságukat bármilyen üzemeltetési körülmények (rezgések, instabilitás, hőhatások) között megtartják. Emiatt természetesen ez a legdrágább is. A szkenner lehet kézi is, de akár egy robot mozgatókarra is felhelyezhető, így az egész folyamat automatizálható. Kétféle változatban kapható, amik között a fő különbség a lézer által egy időben szkennelt felület nagysága és ezáltal a szkennelés gyorsasága. 10. ábra Creaform Metrascan 3D [11] 18

19 5.4 Nextengine A Nextengine egy 2000-ben alapított, amerikai székhelyű cég, amely 3D szkennerek gyártásával foglalkozik. Jelenleg egyetlen szkenner, a Nextengine 3D Scanner HD található a termékpalettájukon. Ez a lézeres háromszögelés elvén működik. A képfeldolgozást és az adatgyűjtést a Scanstudio HD szoftver segíti. A fény kibocsátását nyolc darab lézer végzi, míg az érzékelést kettő CMOS szenzor végzi. Egyaránt alkalmazhatóak épületek szkennelésére, reverse engineering céljából, valamint protézisek gyártásához. 5.5 Trimble A Trimble egy 1978-ban alapított, amerikai székhelyű cég, amelynek az amerikai kontinensen kívül is sok leányvállalata van. A vállalat fő profilja a GPS vevő készülékek és egyéb pozicionáló rendszerek, de természetesen gyártanak 3D szkennereket is. A szkennereket kiegészíti egy Trimble RealWorks nevű szoftver is, amely a vezérlést, adatgyűjtést és a háromdimenziós pontháló létrehozását végzi. Jelenleg négy különböző modellt kínálnak, amelyek sokféle célokra használhatók. A vállalat profiljából adódóan a szkennerjeik főleg építmények, tájak, kulturális örökség részét képező alkotások, esetleg bűnügyi helyszíneléshez használhatók. Két szkennerjük viszont felhasználható a gépészeti termékekhez is. Ezek a Trimble TX5 és a Trimble FX. Mindkettő a lézeres háromszögelés elvén működik, valamint nagyobb tömegűek, mint például a Creaform vagy az Artec termékei, de ennek ellenére hordozhatóak. Különbségük, hogy a TX5 kisebb és főleg általánosabb célokra használható, kisebb pontosság mellett, ezzel szemben a FX pontossága és felbontása nagyobb. 11. ábra Trimble FX 3D szkenner [12] 19

20 5.6 Konica Minolta A Konica az ipar sok területén jelenlévő vállalat, amelynek a Konica Minolta Sensing Americas nevű leányvállalata foglalkozik a színek és a fény elemeinek a mérésével, például spektrofotométerek, fényerősség/fénysűrűség mérők, színanalizálók, spektroradiométerek és persze 3D szkennerek gyártásával. A szkennerek vezérlését és az adatok feldolgozását a Range Viewer nevű szoftver segíti. A szkennerjeik a lézeres háromszögelés elvén működnek. A jelenleg kapható szkennerek a Range7 és ennek a kevésbé pontos, de olcsóbb változata a Range5, valamint a Vivid 9i és a főleg szobrok, arcok és művészi alkotások szkenneléséhez alkalmazható Vivid 910. Részletesebben a Vivid 9i és a Range7 termékeket fogom bemutatni Konica Minolta Vivid 9i A Vivid 9i optimális a háromlábú állványon álló szerkezet által könnyen elérhető felületekkel rendelkező alkatrészek nagy pontosságú szkenneléséhez. Ilyenek például az autók karosszéria elemei és más nagy széles felületek. Nehezen elérhető üregekkel rendelkező tárgyak szkennelése problémás. Háromféle objektív tartozik a géphez, amelyeket a szükséges látómező nagyságától függően változtathatunk Konica Minolta Range7 Az előző szkennernél jóval könnyebb, viszont főleg kisebb alkatrészek szkenneléséhez alkalmazható. A pontossága és a felbontása nagyobb, mint a Vivid 9i esetében. Kétféle objektívvel kapható és szintén a lézeres háromszögelés elvén működik. 12. ábra Konica Minolta Range7 [13] 20

21 6. A PIACON ELÉRHETŐ SZKENNEREK ÉRTÉKELEMZÉSE Az előzőekben felsorolt szkennerek közül az általam megvalósítandó feladatra kevésbé alkalmasakat kiszűrtem és a megmaradt szkennerek között a módosított Rang módszer [14] segítségével fogom kiválasztani a feladatra leginkább alkalmas szkennert. Ennek során különböző értékelési szempontokat veszek figyelembe, majd ezek alapján sorrendbe állítom a termékeket. Az adott szempont szerint sorba állított szkennerek a helyezésüknek megfelelő pontszámot kapnak. Ezeket a pontszámokat a végén összesítve a legkevesebb pontot elért szkenner lesz a módszer szerint az optimális megoldás a feladatra. Mivel a súly a feladat szempontjából kevésbé lényeges, hisz mindegyik szkenner elég kis súllyal rendelkezik, így könnyen hordozható, ezért az önsúly miatt elért pontszámot 0,5-es szorzóval veszem figyelembe. 6.1 A változatok ismertetése Értékelési szempontok Ár Önsúly Felbontás Pontosság Mélységérzékelés Látómező (maximális) C1 C2 C3 C4 C5 C6 1. táblázat Az értékelési szempontok 21

22 Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 6,5 kg 10*0,5=5 Felbontás 0,045 mm 3 Pontosság ±0,012 mm 4 Mélységérzékelés 570 mm 2 Látómező (maximális) 778x778 mm 1 A Breuckmann Stereoscan műszaki értéke: táblázat Breuckmann Stereoscan Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 4 kg 9*0,5=4,5 Felbontás 0,03 mm 1 Pontosság ±0,009 mm 3 Mélységérzékelés 400 mm 3 Látómező (maximális) 650x560 mm 2 A Breuckmann Smartscan 3D-HE műszaki értéke: táblázat Breuckmann Smartscan 3D-HE Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 0,85 kg 2*0,5=1 Felbontás 0,1 mm 5 Pontosság ±0,05 mm 5 Mélységérzékelés 50 mm 9 Látómező (maximális) 180x140 mm 8 Az Artec Spider műszaki értéke: táblázat Artec Spider 22

23 Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 0,85 kg 1*0,5=0,5 Felbontás 0,5 mm 6 Pontosság ±0,1 mm 7 Mélységérzékelés 100 mm 8 Látómező (maximális) 536x371 mm 3 Az Artec Eva műszaki értéke: 26,5 5. táblázat Artec Eva Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 3,17 kg 8*0,5=4 Felbontás 0,06 mm 7 Pontosság ±0,127 mm 8 Mélységérzékelés 128 mm 6 Látómező (maximális) 342x256 mm 5 A Nextengine 3D műszaki értéke: táblázat Nextengine 3D Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 0,98 kg 3*0,5=1,5 Felbontás 0,1 mm 5 Pontosság ±0,05 mm 5 Mélységérzékelés 150 mm 5 Látómező (maximális) 210x210 mm 7 Az Creaform REVscan műszaki értéke: 27,5 7. táblázat Creaform REVscan 23

24 Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 1,25 kg 4*0,5=2 Felbontás 0,1 mm 5 Pontosság ±0,05 mm 5 Mélységérzékelés 150 mm 5 Látómező (maximális) 210x210 mm 7 Az Creaform EXAscan műszaki értéke: táblázat Creaform EXAscan Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 1,27 kg 5*0,5=2,5 Felbontás 0,1 mm 5 Pontosság ±0,05 mm 5 Mélységérzékelés 150 mm 5 Látómező (maximális) 210x210 mm 7 Az Creaform MAXscan műszaki értéke: 29,5 9. táblázat Creaform MAXscan Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 1,3 kg 6*0,5=3 Felbontás 0,1 mm 5 Pontosság ±0,05 mm 5 Mélységérzékelés 150 mm 5 Látómező (maximális) 210x210 mm 7 Az Creaform VIUscan műszaki értéke: táblázat Creaform VIUscan 24

25 Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 1,85 kg 7*0,5=3,5 Felbontás 0,05 mm 4 Pontosság ±0,085 mm 6 Mélységérzékelés 100 mm 7 Látómező (maximális) 210x210 mm 7 Az Creaform Metrascan műszaki értéke: 36,5 11. táblázat Creaform Metrascan Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 15 kg 12*0,5=6 Felbontás 0,05 mm 4 Pontosság ±0,008 mm 2 Mélységérzékelés 680 mm 1 Látómező (maximális) 463x347 mm 4 Az Konica Minolta Vivid 9i műszaki értéke: táblázat Konica Minolta Vivid 9i Jellemző adat: Érték: Ár Önsúly 6,7 kg 11*0,5=5,5 Felbontás 0,04 mm 2 Pontosság ±0,004 mm 1 Mélységérzékelés 194 mm 4 Látómező (maximális) 256x320 mm 6 Az Konica Minolta Range7 műszaki értéke: 26,5 13. táblázat Konica Minolta Range7 25

26 6.2 Kiértékelés Az előző pontban részletesen bemutatott vázlatok rang módszer szerinti értékelemzését az alábbi táblázat foglalja össze. Sorszám Név Értékelési szempontok Érték C1 C2 C3 C4 C5 C6 1. Breuckmann Stereoscan Breuckmann Smartscan 3D-HE 11 4, Konica Minolta Range7 8 5, ,5 4. Artec Eva 2 0, ,5 5. Konica Minolta Vivid 9i Creaform REVscan 4 1, ,5 7. Creaform EXAscan Creaform MAXscan 5 2, ,5 9. Artec Spider Creaform VIUscan Nextengine 3D Creaform Metrascan 9 3, ,5 14. táblázat Az értékelemzés kiértékelése A fenti táblázatban egyenlő pontszám esetén a sorrend eldöntéséhez először a pontosságot, illetve a felbontást majd az árat vettem figyelembe. Az értékelés alapján a legjobb választás a szkenneléshez a Breuckmann Stereoscan lett volna, amely az előnyét elsősorban a kedvezőbb árának köszönheti. Mivel a tanszéken a Breuckmann Smartscan 3D-HE érhető el, valamint az ehhez a feladathoz fontos tulajdonságai, a pontossága és a felbontása is jobb, mint a Breuckmann Stereoscan megfelelő tulajdonságai, ezért a további feladatokhoz ezt a szkennert választom. 26

27 7. AZ ALKALMAZANDÓ GÉPEK BEMUTATÁSA A feladat végrehajtása során a munkadarabot kétféle technológia segítségével fogom megmérni, illetve 3D-s modellt létrehozni. Először egy 3D szkenner segítségével digitális 3Ds modellt hozok létre róla, amelyet majd a munkadarabról elérhető CAD modellt felhasználva összehasonlítok az eredetivel, majd egy koordináta mérőgéppel fogom a főbb méreteit megmérni és ezeket az eredeti méretekkel, illetve a szkennelt modell méreteivel összehasonlítani. A fenti műveletekhez alkalmazott eszközök a Breuckmann Smartscan 3D-HE szkenner illetve a DEA Micro-Hite 3D koordináta mérőgép. 7.1 A Breuckmann Smartscan 3D-HE szkenner bemutatása A reverse engineering céljából elvégzett szkenneléshez a tanszéken megtalálható Breuckmann Smartscan 3D-HE szkennert használom. Ez a piacon jelenleg kapható egyik legpontosabb készülék, amivel méret és alakhűen képezhetjük le az alkatrészt. A szkenner vezérlését és a mért adatok feldolgozását, valamint a modell létrehozását az Optocat nevű szoftver végzi. A szkenner két kamerából és egy projektorból áll. A projektor, ami ebben az esetben egy 100Wos halogén lámpa, végzi a strukturált kontrasztos fényminták alkatrészre vetítését. A két kamera valójában egy CCD szenzor, amely AVT Pike típusú. A felbontása 5 megapixel (2452x2054) és az adatokat egy nagy sebességű, IEEE 1394b adatkábelen küldi a feldolgozásra. Ezek a kamerák a fényforráshoz képest szögben helyezkednek el, az egyik +18, míg a másik -9 -kal van eltolva. A szkennerhez többféle kamera választható, amelyek egymástól a látómezőjük nagyságában, felbontásukban és a pontosságukban különböznek. Természetesen minél nagyobb a látómező, annál kisebb a felbontás és az elérhető pontosság. A tanszéken háromféle objektív elérhető ezek adatait az alábbi táblázatban összesítem. 27

28 SM2055-HE5-125 SM2055-HE5-300 SM2055-HE5-475 Látómező (átlósan) [mm] Max. látómező [mm 2 ] 100x85 235x x310 Felbontás [µm] Pontosság [µm] ±9 ±22 ±35 Mélységérzékelés [mm] táblázat A kamerák adatai 7.2 A DEA Micro-Hite 3D mérőgép bemutatása Ez egy kézi vezérlésű koordináta mérőgép, amely egy PC-DMIS nevű szoftver segítségével végzi az adatok feldolgozását és a mérések végrehajtását. Az egyszerűbb kezelés érdekében minden tengely mozgása külön-külön zárolható, így megkönnyítve a pontok pontos felvételét. Működése során nagyon fontos a megfelelő hő, torziós és geometriai stabilitás így az egész szerkezet alumíniumból készült. Ezenkívül a mérőgép optimális működési hőmérséklete a megfelelő pontosság eléréséhez 20 C ±1 C. A maximális mérhető méretek az XYZ síkokban 460 mm x 510 mm x 420 mm. A gép pontossága 7 µm és az egyes mérések 2 µm-es határon belül reprodukálhatók. 13. ábra DEA Micro-Hite 3D [15] 28

29 8. AZ OPTOCAT 2009 SZOFTVER BEMUTATÁSA [16] Az Optocat a Breuckmann smartscan szkennerhez tartozó adatfeldolgozó program. Ennek segítségével tudjuk a szkennert vezérelni, az egyes szkennelések eredményeit feldolgozni és végső soron az egész háromdimenziós modellt létrehozni. 14. ábra Az Optocat szoftver kezelőfelülete A fenti ábrán látható a program kezelőfelülete, a kék négyzetrácsos hátterű ablak a munkaterület, ebben látható a jelenlegi modell, amely a különböző szkennelésekből állt össze, felette a két kisebb ablakban a szkenner kamerái által látható kép jelenik meg. A munkaterület alján lévő kis ikonok mutatják, hogy az egér gombjainak és a billentyűk segítségével milyen műveleteket lehet elvégezni, ezek lehetnek mozgatás, forgatás, nagyítás. A jobb oldali menükben felül aktuálisan beállított paraméterekről kapunk tájékoztatás, alatta pedig az egyes szkennelések felsorolása látható, amelyekből összeáll a munkaterületen látható modell. A bal oldali menü tulajdonképpen a főmenü. Itt végezhetjük el a szkenneléseket, inicializálást, összeillesztést majd a modell feldolgozását és CAD fájl létrehozását. 29

30 A szkennert szükséges kalibrálni minden használni kívánt objektívhez, de ezeket elmenthetjük így később elég csak a már elmentett kalibrálást betölteni. A következő lépés az inicializálás, amely során beállíthatjuk a szkennelés tulajdonságait. Itt különböző csoportokba szedve találhatunk opciókat, ezek: Felvételre vonatkozó beállítások Maszkolásra vonatkozó beállítások Háromszögelésre vonatkozó beállítások A pontháló szűrésére vonatkozó beállítások A felvételek összeillesztésére vonatkozó beállítások A textúrára vonatkozó beállítások Egyéb opciók (megjelenített beolvasások száma, felvétel frekvenciája, textúra színes legyen vagy fekete-fehér, a kétdimenziós szűrő típusa, mérete) Ezek után adhatunk nevet az új projektünknek és elkezdhetjük a szkennelést. Először érdemes a kamerákat úgy beállítani, hogy az általuk kibocsátott lézerfény nagyjából egy pontba essen, majd ezután exponálni és a felvétel elkészíthető. Ennek során a szkenner különféle kontrasztos mintákat vetít a munkadarab felületére és a két kamera által különféle szögekből látott kép alapján hoz létre egy felvételt. Ezután a már meglévő modellen és az újonnan készített felvételen kell az egymásnak megfelelő pontokat megjelölni, ebben segíthetnek a munkadarabra tett jelölések, esetleg a munkadarab mellé elhelyezett kis jelölők (például gyurmából). Ha végeztünk, a következő ablakban beállíthatjuk, hogy a megjelölt pontokat a program milyen pontossággal találja meg. Itt a keresési területet érdemes először egy magasabb értékre (1-5 mm) állítani, majd ezt a folyamatot többször elvégezni egyre kisebb értékkel. Az iterációk számának növelésével is tudjuk az eredményt pontosítani. Ezzel a módszerrel csak a már meglévő teljes modellt és az új felvételt hasonlítja össze, ez bonyolultabb felületek, vagy sok felvétel esetén már nem vezet eredményre, ezt abból láthatjuk, amikor a bal oldali ablakba különféle csoportokat hoz létre a program. Ilyenkor az a teendő, hogy ebből a párbeszédablakból kilépve a főmenüben található Align gomb segítségével végezzük az összehangolást. Itt a program már az összes eddig felvételt külön-külön próbálja az újjal 30

31 összehangolni, ez természetesen jóval számításigényesebb feladat, így tovább tart, de jobb eredményt tudunk így elérni. A feldolgozás menü segítségével tudjuk a felvételeket összeilleszteni, hogy megkapjuk a végső CAD modellt. Elvégezhetünk kisebb módosításokat is, például kivághatunk nem kellő részeket a modellből, de erre sokkal egyszerűbben használható a Geomagic nevű program. Ennek az oka az, hogy az Optocat szoftverben végzett módosításokat nem tudjuk visszavonni, ezért érdemes a nem kellő felületeket csak durván kivágni, a finomabb műveleteket pedig később elvégezni. A Merge gombbal indítható az összeillesztés, ahol még néhány beállítást meg kell adnunk mielőtt a CAD modell elkészül. 31

32 9. A MUNKADARAB SZKENNELÉSE A választott alkatrész egy kovácsolószerszám, amely szimmetrikus és tartalmaz kúpos felületeket is. A következő ábrán a szerszám műszaki rajza látható. Ennek az alkatrésznek a szkennelése során fogok megismerkedni a szkenner használatával, alapvető funkcióival, amely ismereteket egy bonyolultabb, matematikai függvényekkel definiált, áramlástani munkadarab szkennelése során fogom felhasználni. 15. ábra A kovácsolószerszám műszaki rajza 9.1 A szkennelés lépései A. Először a szkenneren az objektívet kicseréljük a feladathoz leginkább megfelelőre, ami ebben az esetben a legkisebb látómezőt, de a legnagyobb felbontást és pontosságot adó kamera. Ennek a kódszáma: SM2055-HE5-125 B. A második lépésben a programban egy új projektet készítünk amelybe mentjük a beszkennelt adatokat. C. Ezután az munkadarab előkészítése következik. Mivel fényes felületű, ezért szükséges egy penetráló spray-vel befújni, ami matt, fehér színűre festi a munkadarab felületét. Majd a különböző szkennelések Optocat programban történő összeillesztését megkönnyítendő különböző jelöléseket teszünk a munkadarabra. 32

33 D. Végül a munkadarabot egy fekete asztalon elhelyezett forgótányérra tesszük. A fekete színű asztalra a kontraszt miatt van szükség, így jobb minőségű lesz a szkennelés. Ezzel az előkészületekkel végeztünk. A munkadarabról különböző oldalakról és szögekből felvételeket készítünk és ezeket az Optocat szoftverben az előzőleg megjelölt pontok segítségével összefésüljük. Ez úgy zajlik, hogy a már meglévő modellt és az újonnan készített felvételt megközelítőleg egy helyzetbe forgatjuk, majd a két képen megjelöljük az azonos pontokat. Az eredmény akkor lesz kielégítő, ha más-más síkokból vesszük fel a pontokat. Ezt a folyamatot szemlélteti a következő ábra. 16. ábra Azonos pontok kijelölése A fenti képen, baloldalon található a már meglévő modell, míg a jobboldalon a frissen készített felvétel. Az azonos színű gömbök jelölik az azonos pontokat. A sötét pontok, amelyekbe a jelölőgömböket helyeztük az előkészítéskor megjelölt pontok. A bal oldali ábrán látható zöld felület mutatja meg, hogy az aktuális felvétel mely területeken fogja kiegészíteni a már meglévő modellt. 33

34 17. ábra A félkész modell A 17. ábra a már majdnem befejezett modellt mutatja. Látható, hogy a fő kontúrok már létrejöttek, de a szkenner által nehezebben belátható helyeken még hiányos a modell. Azonos színnel vannak jelölve az egy szkennelés által létrejött felületek. 18. ábra A végleges modell 34

35 A végleges modellt az előző ábrán látható. Ez tizennyolc darab szkennelés után jött létre és már csak kisebb hibák vannak rajta, amelyeket az összeillesztés segítő jelölések okozzák. Ezeket majd utólag tudjuk a Geomagic program segítségével befoltozni. A képen jól látható, hogy a középső kúpos felületen egy elég nagy hiba keletkezett még a gyártás közben, így ez a munkadarab selejt. Később megtörtént egy jó munkadarab szkennelése is, amelynek a segítségével azt fogom megvizsgálni, hogy két ugyanolyan darab szkennelése során az egyes méretek, illetve felületek mennyire egyeznek meg. 35

36 10. A SZKENNELÉS KIÉRTÉKELÉSE Először az Optocat programban létrejött modellt a Geomagic segítségével ki kell javítani. A program egyszerű kezelhetőségének köszönhetően és, mivel a hibák síkfelületeken vannak, mindössze csak a hibákat kell megkeresni, majd azokat kijelölve a program elvégzi a befoltozásukat. Ha ez nem állna fent, akkor a program segítségével az egyszerű geometriai felületeket megkereshetjük (kör, négyszög, gömb, henger, kúp, stb.) és ezeken a megfelelő geometria megrajzolható. A következő ábra a Geomagic segítségével kijavított modell látható. 19. ábra A kijavított modell Ezt a modellt ezután összehasonlíthatjuk az eredeti CAD modellel vagy egy másik szkennelés végeredményével is. Természetesen különféle méréseket is végezhetünk, például két tetszőleges pont távolságát a tér minden irányában vagy a modell egyszerű geometriai felületekre bontása után a különböző felütetek jellemző méretei is kiírathatók. 36

37 10.1 A hibás munkadarab összehasonlítása az eredeti CAD modellel Az előzőekben bemutatott kovácsszerszám modelljének az összehasonlítását a Geomagic szoftver egyik funkciójának segítségével fogom elvégezni. Ennek a működéséhez választani kell egy referencia modellt, amit be kell tölteni a programba, majd a referencia és a vele összehasonlítandó modellt egymáshoz képest orientálni kell, ami az Optocat szoftver megoldásához hasonlóan működik itt is. A két kép egy helyzetbe forgatása után minimum három, de maximum kilenc egymásnak megfelelő pontot kell megjelölni külön-külön a két modellen és így az orientáció megtörténik. Ez a módszer a programban az N-Point Alignment nevet viseli. Ezután a Best Fit Alignment opciót használtam, amellyel a már előzőleg orientált modellek a program egy algoritmusának segítségével még pontosabban egymáshoz illeszti az objektumokat. Ezeken kívül még megtalálható az úgynevezett Feature Based Alignment, ahol egyszerű geometriai felületek segítségével orientálhatjuk a modelleket. Az RPS Alignment referencia pontokkal végzi az illesztést, míg az Align To World valamely síkok vagy a koordináta rendszer origója szerint. A programban az összehasonlítást a Deviation funkció segítségével végezhetjük el. A funkció alkalmazásának feltétele, hogy a két modell egymáshoz legyen illesztve, valamint ki legyen kiválasztva az a modell, amit referenciának fogunk használni. Ezután megadhatunk pár olyan paramétert, amelyek alapján a program létrehozza az eltéréseket mutató ábrát. Ezek a következőek: maximális figyelembe vett eltérés hány különféle színnel jelölje a különböző nagyságú eltéréseket maximális és minimális kritikus eltérés maximális és minimális névleges eltérés 37

38 A következő ábrán a hibás munkadarabot hasonlítom össze az eredeti CAD modellel a fent részletezett funkció segítségével. 20. ábra A hibás és az eredeti modell összehasonlítása A programban beállítható maximális kritikus eltérést negatív és pozitív irányban is 0,1 mm-re vettem. A névleges eltérést pozitív és negatív irányban is 0,01 mm-re állítottam be. Jól látható, hogy negatív irányban a legnagyobb eltérést a hiba okozza, ez a képen kékkel van jelölve. Pozitív irányban a külső kúpos felületen a legnagyobb az eltérés, ezt a program piros színnel jelöli. A maximális eltérés pozitív irányban 1,6913 mm, negatív irányban 5,5569 mm. Átlagosan az eredetitől pozitív irányban 0,0462 mm-rel, negatív irányban 0,0943 mm-rel tér el. Ez utóbbi számot jelentősen felfelé húzza a hiba miatti eltérés. 38

39 10.2 A jó munkadarab összehasonlítása az eredeti CAD modellel Az előzőekhez hasonlóan ebben az esetben is először orientálom egymáshoz a két modellt. A kritikus és névleges eltérést az eredmények összehasonlítása érdekében itt is ±0,1 mm és ±0,01 mm-re választom. 21. ábra A jó és az eredeti modell összehasonlítása Az előző modellhez képest itt a felületminőség kevésbé lett pontos, a felület kevésbé sima. A síkfelületeken főleg ez okozza az eltéréseket. Ezenkívül a kúpos felületeken is nagy az eltérés pozitív irányba. A maximális eltérés pozitív irányban 1,9311 mm, negatív irányban 2,2530 mm. Átlagosan a eredetitől pozitív irányban 0,0697 mm-rel, negatív irányban 0,0679 mm-rel tér el. Ebből megállapítható, hogy a hibától eltekintve az eltérések nagyobbak, mint a hibás munkadarab szkennelése után. Ezt okozhatja a szkennelés pontatlansága, de akár az is, hogy nem teljesen sikerült a két különböző darabot azonosra legyártani, valamint az esetleges orientálás során elkövetett hiba is. 39

40 10.3 A két szkennelt modell összehasonlítása Ebben az esetben, mivel az eltérések hasonló nagyságrendűek szintén ±0,1 mm és ±0,01 mmre választom a kritikus és névleges eltérés maximális értékét. Az orientáció a programban az előzőektől eltérően automatikusan megtörtént. 22. ábra A két szkennelés összehasonlítása A maximális eltérés pozitív irányban 1,6385 mm, negatív irányban 5,8778 mm. Átlagosan az eredetitől pozitív irányban 0,0393 mm-rel, negatív irányban 0,0471 mm-rel tér el, de ez utóbbit a selejt munkadarab hibája is növelte. A fenti adatokból megállapítható, hogy a szkenner még az általunk okozott eltéréseket is beleszámítva amelyek a szkennelések összeillesztése Optocatben, illetve a modellek összeillesztése a Geomagicben következtében jöttek létre nagyon pontos reprodukálására képes a tárgyaknak. Az átlagos eltérések minden esetben 0,1 mm-en belül maradtak és a maximális érték minden esetben - a hibát, amely nem a szkenner hibája figyelmen kívül hagyva - kevesebb volt, mint 2,5 mm. 40

41 10.4 A koordináta mérőgép által mért adatok összehasonlítása a szkennelt modellel A Geomagicben a mérés megvalósításához először az egyszerű geometriai felületeket kell létrehozni és az ezek közti távolságokat tudjuk megmérni. Mivel a különböző felületeket pontosan létrehozni elég körülményes, ezért a mérés pontatlansága megnő. Mivel koordináta mérőgéppel csak a hibás munkadarabot sikerült megmérni, ezért az összehasonlító táblázatba csak azok méreteit vettem fel. A megmért adatokat az összehasonlító táblázatban betűkkel jelöltem, amelyeket az alábbi ábrák szerint vettem fel. 23. ábra Összehasonlítás első magyarázó ábrája 41

42 24. ábra Összehasonlítás második magyarázó ábrája Jel Koordináta mérőgéppel mért adat Szkennelt modell jellemző méretei h1 [mm] 10,380 10,3895 h2 [mm] 3,286 3,2661 h3 [mm] 13,541 13,5517 d1 [mm] 147,55 147,1855 d2 [mm] 126, ,123 d3 [mm] 33,18 33,6214 α1 [ ] 6,986 7 α2 [ ] 3, táblázat A különböző adatok összehasonlítása A fenti táblázat alapján megállapítható, hogy a szkenner által előállított modell méret és alakhelyessége is elég nagy, az egyes egyszerű geometriák létrehozása közben a felhasználó által a mérésbe vitt pontatlanságok ellenére is a maximális eltérés sehol se éri el az 1 mm-t, sokszor tizedes pontosságon belül van. 42

43 11. A LAPÁTFELÜLET SZKENNELÉSE A következőekben egy lapátkerék egy lapátját fogom szkennelni, majd a létrejövő modellt az eredeti CAD modellel összehasonlítani. Az első szkennelés során a lapátról még az agy egy részével együtt készült modell, majd ez alapján elkészítették az alkatrész CAD modelljét, amely alapján legyártásra került egyetlen lapát már természetesen az agy nélkül. Ezt a legyártott munkadarabot szkenneltem be, majd az erről készített modellt fogom összehasonlítani az eredeti szkenneléssel és a CAD modellel, amely alapján legyártották. Ennek során megismerhető a szkenner pontossága háromdimenziós, bonyolult, áramlástani testek esetében is, valamint a Geomagic program lehetőségei a modell felületének a finomítására, módosítására és javítására. 25. ábra A lapátkerék szkennelése A fenti képen látható az Optocat segítségével összeállított modell, amely 16 darab felvétel összeillesztése után készült el. A piros nyíllal jelölt különálló testet, ami valójában a felvételek 43

44 összeillesztéséhez használt jelölőgyurma, még az Optocat programban eltávolítottuk, mivel elég nagy és a fontos részektől távol lévő volt, hogy ezt nagy biztonsággal megtehessük. A lenti képen látható a szkennelés utáni modell, amelyen még jól látszanak a felületen lévő anyagfolytonossági hibák, nagy részük a sarkok mentén helyezkedik el és elég kicsik ahhoz, hogy könnyen javíthatóak legyenek, akár automatikusan is a Geomagic által, de vannak nagyobb hibák is, amiket már manuálisan kell kijavítanunk. 26. ábra A szkennelés után létrejövő nyers modell A javításokat a Fill Holes funkció segítségével végezhetjük el. Kis hiba esetén elégséges csak a hibára kattintani és a lyuk kitöltődik, de rendelkezésre állnak olyan eszközök is, amelyeknek segítségével nagy hibákat is viszonylag pontosan kijavíthatunk. Ilyen például, hogy két felület közé egy hidat készíthetünk, így csökkenthetjük a kitöltendő felületet, valamint beállítható, hogy foltozó felület íves, tangenciális vagy teljesen sík legyen. 44

45 27. ábra Hidak alkalmazása a javítás során A fenti képen jól látható egy elég nagy hiba, amelyet nem célszerű egy darabban javítani, mivel sokáig tart és az eredmény meglehetősen pontatlan lesz. Itt hidakat alkalmaztam és ezek a hidak jó közelítéssel lekövetik a lapátkerék eredeti felületét ábra A kijavított felület

46 A 28. ábra mutatja a kijavított felületet, amelyet már a teljes befedés segítségével végeztem el, szintén íves foltozást használva. Látható, hogy a végeredmény egy vonal mentén eléggé szögletes lett, ezt később majd további funkciókat alkalmazva tudom majd finomítani. A fentebb részletezett műveleteket el kell végezni minden helyen, ahol a szkennelés nem sikerült, ezután lehetséges a felület további pontosítása, amelyhez a több eszköz áll rendelkezésre. A következőkben részletezett lehetőségek alkalmazhatók az egész modellre, vagy akár egy kisebb, általunk kijelölt területre is. A modell nagyon sok kisméretű háromszögből épül fel, ezek száma jelen példánkban több, mint egymillió darab. Az egyik funkcióval az ilyen háromszögek számát tudjuk csökkenteni, anélkül hogy a modell formája megváltozna. Az opciók között beállítható egy diszkrét szám is, amennyire csökkenteni akarjuk, de megadhatunk százalékos értéket is, azaz, hogy hány százalékára csökkenjen az eredetinek a háromszögek száma. Egy ötfokozatú skála segítségével beállítható az is, hogy a művelet során mekkora prioritás kapjon az eredeti ívekhez és hálóhoz való hűség. A programban ezt a lehetőséget a Decimate menüpont alatt találhatjuk meg. Az alábbi ábrán látható, hogy az eredeti háromszögszám 30%-ára csökkentésével jelentősen csökkenteni tudtuk a CAD modell és a szkennelés közt fellépő maximális és minimális eltérés értékét. 29. ábra A háromszögek csökkentésének az eredménye Látható, hogy a negatív irányban, azaz ahol a CAD modellhez képest kevesebb anyag van, jelentősen csökkenteni tudtuk az eltérést. Pozitív irányban is közelíteni tudtunk az eredeti modellhez, míg az átlagos eltérések számottevően nem változtak. Néhány esetben hasznos lehet az, hogy egyetlen gombbal kitörölhetünk egy kiválasztott területet és ezt a program automatikusan kitölti. Jól jöhet ez akkor, ha a szkennelés során egy adott terület pontatlanra, túlzottan zajosra sikerült és az eredeti felületet jobban közelítené egy 46

47 egyszerűbb síkfelület. Főleg durvább hibákra alkalmazható, kisebb hibák javítására rendelkezésre áll más eszköz. Ez az eszköz a programban a Remove Spikes (tüskék eltűntetése). Ezzel a nevének megfelelően a felületen lévő tüskéket tünteti el, hogy egy jóval simább felületet kapjunk. A mértéke itt is több fokozatban állítható. Egy másik eszköz a Relax (lágyítás) nevet viseli, amellyel csökkenthető az egyes poligonok (háromszögek) közti szög, így egy lágyabb felület érhető el. A beállítható paraméterek a lágyítás mértéke, erőssége, valamint az eredeti formához való hűség prioritása. Ha szükséges, megadhatjuk az eredeti háló és a módosítás utáni háló közötti eltérések maximális értékét is. Lehetséges a modell hálóját nagyobb mértékben is átszabni a Sculpt (skalpolás) segítségével. Ezzel elvehetünk vagy hozzáadhatunk anyagot a modellhez. Ezt egy általunk kiválasztott részen hajthatjuk végre. Ez történhet egy kör alakú területen, amelynek az átmérőjét mi adjuk meg, pontok megadásával, amiket a program egy vonallal összeköt, kijelölhetünk egy tetszőleges területet vagy egy általunk megadott méretű ellipszis által befedett területen. Az egy lépésben eltávolított vagy hozzáadott anyag nagyságát is mi adhatjuk meg. A Remesh (újrahálózás) lehetővé teszi a háló háromszögeinek az újraosztását, ezzel egyenletesebben elosztott poligonhálót létrehozva. Hasznos lehet a durva vagy ritka poligonhálóval rendelkező modellek esetén. A beállítások közt megadható az új háromszögek oldalainak hossza és, hogy a modellen található csúcspontokat meghagyja vagy újakat hozzon létre. A Mesh Doctor (háló doktor) lehetővé teszi akár modellben lévő lyukak gyors javítását vagy a tüskék eltüntetését, valamint az olyan poligonok, amelyek a hálóhoz nem csatlakoznak mind a három oldalukkal, kitörlését. Tulajdonképpen ez a fentebb felsorolt műveletek egy részét tudja automatikusan, gyorsan elvégezni, célszerű a nagyobb hibák befoltozását követően a modell további javítását ezzel kezdeni. 47