Concepte Noi Utilizate In Fabricatia Produselor Industriale

Cap. 6 Biblografie

[1]http://www.researchgate.net/publication/237076192_The_Reconstruction_of_a_3D_Component_Through_Reverse_Engineering.

[2] http://masuratori3d.blogspot.ro/2010/05/tehnici-de-scanare-3d.html.

[3]http://www.academia.edu/718371/Realitatea_Virtuala_Virtual_Reality_Tehnologie_Moderna_a_Informaticii_Aplicate.

[4]http://www.mdmstandard.ro/download/resurse/Masini%20de%20masurat%20in%203%20coordonate.pdf.

[5] http://www.agir.ro/buletine/1883.pdf

[6] http://webbut.unitbv.ro/teze/rezumate/2011/rom/CoblisIonelCatalin.pdf.

[7] http://www.scribd.com/doc/227490099/Conceptia-Si-Proiectarea-Produselor-Curs-NX

[8]http://stiintasiinginerie.ro/wp-content/uploads/2013/12/23-57-APLICAREA-INGINERIEI-INVERSE-PENTRU-RECONSTRUC%C5%A2IA-GEOMETRIEI-UNUI-ROTOR.pdf

[9] http://ro.scribd.com/doc/47107624/Curs-11-SCANAREA-3D

[NUME_REDACTAT] 1. Prezentarea și justificarea temei alese

Cap. 2 Noțiuni generale. Stadiul actual: model real, model virtual, concept Reverse-Engineering

1.1 Noțiuni generale

Cap. 3. Posiblitati de realizare a modelului virtual

2.1 Noțiuni generale

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Concepte noi utilizate în fabricația produselor industriale.

Studiu de caz: fabricația produselor folosind prototipul virtual.

[NUME_REDACTAT] 1. Prezentarea și justificarea temei alese

Cap. 2 Noțiuni generale. Stadiul actual: model real, model virtual, concept Reverse-Engineering

1.1 Noțiuni generale

Cap. 3. Posiblitati de realizare a modelului virtual

2.1 Noțiuni generale

Capitolul 1. Prezentarea și justificarea temei alese

În raport cu o problemă atât de importantă pentru industrie cum este realizarea cât mai precisă a pieselor ce sunt utilizate în sisteme performante care lucrează de multe ori în condiții extreme, verificarea metrologică eficientă și timpul necesar acesteia, sunt elemente care influențează eficiența producției. De aceea, măsurarea corectă a suprafețelor este o activitate care utilizează diferite tehnici de măsurare prin contact și fără contact implementate pe echipamente și sisteme de măsurare performante, care să corespundă standardelor ridicate impuse de evoluția industrială.

Pornind de la aceste considerații, lucrarea intitulată „Concepte noi uilizate în fabricația produselor industriale. Studiu de caz: fabricația produselor folosind prototipul virtual.” își propune să realizeze trateze noile concepte privind fabricația produselor industriale din punct de vedere teoretic și de a experimenta pe o piesă unul dintre aceste concepte noi. Sunt îmbinate specificul scanării utilizând tehnicile de palpare cu și fără contact prin intermediul mașinii de măsurare în coordonate, cu specificul utilizării programelor speciale în domeniul ingineriei pentru prelucrarea de informații, utilizarea de ecuații și programarea de algoritmi, având drept scop îmbunătățirea procesului metrologic.

Conceptul nou tratat în prezenta lucrare îl reprezintă REVERSE ENGINEERING, în traducere inginerie inversă. Utilizarea tehnicii reverse engineering (RE) permite ca un produs 3D sau un model să poată fi rapid transformat într-o formă digitală, apoi remodelate și pregătite pentru prototipare rapidă sau chiar fabricare rapidă.

Un deziderat major este acela că această tehnică a RE poate să ofere suficientă satisfacție din punct de vedere a performantei tehnice, dar și suficient de accesibilă din punct de vedere a costurilor.

Cap. 2 Noțiuni generale. Stadiul actual: model real, model virtual, concept Reverse-Engineering

1.1 Noțiuni generale

Deși cunoscută de mai bine de 10 ani, măsurarea tridimensională (3D) este o tehnică relativ nouă, în continuă dezvoltare, cu aparate și echipamente (scanere 3D) încă din faza de testare, dar care ar putea revoluționa și facilita tehnicile de măsurare clasice. Scanarea 3D este procesul de copiere a informațiilor digitale ale geometriei unui obiect fizic (solid), de aceea este cunoscută ca digitalizare.

“Digitalizarea” sau “digitizarea 3D” este un procedeu care utilizează un palpator de digitizare cu contact sau non-contact pentru a capta forma obiectelor și a le recrea într-un spațiu de lucru virtual printr-o rețea foarte densă de puncte (xyz), sub formă de reprezentare 3D. Datele sunt colectate sub formă de puncte și fișierul rezultat este numit “nor de puncte”. Tipul de informații de “nor de puncte” sunt, de obicei, post-procesate într-o rețea de poligoane mici (mod simpu), care sunt numite rețea poligonală 3D. Acest tip de informații pot fi salvate în diferite formate CAD, cele mai frecvente find formatul STL (surface tessellation language).

Achiziția se realizează printr-o interfață “material” (scaner 3D) cu ajutorul palpatoarelor și senzorilor, precum și modelarea prin intermediul unei interfețe “software” (software de scanare 3D) folosind algoritmi. Datele 3D colectate sunt utile pentru o gamă largă de aplicații. Multe tehnologii diferite pot fi folosite pentru a construi aceste dispozitive de scanare 3D, fiecare tehnologie vine cu propriile sale limitări, avantaje și costuri.

TEHNOLOGII DE SCANARE 3D

Până la apariția noilor tehnologii, digitizarea a fost limitată de viteza capului de scanare și alegerea corectă a sistemului de palpare, tipul piesei scanate și bugetul pentru achiziționarea sau dezvoltarea sistemului de scanare. Chiar dacă sunt destinate pentru copierea saucontrolul geometric, sau mai degrabă modelarii geometrice virtuale sau realizării de produse, o clasificare bine stabilit le împarte în două tipuri: scanare 3Dcontact și non-contact (fig. 2). Scanarea 3D non-contact poate fi împărțita în continuare în două categorii principale, scanare activă și scanare pasivă. Contact se referă la contactul mecanic al suprafețelor în timp ce tehnologiile non-contact (fără contact mecanic) utilizează surse optice, laser sau o combinație a ambelor de atât pentru reproducere fidelă a suprafeței scanate.

Înainte de a obține un rezultat optim, cu o anumită tehnologie, este vital să se asigure că „achiziția senzorială“ corespunde aplicației. Criterii de acuratețe, rezoluție, viteza de achiziție, viteza de măsurare, grade de libertate sau configurarea potrivită și repetabilitatea procesului trebuie să fie luate în considerare.

Tehnologia de scanare 3D contact

În măsurarea 3D, palpatorul atinge proba supusă măsurării, în timp ce obiectul este în contact sau în repaus pe o placă de precizie cu suprafața plană, șlefuită și lustruită la un maxim specific al rugozității suprafeței. În cazul în care obiectul care trebuie scanat nu este plat sau nu poate fi așezat stabil pe o suprafață plană, acesta este sprijinit și ținut ferm în loc de un dispozitiv. Mecanismul scanerul poate avea trei forme diferite:

un sistem de transport cu brațe rigide menținute strâns în relație perpendiculară și fiecare axă aluneca de-a lungul unei piste;

un braț articulat cu componente rigide și senzori unghiulari de mare precizie;

o combinație a ambelor metode;

O MMC (mașină de măsurare în coordonate) este cel mai bun exemplu al unui scaner 3D cu contact. Aceasta este utilizată în principal în fabricare și pot fi foarte precisă, dar are anumite dezavantaje.

Tehnologia de scanare 3D non-contact

Tehnologiile fără contact folosesc senzori optici, surse de lumină laser, sau o combinație acelor două (acestea sunt cele mai performante tehnologii de vedere economic și tehnologic viabile de scanare non-contact) pentru reproducerea fidelă a suprafeței scanate. Alte metode de scanare non-contact sunt fotogrammetria, razele X, scanarea cu tomografie computerizată și scanarea cu rezonanță magnetică. Senzorii cu laser non-contact și cei vizuali s-au dezvoltat ca și alternativă pentru înlocuirea celor cu contact, unde contactul fizic nu este posibil în cazul suprafețelor fine sau finisate delicat, superfinisate sau cu asperități mari și cele cu muchii ascuțite.

Impactul tehnologiei scanării 3D asupra dezvoltării produsului

Companiile adoptă noi tehnici și încearcă noi metode de a-și eficientiza producția și costurile pentru a atinge cerințele producției curente globale.

Printre recentele descoperiri tehnologice, există un real interes în scanarea laser, care este și rapidă și disponibilă. Adesea, timpul necesar până la vinderea produselor poate decide evoluția noului produs. De aceea, companiile încearcă să lucreze cu clienții lor

mai mult în procesul de concepție înțelegând mult mai bine necesitățile clientului înainte de etapa de producție. Procesul de scanare și posteditare poate avea loc în doar 4-5 ore. Acest tip de economisire a timpului presupune că companiile au abilitatea de a răspunde rapid schimbărilor pe piață. Un alt avantaj pentru producători constă în faptul că în multe cazuri codul G poate fi creat pentru echipamentele CNC direct din date scanate sau dintr-un fișier STL fără a include etapa producerii unui model cu suprafețe.

Aceasta înseamnă că un prototip poate fi făcut și aprobat, scanat, urmat apoi de realizarea unei matrițe care poate fi făcută ușor și rapid, toate acestea într-o singură zi. Datele scanate pot fi translatate oricăror formate de fișier CAD și accesibile unui număr mare de echipamente. După ce un produs a fost realizat, el poate fi scanat și datele rezultate comparate cu modelele geometrice CAD și deviațiile față de modelul geometric inițial pot fi determinate precis. Un alt avantaj care nu este atât de evident, este că odată ce obiectul se află în calculator ideile complexe pot fi aplicate ușor și precis. Astfel, procesele de fabricație se pot desfășoară în mai multe filiale ale aceleași companii din diferite locații de pe glob. O dată ce un prototip a fost scanat, ingineria, analiza, controlulcalității și alte funcții care de obicei aveau loc consecutiv pot avea loc în mod concurent înainte de a trimite respectivul produs spre fabricare.

Conceptul si tehnica de [NUME_REDACTAT] inversă (în engleză reverse engineering) este procesul de descoperire a principiilor de funcționare a unui dispozitiv sau sistem prin analiza structurii, funcției și operațiilor acestuia. De obicei, ingineria inversă implică dezasamblarea sau descompunerea sistemului sau dispozitivului respectiv și analizarea în detaliu a funcționării sale, cu scopul de a realiza un nou dispozitiv sau sistem similar, care nu copiază nimic din cel original.

Fig. Ingineria inversă

Originea reverse engineering-ului provine din industria japoneză, care folosea acest proces pentru creșterea producției în condițiile unei concurente mări a produselor și evitând astfel efortul întâmpinat la designul original.

[NUME_REDACTAT]-ul, folosit la început de toți cei care au pierdut proiectul de concepție original, a devenit azi o știință inginerească. Succesul japonezilor în ceea ce privește noile produse a condus de la început la considerarea reverse engineering-ului ca și proces de design.

Multe colegii americane au cursuri despre "ingineria inversă" (reverse engineering) bazate pe redesign, în loc de design-ul original.

Procesul de redesign fost inițiat prin obsevarea și testarea produsului. Ulterior produsul a fost dezasamblat și fiecare componentă a fost analizată în funcție de forma sa rolul funcțional, toleranțe de asamblare și proces de fabricare.

În anii care au urmat, atât europenii cât și americanii, au realizat instrumente puternice care conduc la reducerea ciclului de obținere al produselor.

De regulă, cele mai multe procese de RE pot fi folosite fără realizarea propriu-zisă a unui prototip.

Soluția:

– realizarea unei mașini de măsurare tridimensională pentru palparea suprafeței care trebuie copiată ,însoțită permanent de un software de prelucrare a informațiilor / datelor. Aceste informații sunt de altfel date digitale care vor fi semnale de intrare pentru prelucrarea în softuri de tipul CAD CAM.

– obținerea unor rezultate spectaculoase și extrem de performante prin utilizarea tehnicii grafice computerizate de tip „buffer”-intermediarul dintre XYZ machine și soft CAD cu posibilitatea simulării și animării componentelor care fac obiectul cercetării/ producției.

J. Birne, în anul 1992 a pus bazele [NUME_REDACTAT] a Soft-urilor pentru Re-Engineering și a definit direcțiile care complementează ingineria tradițională (directă), conform diagramei de mai jos:

Fig. 1

De altfel prin cele două metode de inginerie se poate observa gradul de abstractizare a problematicii realizării conceptelor de analiza, design și modalitatea realizării produsului:

Fig. 2

Aparatura :

(CMM) from FARO® [NUME_REDACTAT].

– asigură acuratețea desenelor tehnologice în formatul dorit de către utilizator :

2D: .slddrw, AutoCad.dwg, dxf or .jpg, .pdf, .tif…3D: .sldprt, .iges, parasolid, ProE.prt, STEP, ACÂȘ

Pasul nr.1 – se alege componentă care urmează să fie analizată/prelucrata;

Model de realizare a unui produs cu o mașină de măsurat coordonate

Pasul nr.2 – se execută măsurătorile……………..

Pasul nr.3 – se crează desenul complet folosind ultima versiune a soft-ului Solidworks iar forma finală a desenului tehnologic se alage în formatul dorit (2D sau 3D)

Astfel, pot fi definite 3 etape în procesul RE:

– Etapa 1. – Folosirea unui dispozitiv sau tehnică pentru introducerea elementelor de geometrie a obiectelor (de obicei sub forma punctelor X, Y și Z ale obiectului relativ cu sistemul local de coordonate)

– Etapa 2. – Folosirea unui program computerizat pentru a citi aceste date și pentru convertirea lor într-o formă folositoare;

– Etapa 3. – Transferarea rezultatelor din softwarele de modelare sau aplicație 3D, astfel încât acțiunea dorită de geometrie să fie îndeplinită. Uneori etapele 2 și 3 pot fi comune.

Nevoia de [NUME_REDACTAT]

Deși pare oarecum sfidătoare, această idee de a studia, demontă, măsură și culege toate informațiile despre un produs deja existent criticat de mulți specialiști un „furt de inteligenta”, reprezintă numai o viziune cu totul subiectivă și restrânsă din toate punctele de vedere.

Nu se are în vedere și avantajul pe care producătorii de bunuri comerciale îl au în procesul de remodelare și studiere a produsului în toate variantele acceptate de piață tot mai mult interesată de mărfuri cu calități noi și parametri indiscutabili superiori la prețuri din ce în ce mai mici.

Sunt avantaje indiscutabile pentru „obiectele” sau stările materiei fără o geometrie definită (plante, corpul uman, creațiile naturale…) în studiul și modelarea 3D. Începuturile modelarii geometrice din anii `60 și `70 odată cu implementarea soft-urilor CAD nu prevedeau asemenea opțiuni sau posibilități, dar odată cu dezvoltarea sistemelor de prelucrare a informației/datelor precum și dezvoltarea tehnologică a electronicii de vârf au permis în final abordarea problemei din cu totul alte puncte de vedere.

Spre exemplu, orice desen tehnologic ar exista, tot nu se va conforma întrutotul produsului final dorit de către producător, vor exista neconcordante, erori de fabricație..s.a.m.d. datorită unor cauze mai mult sau mai puțin legate de soft-ul de design utilizat, de posibilitățile acestuia, de pregătirea designer-ului, etc.

Sau, abordând problema din alt unghi de vedere, se poate vedea cât de ușor se poate „regândi și fabrica” un produs care nu mai are documentația originală, fie că e distrusă, incompletă, necorespunzătoare noilor cerințe tehnologice, etc.

Sau, cat de eficient ar fi ca pentru un designer sa existe posibilitatea de a „crea” el insusi ceea ce numai natura poate oferi, prin biodiversitatea ei desavarsita, pentru care nici un software nu ar avea o solutie eficienta.

Fig. Schema de principiu a RE

Se poate spune că procesul de RE începe odată cu produsul și lucrează în cursul procesului de design în direcția opusă pentru a ajunge la o stare de produs finit.

Ca și definire a celor două concepte, ingineria directă și ingineria reversibilă sau inversă se poate spune că deopotrivă sunt implicate în designul, fabricarea, construcția și întreținerea produselor sistemelor și structurilor.

Ingineria directă – este de fapt „procesul tradițional” de dezvoltare de la abstracțiunile de nivel înalt și designul logic, la implementarea fizică a unui sistem, iar:

– Procesul de reproducere a unui component existent, subansamblu sau produs, fără ajutorul desenelor, documentației sau a unui model computerizat se definește ca [NUME_REDACTAT].

– RE este foarte comun în diverse domenii precum ingineria de software, construcțiilor de mașini, produse de consum, microprocesoare, chimică, electronică, design mecanic etc…

Nevoia de a utiliza un soft CAD în situațiile de „free forme” poate deveni uneori imposibilă deoarece nu există certitudinea că modelul creat este intradevar 100% cel dorit de către designer.

Un alt motiv care impune RE este de a comprima timpul necesar dezvoltării produsului, necesar supraviețuirii producătorului pe o piață din ce în ce mai agresivă și competitivă, iar fără dezvoltarea acestuia eșecul este din start previzibil.

Motivele pentru care se utilizeza conceptul de RE sunt:

Producătorul original al unui produs nu mai produce acel produs, iar piața îl dorește;

Nu există documentația adecvată a desenului original;

Producătorul original nu mai există, dar cerințele clienților pentru produs/subansamble rămân valabile;

Designul original și documentația s-au pierdut ori nu a existat niciodată;

Câteva caracteristici negative ale produsului trebuiesc eliminate;

Uzura excesivă poate indica locul unde un produs poate fi îmbunătățit;

Îmbunătățirea calităților unui produs utilizat pe termen lung;

Analiza caracteristicilor pozitive și negative ale produsului;

Explorarea unor metode noi de îmbunătățire a performanțelor;

Modelul CAD original nu este suficient pentru a susține metodele curente de fabricație;

Dezvoltarea unor produse cu calități mai bune;

Furnizorul original nu mai este capabil sau nu dorește să ofere piese și subansamble de schimb;

Fabricanții care oferă echipamentul original nu doresc sau cer prețuri exagerate pentru piese de bază;

Îmbunătățirea materialelor uzate moral sau procesele de fabricație învechite cu tehnologii curente și mai puțin costisitoare.

Metoda RE:

[NUME_REDACTAT]/[NUME_REDACTAT] date

În mai toate cazurile RE are eficienta numai și numai când produsele dorite necesită investiții mari sau vor fi reproduse în cantități mari, având în vedere costul întregului proces.

RE se realizeza spre exemplu, pentru o piesă oarecare, se execută o scanare 3D pe anumite traiecte și coordonate impuse de procesul de prelucrare a informațiilor. Aceste date 3D sub forma unui „nor de puncte” sunt apoi transmise prin instrumentele de schizitie a informațiilor într-un sistem organizat, ordonat, corespunzător poziției geometrice reale a suprafeței scanate , față de un punct de referință stabilit anterior.

Datele sunt prelucrate matematic, geometric, logic, natural și convențional (NURBS dată acquisition system) și transferate softului CAD sau CAD / CAM / CAE. Dimensiunile (cotele X,Y și Z) punctelor determinate sunt reperele atât exterioare cât și interioare ale produsului / obiectului care sunt prelucrate (unite, conturate…) sub forma unor ecuații de stare generală și ulterior particulare, corespunzătoare unor zone / suprafețe / volume ale obiectului virtual care va fi redat de către soft. Aceasta multitudine de puncte va crea o imagine virtuală de suprafețe determinate, cu cât mai multe, cu atât corespondenta dintre real și virtual va fi mai mare , dar și o acuratețe mai bună a imaginii finale a produsului.

Se poate spune că RE începe cu produsul și lucrează în cursul procesului de design în direcția opusă pentru a ajunge la o stare de produs finit.

Factorii care influențează tehnica [NUME_REDACTAT]:

Alegerea mașinii tridimensionale de măsurat (MMT) trebuie să se facă în funcție de produs. În acord cu aplicațiile cerute, există mașini de măsurat 3D prin palpare punct cu punct sau mașini de măsurare 3D prin scanare.

Primul caz (palpare punct cu punct) – reprezintă metodă de contact direct cu produsul.

Scanarea – se execută cu fascicul laser – metoda indirectă, prin iradiere nedistructiva;

Diferențe între scanare și digitizare

De obicei acești termeni exprima același proces , dar termenul de digitizare este folosit îndeosebi pentru primul caz (palparea punct cu punct a reperelor discrete de pe suprafața analizată).

Tehnologia neinvaziva & nedistructiva prin iradiere cu fascicul laser, captează punct cu punct reflexiile defazate ale semnalelor modulate în frecvența.

Este un proces mult mai rapid, eficient, se poate desfășura practic pe orice configurație geometrică a conturului de analizat și , spre deosebire de metoda palpării punct cu punct, colectează sute de mii, milioane de repere, foarte avantajos din punct de vedere al acurateții și rugozității .

Scanarea se poate efectua în diferite profiluri, direcții, unghiuri și adâncimi, iar ceea ce este foarte important, în final se poate efectua o combinație de scanări într-un tot unitar, de o mare rezoluție și finețe, fiind cea mai recomandată aplicație din domeniul RE.

Odată ce obiectul există în baza de date, se poate apela ușor la aceleași caracteristici, chiar se pot îmbunătăți prin corelarea cu alte informații nou primite / achiziționate într-o multitudine de fișiere care completează complexitatea procesului (IGES, VDA-FS, ISO G-code, DXF,…)

Aceste fișiere CAD conțin informațiile curente despre :

– datele geometrice virtuale în orice format accesibil;

– conturarea suprafețelor, modificărilor aduse și analiza lor;

– analiza geometrică pentru evaluarea integrității formei.

În aceeași măsură softul va accelera timpul de ciclu în RE prin :

– creșterea calității suprafețelor prin crearea de curbe netede și continue;

– eliminarea timpului necesar pentru pregătirea documentației;

– eliminarea prototipurilor;

– creșterea calității produsului prin analiza sculei.

Procesul de producere și verificare a producției este un timp consumat care costă. Prin intermediul soft-urilor utilizatorii pot alinia precis datele scanate cu modelul geometric CAD pentru a evalua diferența dintre cele două. Noile meniuri din soft-urile [NUME_REDACTAT] permit realizarea rapidă a prototipurilor sculelor necesare producției.

Aplicațiile RE

Varietatea utilizării RE :

Proiectare – adaptarea unei structuri la o suprafață de contact pentru a comprima ciclul de finalizare;

Dezvoltare – prototipare rapidă și testarea prototipului, pentru evaluări economice, ale fluxului sau altă natură;

Fabricarea de scule – reducerea timpului necesar prelucrării și îmbunătățirea preciziei acestora;

Reparații – crearea pieselor noi din originale vechi, fracturate sau uzate;

Fabricație – dezvoltarea pieselor de echipament sau structuri unice;

Ameliorarea continuă a produselor și creșterea performanțelor acestora simultan cu reducerea ciclului și costurilor de fabricație au impus în ultimii ani printre altele și tehnica RE.

În mod special în procesele de fabricație prin injecție a produselor din materiale plastice și a sculelor aferente (matrița), se impune tot mai mult optimizarea concepției astfel că timpul necesar fabricației să fie cât mai scurt prin asimilarea conceptului dezvoltării rapide a unui produs . În acest domeniu , tot mai des produsele devin organice ca formă (free forme), iar proiectarea CAD-CAM devine dificilă.

Utilizarea tehnicii RE permite ca un produs 3D sau un model să poată fi rapid transformate într-o formă digitală, apoi remodelate și pregătite pentru prototipare rapidă sau chiar fabricare rapidă.

Un deziderat major este acela că această tehnică a RE să ofere suficientă satisfacție din punct de vedere a performanței tehnice, dar și suficient de accesibilă din punct de vedere a costurilor.

RE este de obicei eficiență din punctul de vedere al costului doar dacă produsele destinate RE necesită o investiție ridicată, sau vor fi reproduse în cantități mari ( cazul injectării în matrița). RE unei piese poate fi încercat, chiar dacă nu este eficient din punct de vedere al costului, în cazul în care piesa este absolut necesară și rolul ei este critic într-un sistem.

Cap. 3. Posiblitati de realizare a modelului virtual

2.1 Noțiuni generale

Măsurarea este un proces în care mărimea măsurată este comparată cantitativ cu o mărime de referință de același tip. Pe post de mărime de referință se utilizează o măsură care reprezintă unitatea sau părți ale acesteia. Prin procesul experimental de măsurare se individualizează mărimea măsurată ca multiplu sau parte a unității.

Din rezultatele unei măsurători pot fi trase concluzii privind:

– calitatea obiectului măsurat, de exemplu dacă piesa este conformă sau neconformă, dacă poate fi corectată;

– parametrii procesului de prelucrare, de exemplu dacă procesul este adecvat, starea mașinii-unelte, reglarea parametrilor procesului, alegerea sculei;

– capacitatea furnizorului de a fabrica produse cu caracteristicile cerute;

Conform DIN 1319, o instalație de măsurare, (Fig.6.1), îndeplinește următoarele funcțiuni:

• preluarea mărimii de măsurat;

• transmiterea și adaptarea semnalului de măsură;

• prelucrarea semnalului de măsură; compararea cu unitatea de măsură;

• indicarea valorii măsurate.

Există diferite criterii pentru clasificarea operațiilor de măsurare a elementelor geometrice, unul dintre acestea face distincția între:

– măsurarea cu contact;

– măsurarea fără contact.

Fig. Componentele unui sistem de măsurare

Măsurarea cu contact – Aceste tipuri de măsurări sunt cele mai frecvente în practică. Măsurarea lungimilor este de asemenea cel mai frecvent tip de măsurare. De aceea numărul aparatelor, mașinilor pentru măsurarea lungimilor este mare. Sunt utilizate: șublere, micrometre, ceasuri comparatoare, altimetre, și tot mai frecvent mașinile de măsurat în coordonate. Mașinile de măsurat în coordonate se impun datorită universalității lor, preciziei și productivității. Caracteristicile specifice a acestor aparate sunt:

– permit o reprezentare grafică a spațiului de măsurare;

– permit prelucrarea datelor primare obținute. Prelucrarea este asigurată de calculatoarele cuplate on-line, de microprocesoare sau de sisteme combinate.

În producția industrială, tehnica de măsurat în coordonate și-a găsit un loc stabil. În prezent, nu există nici o piesă a cărei dimensiuni să nu poată fi măsurate cu mașinile de măsurat în coordonate. Această universalitate și gradul înalt de automatizare, explică dominarea din ultimii 10 ani a tehnicii de măsurat în coordonate. Proliferarea mașinilor de măsurat în coordonate se explică și prin dezvoltarea prelucrărilor cu NC, dezvoltarea sistemelor flexibile de prelucrare cât și a metodelor de prelucrare fără îndepărtare de material. Modificarea conceptelor de proiectare prin dezvoltarea modelelor geometrice 3D, necesită în faza de concepție și în faza de producție, o supraveghere cu ajutorul tehnicii de măsurat în coordonate. Un alt factor important rezultă din necesitatea producerii de repere interschimbabile foarte precise cu toleranțe mici cea ce silește producătorul să garanteze dimensiunile pieselor livrate.

Fig. Desen piesă pipă ghidon

Piesă mai sus reprezentată, numită pipa ghidon reprezintă elementul de prindere al ghidonului unei biciclete și care în acesta lucrare se va studia realizarea acesteia cu ajutorul noilor concepte de realizare a produselor industriale.

Cap. 4 Transpunere model real în model virtual

3.1 Scanare 3D

Scanarea 3D a suprafețelor (digitizarea) reprezintă o metodă prin care se achiziționează informații despre o suprafață necunoscută. Informațiile obținute în urma scanării pot fi folosite pentru creearea programelor NC sau fișierelor CAD. Aceasta scanare a apărut ca urmare măsurătorilor 3D, din dorința de a achiziționa un număr mare de puncte într-un timp cât mai scurt. Dacă la măsurarea în coordonate cu MMC, achiziția punctelor se face discret, pailpatorul ridicându-se de pe suprafața palpată în coordonatele punctului au fost luate, a scanare palpatoul rămâne în contact cu suprafața achiziționând un nor de puncte dispus pe linii de scanare.

Fig.

3.2 Digitizarea 3D

Scanarea produsului, de asemenea cunoscută ca “digitizare” sau “digitizare 3D”, este un proces care utilizează un palpator pentru a capta forma obiectelor 3D și pentru a le recrea într-un spațiu de lucru virtual. Datele sunt colectate sub formă de puncte și fișierul rezultat este numit “nor de puncte”. Traseul parcurs în vederea digitizării este prezentat în figură de mai jos.

Fig. Tehnici de digitizare pentru generarea punctelor și geometrii 3D

Procesul de digitizare captează geometria, curbarea suprafețelor compuse și caracteristicile care sunt dificil de măsurat utilizând tehnici tradiționale de măsurare. 

Până nu demult, digitizarea era limitată de viteză de deplasare a capului de scanat. Alegerea corectă a sistemului de palpare depinde de tipul piesei ce se scanează și de bugetul alocat pentru achiziționarea sistemului de scanat. Cele mai des întâlnite sisteme sunt cele prin contact sau LASER. Alte metode de colectare a datelor precum secționarea fizică, scanarea distructivă, fotogrametria, raze X, scanarea cu tomografie computerizată și scanarea cu rezonanță magnetică sunt de asemenea disponibile. Ce tipuri de materiale pot fi digitizate. Materialele tipice care pot fi digitizate includ: piatra, ceramică, sticla, metalul, lemnul, plasticul, cauciucul și lutul. Datele care sunt colectate pot fi transformate în nor de puncte sau utilizate pentru :

1. R.E. și pot fi oferite ca un model CAD 3D;

2. Prototipare rapidă după ce au fost pregătite într-un format STL, STEP sau IGES;

3. Inspecție a produselor pentru a fi comparate cu un model CAD existent și utilizate pentru a crea un grafic color al erorilor.

Tehnologia pe care este bazat procesul:

1. Lumina este proiectată pe obiect (în cazul tehnologiilor ce folosesc lumina);

2. Obiectul reflectă lumina care este apoi colectată de un senzor digital;

3. Utilizând ecuații algebrice coordonata spațială 3D (X, Y, Z) a punctului de pe suprafață este calculată;

4. Locația punctului în sistemul de coordonate este stocată ca parte a unui nor de puncte ce reprezintă piesa fizică;

5. Milioane de puncte sunt colectate în acest fel până când întreaga suprafață a piesei sau piesa a fost digitizată;

6. Datele digitale (numite generic “nor de puncte” sunt folosite pentru R.E., [NUME_REDACTAT] sau inspecția produsului).

Chia r dacă sunt destinate copierii sau controlului geometric, sau mai degrabă realizării modelelor geometrice virtuale sau realizării produselor, se disting 2 grupe de tehnologii: cu sau fără contact. Contactul se referă la palpare de control sau la recopiere identică a suprafețelor, în timp ce tehnologiile fără contact se dezvoltă din ce în ce mai mult în domenii de aplicații unde evoluțiile tehnice sunt rapide.

3.3 Rezultatele tehnologiei scanării 3D asupra dezvoltării produsului

Pentru a îndeplini cerințele actuale ale producției globale, companiile se concentrează asupra metodelor lor, adoptând noi tehnici și căutând noi metode de a-și eficientiza producția și costurile. Printre recentele descoperiri tehnologice, există un real interes în scanarea laser, care este și rapidă și ușor disponibilă. 

Companiile caută tehnica de scanare ca un potențial instrument pentru creșterea productivității și pentru rezolvarea unor chestiuni în legătură cu nevoia de a crea un fișier 3D digital pentru un obiect acolo unde acesta nu a existat înainte. Scanând o piesă 3D și trimițând această scanare unor programe de software sau prototyping oferă nu numai avantajul reducerii timpului necesar acestei sarcini, dar și economii.

Reproducerea unui obiect prin proiectarea tradițională CAD și apoi introducerea în calculator este dificilă, și de obicei, rezultatul nu se potrivește cu originalul. Mai mult de ¾ din companii depind de sistemele vizuale pentru a-i ajuta să-și realizeze designul produselor. Această nouă tehnologie, îngăduie firmelor mari și mici să-și realizeze anumite probleme legate de computerizare, probleme care sunt extrem de importante în ceea ce privește latura lor competitivă.

Scanarea laser poate oferi o diferență măsurabilă, pentru o calitate mărită și pentru accelerarea timpului necesar producerii lor, în timp ce costurile noilor produse se reduc considerabil. Scanarea laser este realizată utilizând un dispozitiv laser care colectează un șir de date. Cea mai comună metodă pentru achiziția unui șir de date este triangulația optică.

Șirul de date este produs prin plasarea unei valori pe o rețea regulată provenită de pe o suprafață a obiectului. Apoi prin conectarea elementelor triangulare cu cei mai apropiați vecini este creată o imagine. În general senzori 1D sau 2D sunt mișcați liniar de-a lungul obiectului sau circular în jurul său. 

Cum aceștia nu dau suficiente informații pentru a reconstrui întregul obiect ce trebuie scanat, trebuiesc făcute mai multe treceri din orientări diferite. Sunt necesari algoritmi speciali pentru a transforma un șir de imagini multiple într-o singură descriere a suprafeței. Deși această tehnologie a fost folosită de peste 20 de ani, recenta descoperire a senzorilor de imagine stabili, precum CCD și fotodiodele cu efect lateral, au mărit viteza și precizia sa.

Verificarea produselor este un alt exemplu al beneficiilor scanării. După ce un produs a fost realizat, el poate fi scanat și datele rezultate comparate cu modelele geometrice CAD. Deviațiile față de modelul geometric inițial pot fi determinate precis. O alta utilizare pentru scanare, este inspecția periodică a unor piese, pentru a analiza cât de apropiat este produsul față de original. Aceasta îngăduie un control al calității îmbunătățit și ajută la detectarea greșelilor din procesul de fabricare. Un alt avantaj care nu este atât de evident, dar care poate avea un mare efect asupra unei companii, este că odată ce obiectul se află în calculator ideile complexe pot fi aplicate ușor și precis. În ziua de azi procesele de fabricație se desfășoară în mai multe filiale a unei companii din diferite locații de pe glob. Clientul și procesul de design se pot afla într-un loc în timp ce fabricarea se desfășoară în altul. Efectul sinergetic de a avea mai mulți oameni colaborând la dezvoltarea unei idei ajută la realizarea scopului designerului și procesului de fabricare.

Odată ce un prototip a fost scanat, ingineria, analiza, controlul calității și alte funcții care de obicei aveau loc consecutiv pot avea loc în mod concurent înainte de a trimite respectivul produs spre fabricare. Toate părțile implicate în proiect pot lucra din același fișier digital. Rezultatul este un ciclu de dezvoltare micșorat care îmbunătățește performanțele produsului și o mai mare flexibilitate la fiecare nivel. În ceea ce privește această tehnologie, pentru utilizarea ei în industria de consum, este important de știut modul în care este adunată informația și care sunt avantajele și limitele ei.

Există mai multe variabile care afectează laserul și implicit calitatea informației. Reflectanța suprafeței, culoarea obiectului, degajările, deschiderile înguste și muchiile ascuțite pot fi dificil de scanat. Alte lucruri de luat în considerare, sunt plasarea obiectului în relație cu scanerul și experiența operatorului. Aceste considerații trebuie luate în seamă împreună cu echipamentul adecvat și experiența operatorului. Experiența operatorului este un factor critic la scanarea cu laser. 

Operatorul trebuie să urmărească anumite etape și să aibă capacitatea de a prezice cum va reacționa laserul. Scanările individuale trebuiesc făcute cu grijă înainte de obținerea unor date acceptabile și de înlăturare a datelor neacceptabile. Și operatorul trebuie să aibă o idee clară despre felul în care funcționează laserul. Distanța de la obiect la scaner și culoarea obiectului pot afecta laserul.

De mai bine de 20 de ani termenul de „digitizare 3D” a arătat lumii posibilitățile de concepție virtuală, simulare sau reverse engineering. Numeroși cercetători au avansat, mai mult sau mai puțin spre inteligența artificială, permițându-ne astfel regăsirea „reflexelor umane” pe instrumentele noastre, acum familiare, care sunt sistemele informatice. Pe acest teren numeroase tehnologii cu o mai mare sau mai scăzută precizie, flexibilitate sau rapiditate converg spre un singur obiectiv : achiziția și modelarea 3D.O definiție simplificată precizează că achiziția se realizează printr-o interfață materială, cu ajutorul palpatoarelor cu senzori, și modelarea printr-o interfață „soft” cu ajutorul algoritmilor.

Digitizarea sau numerizarea 3D consta în recuperarea dintr-un mediu informatic a unei imagini numerice a unui obiect. În aceste zile, 5 mari familii de aplicații se disting în procedeele de digitizare-numerizare :- reverse-engineering, destinată micșorării timpilor de concepție asupra sistemelor CAD când se folosesc machete; în acest caz, prelucrarea norului de puncte obținut trebuie integrat într-o fază de reconstrucție a suprafețelor prin intermediul unor softuri speciale;- metrologie-control-calitate, pentru măsurarea precisă a pieselor omogene cu forme complexe cu dimensiuni foarte variabile: controlul pe linia de fabricație, în scopul selectării sau stăpânirii statistice a unui proces, pentru corelarea anumitor parametrii a lanțului de fabricație .figură de mai jos.

Fig. Interactiuni metrologie-control-calitate

– biomedical, pentru adaptarea protezelor înaintea intervențiilor sau în cadrul tratamentelor estetice, dar totodată și pentru caracterizarea volumică a organelor plecând de la ecografie, scanare,etc;

– digitizarea, înainte sau după prototiparea rapidă a sistemelor de copiere prin prelucrare pe mașini-unelte cu comandă numerică;

– cinematografie și animație video (imagini virtuale).

3.4 Tipuri de palpatoare

Majoritatea instrumentele de digitizare a formelor folosesc principii elementare de trigonometrie, triangulație pentru determinarea coordonatelor unui punct în spațiu. Astăzi, pentru achiziționarea punctelor de pe o suprafață, există mai multe tipuri de palpatori de digitizare.

Palpatorii se împart în două categorii:

palpatori cu contact;

palpatori fără contact.

Palpatorul este constituit dintr-o parte fixă legată de carterul palpatorului, o parte mobilă și un arc, așa cum se arată și în figură 3.4. Partea fixă cuprinde o bucșă în care sunt trei perechi de bile poziționate la 1200 și legate printr-un circuit electric.

Partea mobilă cuprinde un palpator montat pe un tripod ale cărui brațe sunt cilindrii. Cum acești cilindrii sunt așezați pe perechile de bile, legătura dintre partea mobilă și cea fixă este o legătură încastrată izostatic. Ea este menținută de către arc. Motivul izostatismului acestei legături constă în faptul că dacă un efort de contact se exercită asupra bilei de palpare, eforturile rezistente pe cele 6 puncte de sprijin variază rapid până la desprinderea unuia dintre punctele de sprijin.

Circuitul electric trecând prin 6 puncte de sprijin montate în serie este astfel deschis și interfața este capabilă să detecteze această deschidere printr-o creștere a impedanței circuitului electric.

Atunci când efortul de contact dintre bilă și suprafața palpată este suprimat, repunerea în poziție a parții mobile în raport cu partea fixă beneficiază de o repetabilitate excelentă a cărei eroare indusă este neglijabilă vis a vis de alte cauze ce produc erori.

Acest lucru este adevărat atunci când palpatorul este în stare bună, adică atunci când suprafețele de contact sferă-cilindru nu au fost deteriorate datorită unui șoc.

Palpatori cu contact :

palpator mecanic punct cu punct;

palpator mecanic analogic.

Senzorii cu contact sunt standard pe mașinile de măsurat tipice. În ceea ce privește abilitatea de a măsura caracteristici geometrice 3D pentru localizare, mărime și formă, tehnologia cu senzor cu contact este dovedită viabilă de-a lungul unui număr mare de aplicații metrologice. Multe fabricări sunt mai confortabile cu tehnologia cu senzori cu contact deoarece este foarte asemănătoare măsurării. Și abilitățile măsurării cu contact avansează continuu.

Palpatori fără contact:

palpator laser; 

palpator optic.

3.5 Procesul de fabricatie a produsului studiat, reper “pipa ghidon”

Material: OL 32 STAS 500/2-80

Semifabricat

3.4 Transpunere model real in model virtual

3.1 Scanare 3D

Scanarea 3D a suprafetelor (digitizarea) reprezinta o metoda prin care se achizitioneaza informatii despre o suprafata necunoscuta. Informatiile obtinute in urma scanarii pot fi folosite pentru creearea programelor NC sau fisierelor CAD. Aceasta scanare a aparut ca urmare masuratorilor 3D, din dorinta de a achizitiona un numar mare de puncte intr-un timp cat mai scurt. Daca la masurarea in coordonate cu MMC, achizitia punctelor se face discret, pailpatorul ridicandu-se de pe suprafata palpata in coordonatele punctului au fost luate, a scanare palpatoul ramane in contact cu suprafata achizitionand un nor de puncte dispus pe linii de scanare.

Fig.

3.2 Digitizarea 3D

Scanarea produsului, de asemenea cunoscută ca “digitizare” sau “digitizare 3D”, este un proces care utilizează un palpator pentru a capta forma obiectelor 3D și pentru a le recrea într-un spațiu de lucru virtual. Datele sunt colectate sub formă de puncte și fișierul rezultat este numit “nor de puncte”. Traseul parcurs în vederea digitizării este prezentat în figura de mai jos.

Fig. Tehnici de digitizare pentru generarea punctelor si geometrii 3D

Procesul de digitizare captează geometria, curbarea suprafețelor compuse și caracteristicile care sunt dificil de măsurat utilizând tehnici tradiționale de măsurare. 

Până nu demult, digitizarea era limitată de viteza de deplasare a capului de scanat. Alegerea corectă a sistemului de palpare depinde de tipul piesei ce se scanează și de bugetul alocat pentru achiziționarea sistemului de scanat. Cele mai des întâlnite sisteme sunt cele prin contact sau LASER. Alte metode de colectare a datelor precum secționarea fizică, scanarea distructivă, fotogrametria, raze X, scanarea cu tomografie computerizată și scanarea cu rezonanță magnetică sunt de asemenea disponibile. Ce tipuri de materiale pot fi digitizate. Materialele tipice care pot fi digitizate includ: piatra, ceramica, sticla, metalul, lemnul, plasticul, cauciucul și lutul. Datele care sunt colectate pot fi transformate în nor de puncte sau utilizate pentru :

1. R.E. și pot fi oferite ca un model CAD 3D;

2. Prototipare rapidă după ce au fost pregătite într-un format STL, STEP sau IGES;

3. Inspecție a produselor pentru a fi comparate cu un model CAD existent și utilizate pentru a crea un grafic color al erorilor.

Tehnologia pe care este bazat procesul:

1. Lumina este proiectată pe obiect (în cazul tehnologiilor ce folosesc lumina);

2. Obiectul reflectă lumina care este apoi colectată de un senzor digital;

3. Utilizând ecuații algebrice coordonata spațială 3D (X, Y, Z) a punctului de pe suprafață este calculată;

4. Locația punctului în sistemul de coordonate este stocată ca parte a unui nor de puncte ce reprezintă piesa fizică;

5. Milioane de puncte sunt colectate în acest fel până când întreaga suprafață a piesei sau piesa a fost digitizată;

6. Datele digitale (numite generic “nor de puncte” sunt folosite pentru R.E., [NUME_REDACTAT] sau inspecția produsului).

Chia r dacă sunt destinate copierii sau controlului geometric, sau mai degrabă realizării modelelor geometrice virtuale sau realizării produselor, se disting 2 grupe de tehnologii : cu sau fără contact.Contactul se referă la palpare de control sau la recopiere identică a suprafețelor, în timp ce tehnologiile fără contact se dezvoltă din ce în ce mai mult în domenii de aplicații unde evoluțiile tehnice sunt rapide.

3.3 Rezultatele tehnologiei scanării 3D asupra dezvoltării produsului

Pentru a îndeplini cerințele actuale ale producției globale, companiile se concentrează asupra metodelor lor, adoptând noi tehnici și căutând noi metode de a-și eficientiza producția și costurile. Printre recentele descoperiri tehnologice, există un real interes în scanarea laser, care este și rapidă și ușor disponibilă. 

Companiile caută tehnica de scanare ca un potențial instrument pentru creșterea productivității și pentru rezolvarea unor chestiuni în legătură cu nevoia de a crea un fișier 3D digital pentru un obiect acolo unde acesta nu a existat înainte. Scanând o piesa 3D și trimițând această scanare unor programe de software sau prototyping oferă nu numai avantajul reducerii timpului necesar acestei sarcini, dar și economii.

Reproducerea unui obiect prin proiectarea traditională CAD și apoi introducerea în calculator este dificilă, și de obicei, rezultatul nu se potrivește cu originalul. Mai mult de ¾ din companii depind de sistemele vizuale pentru a-i ajuta să-și realizeze designul produselor. Această nouă tehnologie, îngăduie firmelor mari și mici să-și realizeze anumite probleme legate de computerizare, probleme care sunt extrem de importante în ceea ce privește latura lor competitivă.

Scanarea laser poate oferi o diferență măsurabilă, pentru o calitate mărită și pentru accelerarea timpului necesar producerii lor, în timp ce costurile noilor produse se reduc considerabil. Scanarea laser este realizată utilizând un dispozitiv laser care colectează un șir de date. Cea mai comună metodă pentru achiziția unui șir de date este triangulația optică. Șirul de date este produs prin plasarea unei valori pe o rețea regulată provenită de pe o suprafață a obiectului. Apoi prin conectarea elementelor triangulare cu cei mai apropiați vecini este creată o imagine. În general senzori 1D sau 2D sunt mișcați liniar de-a lungul obiectului sau circular în jurul său. 

Cum aceștia nu dau suficiente informații pentru a reconstrui întregul obiect ce trebuie scanat, trebuiesc făcute mai multe treceri din orientări diferite. Sunt necesari algoritmi speciali pentru a transforma un șir de imagini multiple într-o singură descriere a suprafeței. Deși această tehnologie a fost folosită de peste 20 de ani, recenta descoperire a senzorilor de imagine stabili, precum CCD și fotodiodele cu efect lateral, au mărit viteza și precizia sa.

Verificarea produselor este un alt exemplu al beneficiilor scanării. După ce un produs a fost realizat, el poate fi scanat și datele rezultate comparate cu modelele geometrice CAD. Deviațiile față de modelul geometric inițial pot fi determinate precis. O alta utilizare pentru scanare, este inspecția periodică a unor piese, pentru a analiza cât de apropiat este produsul față de original. Aceasta îngăduie un control al calității îmbunătățit și ajută la detectarea greșelilor din procesul de fabricare. Un alt avantaj care nu este atât de evident, dar care poate avea un mare efect asupra unei companii, este că odată ce obiectul se află în calculator ideile complexe pot fi aplicate ușor și precis. În ziua de azi procesele de fabricație se desfășoară în mai multe filiale a unei companii din diferite locații de pe glob. Clientul și procesul de design se pot afla într-un loc în timp ce fabricarea se desfășoară în altul. Efectul sinergetic de a avea mai mulți oameni colaborând la dezvoltarea unei idei ajută la realizarea scopului designerului și procesului de fabricare.

Odată ce un prototip a fost scanat, ingineria, analiza, controlul calității și alte funcții care de obicei aveau loc consecutiv pot avea loc în mod concurent înainte de a trimite respectivul produs spre fabricare. Toate părțile implicate în proiect pot lucra din același fișier digital. Rezultatul este un ciclu de dezvoltare micșorat care îmbunătățește performanțele produsului și o mai mare flexibilitate la fiecare nivel. În ceea ce privește această tehnologie, pentru utilizarea ei în industria de consum, este important de știut modul în care este adunată informația și care sunt avantajele și limitele ei.

Există mai multe variabile care afectează laserul și implicit calitatea informației. Reflectanța suprafeței, culoarea obiectului, degajările, deschiderile înguste și muchiile ascuțite pot fi dificil de scanat. Alte lucruri de luat în considerare, sunt plasarea obiectului în relație cu scanerul și experiența operatorului. Aceste considerații trebuie luate în seamă împreună cu echipamentul adecvat și experiența operatorului. Experiența operatorului este un factor critic la scanarea cu laser. 

Operatorul trebuie sa urmărească anumite etape și să aibă capacitatea de a prezice cum va reacționa laserul. Scanările individuale trebuiesc făcute cu grijă înainte de obținerea unor date acceptabile și de înlăturare a datelor neacceptabile. Și operatorul trebuie să aibă o idee clară despre felul în care funcționează laserul. Distanța de la obiect la scaner și culoarea obiectului pot afecta laserul.

De mai bine de 20 de ani termenul de „digitizare 3D” a arătat lumii posibilitățile de concepție virtuală, simulare sau reverse engineering. Numeroși cercetători au avansat, mai mult sau mai puțin spre inteligenta artificială, permițându-ne astfel regăsirea „reflexelor umane” pe instrumentele noastre, acum familiare, care sunt sistemele informatice. Pe acest teren numeroase tehnologii cu o mai mare sau mai scăzută precizie, flexibilitate sau rapiditate converg spre un singur obiectiv : achiziția și modelarea 3D.O definiție simplificată precizează că achiziția se realizează printr-o interfață materială, cu ajutorul palpatoarelor cu senzori, și modelarea printr-o interfață „soft” cu ajutorul algoritmilor.

Digitizarea sau numerizarea 3D consta în recuperarea dintr-un mediu informatic a unei imagini numerice a unui obiect. În aceste zile, 5 mari familii de aplicații se disting în procedeele de digitizare-numerizare :- reverse-engineering, destinată micșorării timpilor de concepție asupra sistemelor CAD când se folosesc machete; în acest caz, prelucrarea norului de puncte obținut trebuie integrat într-o fază de reconstrucție a suprafețelor prin intermediul unor softuri speciale;- metrologie-control-calitate, pentru măsurarea precisă a pieselor omogene cu forme complexe cu dimensiuni foarte variabile: controlul pe linia de fabricație, în scopul selectării sau stăpânirii statistice a unui proces, pentru corelarea anumitor parametrii a lanțului de fabricație .figura de mai jos.

Fig. Interactiuni metrologie-control-calitate

– biomedical, pentru adaptarea protezelor înaintea intervențiilor sau în cadrul tratamentelor estetice, dar totodată și pentru caracterizarea volumică a organelor plecând de la ecografie, scanare,etc;

– digitizarea, înainte sau după prototiparea rapidă a sistemelor de copiere prin prelucrare pe mașini-unelte cu comandă numerică;

– cinematografie și animație video (imagini virtuale).

3.4 Tipuri de palpatoare

Majoritatea instrumentele de digitizare a formelor folosesc principii elementare de trigonometrie, triangulație pentru determinarea coordonatelor unui punct în spațiu. Astăzi, pentru achiziționarea punctelor de pe o suprafață, există mai multe tipuri de palpatori de digitizare.

Palpatorii se împart în două categorii:

palpatori cu contact;

palpatori fără contact.

Palpatorul este constituit dintr-o parte fixă legată de carterul palpatorului, o parte mobilă și un arc, așa cum se arată și în figura 3.4. Partea fixă cuprinde o bucșă în care sunt trei perechi de bile poziționate la 1200 și legate printr-un circuit electric.

Partea mobilă cuprinde un palpator montat pe un tripod ale cărui brațe sunt cilindrii. Cum acești cilindrii sunt așezați pe perechile de bile, legătura dintre partea mobilă și cea fixă este o legătură încastrată izostatic. Ea este menținută de către arc. Motivul izostatismului acestei legături constă în faptul că dacă un efort de contact se exercită asupra bilei de palpare, eforturile rezistente pe cele 6 puncte de sprijin variază rapid până la desprinderea unuia dintre punctele de sprijin.

Circuitul electric trecând prin 6 puncte de sprijin montate în serie este astfel deschis și interfața este capabilă să detecteze această deschidere printr-o creștere a impedanței circuitului electric.

Atunci când efortul de contact dintre bilă și suprafața palpată este suprimat, repunerea în poziție a parții mobile în raport cu partea fixă beneficiază de o repetabilitate excelentă a cărei eroare indusă este neglijabilă vis a vis de alte cauze ce produc erori.

Acest lucru este adevărat atunci când palpatorul este în stare bună, adică atunci când suprafețele de contact sferă-cilindru nu au fost deteriorate datorită unui șoc.

Palpatori cu contact :

palpator mecanic punct cu punct;

palpator mecanic analogic.

Senzorii cu contact sunt standard pe mașinile de măsurat tipice. În ceea ce privește abilitatea de a măsura caracteristici geometrice 3D pentru localizare, mărime și formă, tehnologia cu senzor cu contact este dovedită viabilă de-a lungul unui număr mare de aplicații metrologice. Multe fabricări sunt mai confortabile cu tehnologia cu senzori cu contact deoarece este foarte asemănătoare măsurării. Și abilitățile măsurării cu contact avansează continuu.

Palpatori fără contact:

palpator laser; 

palpator optic.

Cap. 3. Posiblitati de realizare a modelului virtual

2.1 Notiuni generale

Măsurarea este un proces în care mărimea măsurată este comparată cantitativ cu o mărime de referință de același tip. Pe post de mărime de referință se utilizează o măsură care reprezintă unitatea sau părți ale acesteia. Prin procesul experimental de măsurare se individualizează mărimea măsurată ca multiplu sau parte a unității.

Din rezultatele unei măsurători pot fi trase concluzii privind:

– calitatea obiectului măsurat, de exemplu dacă piesa este conformă sau neconformă, dacă poate fi corectată;

– parametrii procesului de prelucrare, de exemplu dacă procesul este adecvat, starea mașinii-unelte, reglarea parametrilor procesului, alegerea sculei;

– capacitatea furnizorului de a fabrica produse cu caracteristicile cerute;

Conform DIN 1319, o instalație de măsurare, (Fig.6.1), îndeplinește următoarele funcțiuni:

• preluarea mărimii de măsurat;

• transmiterea și adaptarea semnalului de măsură;

• prelucrarea semnalului de măsură; compararea cu unitatea de măsură;

• indicarea valorii măsurate.

Există diferite criterii pentru clasificarea operațiilor de măsurare a elementelor geometrice, unul dintre acestea face distincția între:

– măsurarea cu contact;

– măsurarea fără contact.

Fig. Componentele unui sistem de masurare

Măsurarea cu contact – Aceste tipuri de măsurări sunt cele mai frecvente în practică. Măsurarea lungimilor este de asemenea cel mai frecvent tip de măsurare. De aceea numărul aparatelor, mașinilor pentru măsurarea lungimilor este mare. Sunt utilizate: șublere, micrometre, ceasuri comparatoare, altimetre, și tot mai frecvent mașinile de măsurat în coordonate. Mașinile de măsurat în coordonate se impun datorită universalității lor, preciziei și productivității. Caracteristicile specifice a acestor aparate sunt:

– permit o reprezentare grafică a spațiului de măsurare;

– permit prelucrarea datelor primare obținute. Prelucrarea este asigurată de calculatoarele cuplate on-line, de microprocesoare sau de sisteme combinate.

În producția industrială, tehnica de măsurat în coordonate și-a găsit un loc stabil. În prezent, nu există nici o piesă a cărei dimensiuni să nu poată fi măsurate cu mașinile de măsurat în coordonate. Această universalitate și gradul înalt de automatizare, explică dominarea din ultimii 10 ani a tehnicii de măsurat în coordonate. Proliferarea mașinilor de măsurat în coordonate se explică și prin dezvoltarea prelucrărilor cu NC, dezvoltarea sistemelor flexibile de prelucrare cât și a metodelor de prelucrare fără îndepărtare de material. Modificarea conceptelor de proiectare prin dezvoltarea modelelor geometrice 3D, necesită în faza de concepție și în faza de producție, o supraveghere cu ajutorul tehnicii de măsurat în coordonate. Un alt factor important rezultă din necesitatea producerii de repere interschimbabile foarte precise cu toleranțe mici cea ce silește producătorul să garanteze dimensiunile pieselor livrate.

Fig. Desen piesa pipa ghidon

Piesa mai sus reprezentata, numita pipa ghidon reprezinta elementul de prindere al ghidonului unei biciclete si care in acesta lucrare se va studia realizarea acesteia cu ajutorul noilor concepte de realizare a produselor industriale.

TEHNOLOGII DE SCANARE 3D

Până la apariția noilor tehnologii, digitizarea a fost limitată de viteza capului de scanare și alegerea corectă a sistemului de palpare, tipul piesei scanate și bugetul pentru achiziționarea sau dezvoltarea sistemului de scanare. Chiar dacă sunt destinate pentru copierea saucontrolul geometric, sau mai degrabă modelarii geometrice virtuale sau realizării de produse, o clasificare bine stabilit le împarte în două tipuri: scanare 3Dcontact și non-contact (fig. 2). Scanarea 3D non-contact poate fi împărțita în continuare în două categorii principale, scanare activă și scanare pasivă. Contact se referă la contactul mecanic al suprafețelor în timp ce tehnologiile non-contact (fără contact mecanic) utilizează surse optice, laser sau o combinație a ambelor de atât pentru reproducere fidelă a suprafeței scanate.

Înainte de a obține un rezultat optim, cu o anumită tehnologie, este vital să se asigure că „achiziția senzorială“ corespunde aplicației. Criterii de acuratețe, rezoluție, viteza de achiziție, viteza de măsurare, grade de libertate sau configurarea potrivită și repetabilitatea procesului trebuie să fie luate în considerare.

Tehnologia de scanare 3D contact

În măsurarea 3D, palpatorul atinge proba supusă măsurării, în timp ce obiectul este în contact sau în repaus pe o placă de precizie cu suprafața plană, șlefuită și lustruită la un maxim specific al rugozității suprafeței. În cazul în care obiectul care trebuie scanat nu este plat sau nu poate fi așezat stabil pe o suprafață plană, acesta este sprijinit și ținut ferm în loc de un dispozitiv. Mecanismul scanerul poate avea trei forme diferite:

un sistem de transport cu brațe rigide menținute strâns în relație perpendiculară și fiecare axă aluneca de-a lungul unei piste;

un braț articulat cu componente rigide și senzori unghiulari de mare precizie;

o combinație a ambelor metode;

O MMC (mașină de măsurare în coordonate) este cel mai bun exemplu al unui scaner 3D cu contact. Aceasta este utilizată în principal în fabricare și pot fi foarte precisă, dar are anumite dezavantaje.

Tehnologia de scanare 3D non-contact

Tehnologiile fără contact folosesc senzori optici, surse de lumină laser, sau o combinație acelor două (acestea sunt cele mai performante tehnologii de vedere economic și tehnologic viabile de scanare non-contact) pentru reproducerea fidelă a suprafeței scanate. Alte metode de scanare non-contact sunt fotogrammetria, razele X, scanarea cu tomografie computerizată și scanarea cu rezonanță magnetică. Senzorii cu laser non-contact și cei vizuali s-au dezvoltat ca și alternativă pentru înlocuirea celor cu contact, unde contactul fizic nu este posibil în cazul suprafețelor fine sau finisate delicat, superfinisate sau cu asperități mari și cele cu muchii ascuțite.

Impactul tehnologiei scanării 3D asupra dezvoltării produsului

Companiile adoptă noi tehnici și încearcă noi metode de a-și eficientiza producția și costurile pentru a atinge cerințele producției curente globale.

Printre recentele descoperiri tehnologice, există un real interes în scanarea laser, care este și rapidă și disponibilă. Adesea, timpul necesar până la vinderea produselor poate decide evoluția noului produs. De aceea, companiile încearcă să lucreze cu clienții lor

mai mult în procesul de concepție înțelegând mult mai bine necesitățile clientului înainte de etapa de producție. Procesul de scanare și posteditare poate avea loc în doar 4-5 ore. Acest tip de economisire a timpului presupune că companiile au abilitatea de a răspunde rapid schimbărilor pe piață. Un alt avantaj pentru producători constă în faptul că în multe cazuri codul G poate fi creat pentru echipamentele CNC direct din date scanate sau dintr-un fișier STL fără a include etapa producerii unui model cu suprafețe.

Aceasta înseamnă că un prototip poate fi făcut și aprobat, scanat, urmat apoi de realizarea unei matrițe care poate fi făcută ușor și rapid, toate acestea într-o singură zi. Datele scanate pot fi translatate oricăror formate de fișier CAD și accesibile unui număr mare de echipamente. După ce un produs a fost realizat, el poate fi scanat și datele rezultate comparate cu modelele geometrice CAD și deviațiile față de modelul geometric inițial pot fi determinate precis. Un alt avantaj care nu este atât de evident, este că odată ce obiectul se află în calculator ideile complexe pot fi aplicate ușor și precis. Astfel, procesele de fabricație se pot desfășoară în mai multe filiale ale aceleași companii din diferite locații de pe glob. O dată ce un prototip a fost scanat, ingineria, analiza, controlulcalității și alte funcții care de obicei aveau loc consecutiv pot avea loc în mod concurent înainte de a trimite respectivul produs spre fabricare.

Conceptul si tehnica de [NUME_REDACTAT] inversă (în engleză reverse engineering) este procesul de descoperire a principiilor de funcționare a unui dispozitiv sau sistem prin analiza structurii, funcției și operațiilor acestuia. De obicei, ingineria inversă implică dezasamblarea sau descompunerea sistemului sau dispozitivului respectiv și analizarea în detaliu a funcționării sale, cu scopul de a realiza un nou dispozitiv sau sistem similar, care nu copiază nimic din cel original.

Fig. Ingineria inversa

Originea reverse engineering-ului provine din industria japoneza, care folosea acest proces pentru cresterea productiei in conditiile unei concurente mari a produselor si evitand astfel efortul intampinat la designul original.

[NUME_REDACTAT]-ul , folosit la inceput de toti cei care au pierdut proiectul de conceptie original, a devenit azi o stiinta inginereasca.

Succesul japonezilor in ceea ce priveste noile produse a condus de la inceput la considerarea reverse engineering-ului ca si proces de design.

Multe colegii americane au cursuri despre "ingineria inversa" (reverse engineering) bazate pe redesign, in loc de design-ul original.

Procesul de redesign fost initiat prin obsevarea si testarea produsului. Ulterior produsul a fost dezasamblat si fiecare componenta a fost analizata in functie de forma sa rolul functional, tolerante de asamblare si proces de fabricare.

In anii care au urmat, atat europenii cat si americanii, au realizat instrumente puternice care conduc la reducerea ciclului de obtinere al produselor.

De regula, cele mai multe procese de RE pot fi folosite fara realizarea propriu-zisa a unui prototip.

Cap. 5. [NUME_REDACTAT] continua a produselor si cresterea performantelor acestora simultan cu reducerea ciclului si costurilor de fabricatie au impus in ultimii ani printre altele si tehnica RE.

In mod special in procesele de fabricatie prin injectie a produselor din materiale plastice si a sculelor aferente (matrita), se impune tot mai mult optimizarea conceptiei astfel ca timpul necesar fabricatiei sa fie cat mai scurt prin asimilarea conceptului dezvoltarii rapide a unui produs . In acest domeniu , tot mai des produsele devin organice ca forma (forme libere), iar proiectarea CAD-CAM devine dificila.

Utilizarea tehnicii RE permite ca un produs 3D sau un model sa poata fi rapid transformate intr-o forma digitala, apoi remodelate si pregatite pentru prototipare rapida sau chiar fabricare rapida.

Un deziderat major este acela ca aceasta tehnica a RE sa ofere suficienta satisfactie din punct de vedere a performantei tehnice, dar si suficient de accesibila din punct de vedere a costurilor.

RE este de obicei eficienta din punctul de vedere al costului doar daca produsele destinate RE necesita o investitie ridicata, sau vor fi reproduse in cantitati mari (cazul injectarii in matrita). RE unei piese poate fi incercat, chiar daca nu este eficient din punct de vedere al costului, in cazul in care piesa este absolut necesara si rolul ei este critic intr-un sistem.

Cap. 6 Biblografie

[1]http://www.researchgate.net/publication/237076192_The_Reconstruction_of_a_3D_Component_Through_Reverse_Engineering.

[2] http://masuratori3d.blogspot.ro/2010/05/tehnici-de-scanare-3d.html.

[3]http://www.academia.edu/718371/Realitatea_Virtuala_Virtual_Reality_Tehnologie_Moderna_a_Informaticii_Aplicate.

[4]http://www.mdmstandard.ro/download/resurse/Masini%20de%20masurat%20in%203%20coordonate.pdf.

[5] http://www.agir.ro/buletine/1883.pdf

[6] http://webbut.unitbv.ro/teze/rezumate/2011/rom/CoblisIonelCatalin.pdf.

[7] http://www.scribd.com/doc/227490099/Conceptia-Si-Proiectarea-Produselor-Curs-NX

[8]http://stiintasiinginerie.ro/wp-content/uploads/2013/12/23-57-APLICAREA-INGINERIEI-INVERSE-PENTRU-RECONSTRUC%C5%A2IA-GEOMETRIEI-UNUI-ROTOR.pdf

[9] http://ro.scribd.com/doc/47107624/Curs-11-SCANAREA-3D