¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

12 августа 2020

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX от Ђјї до Ђяї

ћаксим Ќехорошев, специалист по методикам проектировани€, Connective PLM

Ќехорошев

ќригинал на сайте Connective PLM


ќпределение реверс инжиниринга, или, иначе говор€, обратного проектировани€, гласит, что это исследование некоторого готового устройства с целью пон€ть принцип его работы, сделать изменение или воспроизвести устройство или иной объект с аналогичными функци€ми, но без пр€мого копировани€. ѕримен€етс€ обычно в том случае, если создатель оригинального объекта не предоставил информации о структуре и способе создани€ (производства) объекта. ¬ машиностроении часто примен€етс€ при копировании различных механизмов и машин без фактической разработки. ѕозвол€ет с минимальными затратами воспроизвести удачную конструкцию.

¬ данной статье будет изложена методика и показаны основные функции реверс инжиниринга в программном комплексе Siemens NX. ѕроцесс обратного проектировани€ отсканированных деталей можно разбить на несколько этапов:

  • »мпортирование фасетных тел или облака точек в файл модели;
  • јнализ и исправление ошибок фасетной геометрии. ¬ыполнение этих операций зависит от качества сканировани€ и дл€ большинства задач по реверс инжинирингу может не производитьс€;
  • —овмещение и склейка фасетных тел. ƒанна€ процедура проводитс€, если сканирование выполн€лось по част€м;
  • Ѕазирование фасетного тела относительно абсолютной системы координат;
  • ѕолучение сечений и/или цветовое выделение граней в зависимости от особенностей конструкции фасетного тела;
  • —оздание модели по фасетному телу (использу€ полученные сечени€ или Ђобт€гива€ї поверхност€ми фасетные грани с последующей сшивкой);
  • јнализ точности полученной модели. ѕроводитс€ с целью вы€влени€ и устранени€ недопустимых погрешностей относительно фасетного тела;
  • —оздание Ђидеализированнойї модели. ƒанна€ процедура необходима в тех случа€х, когда восстановленную реверс инжинирингом модель планируетс€ в дальнейшем изготавливать. — помощью команд синхронного моделировани€, которое реализовано в Siemens NX, есть возможность как накладывать ограничени€ на грани тела (соосность, симметричность, касательность, параллельность и т. д.), так и исправл€ть линейные, диаметральные и угловые размеры.

ѕервые четыре пункта можно отнести к подготовительному этапу, а все оставшиес€ Ч непосредственно к процессу реверс инжиниринга.

ѕроцесс обратного проектировани€ желательно всегда начинать с визуального осмотра детали или издели€. Ёто необходимо дл€ того, чтобы пон€ть, какие поверхности детали €вл€ютс€ наиболее точными, какие рабочими, какие можно использовать в качестве базировани€ относительно системы координат, а какие не так ответственны и поэтому при моделировании не стоит затрачивать на них много времени. Ќа основании данного визуального осмотра в итоге должно быть составлено техническое задание на сканирование, дл€ того чтобы оператор уделил внимание наиболее ответственным элементам издели€. Ќо обычно конструктор, занимающийс€ реверс инжинирингом, получает уже готовый результат сканировани€ и никак не участвует в процессе его получени€, что в итоге может привести к нежелательным ошибкам при проектировании.

«ачастую после сканировани€ требуемого издели€ в качестве результата получаютс€ облака точек или фасетные модели отдельных частей детали с произвольным расположением в пространстве. Ёто вызвано тем, что не всегда есть возможность отсканировать изделие со всех сторон полностью, поэтому приходитс€ его сканировать част€ми, а потом совмещать и склеивать отдельные сегменты в единое тело. ¬ поставке со сканирующим оборудованием обычно идет программное обеспечение, которое в какой-то мере позвол€ет производить процедуру совмещени€ и склейки отдельных частей, но вместе с тем вносит немалую погрешность в модель, что при реверс инжиниринге точных изделий не допустимо. ѕрограммный комплекс Siemens NX позвол€ет выполн€ть все этапы обратного проектировани€ с высокой точностью и гибкостью.

–ассмотрим процесс обратного проектировани€ детали Ђ рыльчаткаї, котора€ представл€ет собой ступицу конусной формы, на которой располагаютс€ п€ть лопаток.

»мпорт облака точек в файл модели

ѕо сценарию после процесса сканировани€ мы получили две части детали в формате облака точек (*.asc). ¬ Siemens NX, начина€ с версии сборки 1899, по€вилась возможность открывать данный формат и сразу преобразовывать его из облака точек в фасетное (конвергентное) тело (команда Ђ—етка из облака точекї). ѕосле открыти€ файлов в рабочем пространстве по€вл€ютс€ две части детали в виде фасетных тел, произвольно расположенных относительно абсолютной системы координат. Ёти тела представл€ют собой левый и правый торцевые сегменты ступицы Ђ рыльчаткиї с общими элементами в виде части лопаток и вместе образуют замкнутый объем детали.

—овмещение и склейка фасетных тел

ƒл€ совмещени€ тел в Siemens NX есть р€д функций. ¬ качестве примера воспользуемс€ некоторыми из них. ¬начале необходимо произвести первичное совмещение отсканированных частей Ђ рыльчаткиї друг относительно друга. ƒл€ этого можно применить команду Ђ¬ыровн€ть набор точек по набору точекї (рис. 1), в ней требуетс€ задать минимум три исходные точки на объекте, который следует выровн€ть, и три ссылочные точки на объекте назначени€. ѕри этом количество точек в каждом наборе должно быть равным и пор€док их выбора должен примерно соответствовать друг другу. ¬ результате получаетс€, что одна часть детали перенеслась и развернулась относительно другой, но их полного совмещени€ нет.

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 1. ѕервичное совмещение друг относительно друга отсканированных частей Ђ рыльчаткиї

ƒл€ полного совмещени€ частей Ђ рыльчаткиї необходимо применить команду Ђ¬ыравнивание нескольких путейї (рис. 2). — помощью данной команды в несколько итераций происходит автоматическое совмещение обеих частей. ѕо сути, программа анализирует топологию отсканированных частей в заданных границах, находит одинаковые участки и производит по ним последовательное выравнивание в несколько этапов.
–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 2. ѕолное совмещение отсканированных частей Ђ рыльчаткиї друг относительно друга

ƒалее необходимо произвести склейку совмещенных частей обновленной командой Ђќбъединить фасетные телаї, последовательно выбрав сегменты детали. Ќо перед этим желательно произвести обрезку одной из частей с целью сокращени€ общей области пересечени€. Ёто рекомендуетс€ разработчиками, так как при объединении в этой области может произойти существенна€ деформаци€ сетки, что приведет к искажению фасетного тела.

Ѕазирование фасетного тела относительно абсолютной системы координат

Ќа заключительном этапе подготовки фасетного тела под обратное проектирование его желательно совместить с началом абсолютной системы координат. ƒл€ этого потребуетс€ вспомогательна€ геометри€, св€занна€ с фасетным телом, чтобы затем по ней сориентировать базовую систему координат. ƒл€ создани€ такой геометрии могут понадобитьс€ такие инструменты реверс инжиниринга, как цветовое выделение граней и размещение поверхностей (более подробно эти инструменты будут рассмотрены ниже). ƒалее по полученным поверхност€м строитс€ эскиз с отрезками, обозначающими направление осей, а по ним уже ориентируетс€ базова€ система координат (рис. 3).

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 3. —оздание вспомогательной геометрии и базовой системы координат

«атем остаетс€ только переместить фасетное тело совмещением базовой и абсолютной систем координат (рис. 4). ѕосле всех вышеперечисленных действий можно непосредственно приступать к процессу обратного проектировани€.
–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 4. ѕеренос фасетного тела в начало абсолютной системы координат

¬се вышеописанные этапы по подготовке фасетного тела к реверс инжинирингу были подробно показаны в данном видеоролике.


  процессу обратного проектировани€ необходимо подходить по принципу от легкого к сложному, то есть начинать моделирование желательно с самых простых элементов детали, последовательно переход€ на сложные. ¬ нашем случае простым элементом €вл€етс€ ступица, котора€ представл€ет собой тело вращени€ конусной формы. ƒл€ моделировани€ таких тел целесообразно вначале получить сечение фасетного тела в виде набора точек, затем по этим точкам построить эскиз профил€ и провращать его относительно оси (рис. 5).

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 5. ѕроцесс моделировани€ ступицы Ђ рыльчаткиї

÷ветовое выделение фасетных граней
ќдними из главных команд Siemens NX применительно к модулю реверс инжиниринга €вл€ютс€ инструменты цветового выделени€ фасетных граней. — помощью данных инструментов фасетное тело можно разбить по цветам на элементарные поверхности, что облегчит их выбор при последующем обратном проектировании. Ќапример, команда Ђќбнаружить исходныеї позвол€ет распознать на фасетном теле типы форм и задать им определенный цвет, то есть данна€ функци€ находит и выдел€ет цветом примитивные элементы модели (плоскость, цилиндр, конус и т. д.). ƒруга€ команда Ч Ђ ривизна фасетного телаї Ч позвол€ет создавать карту цветов дл€ вы€влени€ областей с высокой и низкой кривизной в фасетных телах, что помогает выделить на фасетном теле радиусные поверхности (рис. 6).
“акже в Siemens NX имеетс€ инструмент дл€ ручного раскрашивани€ фасетных граней и правки полученной карты цветов. ¬ыбор между двум€ этими операци€ми осуществл€етс€ по полученным результатам и напр€мую зависит от топологии фасетного тела. »нформаци€ о цветах дл€ обеих этих команд сохран€етс€ в виде данных анализа граней.

ƒл€ рассматриваемого примера наилучший результат показала операци€ Ђ ривизна фасетного телаї. ќна вы€вила все поверхности скруглени€ на данной модели, и по ним было произведено цветовое разбиение остальных граней детали.

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 6. »нструменты цветового выделени€ фасетных граней в Siemens NX

—оздание модели по фасетному телу

ѕосле произведенного цветового выделени€ фасетных граней приступим к моделированию лопаток Ђ рыльчаткиї. “ак как они одинаковы и расположены равноудаленно друг от друга, будет достаточно смоделировать одну из них, а остальные размножить круговым массивом. ƒл€ этого необходимо выбрать лопатку с наименьшими дефектами фасетных граней и по ней произвести обратное проектирование.  ажда€ грань лопатки строитс€ по отдельности с использованием определенных методик. «атем полученные поверхности расшир€ютс€, обрезаютс€ и сшиваютс€, тем самым образу€ тело лопатки.

ƒл€ создани€ периферийной торцевой поверхности лопатки вначале необходимо построить сплайн на фасетной грани. ≈го можно сделать командой Ђјппроксимированна€ крива€ї, котора€ позвол€ет в качестве объекта прив€зки использовать фасетное тело и при этом сразу контролировать погрешность получаемой кривой. ƒл€ получени€ поверхности данный сплайн достаточно провращать вокруг оси.

ƒл€ coздани€ входной и выходной кромок лопатки сначала моделируютс€ вспомогательные поверхности, касательные к данным кромкам. ƒл€ этого сперва необходимо получить линию, вдоль которой происходит касание с кромками лопатки. Ёту линию, или, иначе говор€, след взгл€да на кромки лопатки, можно получить функцией Ђ»зоклинаї. ƒанна€ операци€ позвол€ет в качестве объектов использовать конвергентные (фасетные) тела. ƒалее по этим лини€м стро€тс€ пространственные пр€мые, и дл€ моделировани€ поверхности их также требуетс€ провращать вокруг оси (рис. 7).

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 7. —оздание поверхностей лопатки Ђ рыльчаткиї по фасетному телу

ƒл€ получени€ втулочной поверхности лопатки необходимо просто скопировать конусную грань ступицы. ƒелаетс€ это операцией Ђ¬ыделить геометриюї.

ѕоверхности спинки и корытца лопатки Ђ рыльчаткиї получаем командой Ђ–азместить поверхностьї (рис. 8). Ёта команда €вл€етс€ основной и наиболее приоритетной при создании поверхностей по фасетному телу в модуле реверс инжиниринга Siemens NX. ¬ данной функции дл€ удобства выбора фасетных элементов тела, по которым будет Ђнат€нутаї поверхность, в качестве фильтра используетс€ цветова€ область, полученна€ на предыдущем этапе. “акже в этой функции есть возможность контролировани€ множества параметров получени€ поверхности, при этом сразу отслежива€ максимальную и среднюю погрешности.

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 8. —оздание поверхностей спинки и корытца лопатки Ђ рыльчаткиї

ѕосле того как все поверхности, образующие замкнутый объем лопатки, готовы, провод€тс€ операции по их расширению и обрезке. ѕоверхности входной и выходной кромок получаютс€ скруглением по трем гран€м, то есть условным прокатыванием виртуального шара между гран€ми спинки, корытца и вспомогательной касательной грани.

»спользование команды Ђќбрезка и удлинениеї значительно сокращает врем€ на обрезку поверхностей, так как осуществл€ет ее одновременно на двух поверхност€х, образу€ сразу угол между ними. “акже данна€ процедура автоматически производит сшивку обрезанных поверхностей. ѕосле того как тело лопатки было построено, оно объедин€етс€ со ступицей, на ребра накладываютс€ скруглени€ с вычисленными значени€ми радиусов. «атем с помощью команды синхронного моделировани€ Ђћассив гранейї производитс€ равноудаленное круговое копирование граней лопатки, включа€ и скруглени€.

ѕо аналогии с алгоритмом, описанным выше, строитс€ шпоночный паз ступицы. Ќа его примере рассмотрим методику создани€ Ђидеализированнойї модели, така€ модель может потребоватьс€ при последующем изготовлении. ƒл€ данной задачи отлично подойдут инструменты синхронного моделировани€ Siemens NX, которые позвол€ют проводить любые модификации моделей.

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 9. ѕрименение команды синхронного моделировани€ ЂЋинейный размерї

√рани паза еще при создании были coнаправлены c плоскост€ми базовой системы координат. «атем дл€ боковых граней было задано геометрическое ограничение симметричности относительно центральной плоскости, а потом с помощью команды ЂЋинейный размерї были исправлены значени€ размеров паза (рис. 9).

Ќа самом заключительном этапе обратного проектировани€ стро€тс€ недостающие скруглени€ и фаски.

јнализ точности полученной модели

ѕосле всех построений необходимо произвести анализ точности с целью вы€влени€ несоответстви€ полученной модели и исходного фасетного тела (рис. 10). ќпераци€ Ђјнализ отклоненийї позвол€ет численно и визуально оценить неточности, образовавшиес€ во врем€ обратного проектировани€. ≈сли вы€вленные неточности критичны, их впоследствии необходимо будет устранить.

–еверс инжиниринг изделий в Siemens NX

–ис. 10. јнализ точности полученной модели Ђ рыльчаткиї

¬ нашем случае максимальна€ погрешность на модели Ђ рыльчаткиї образовалась в радиусном переходе ступицы и лопатки у выходной кромки. ƒанна€ погрешность в масштабе детали незначительна, и ею фактически можно пренебречь.

¬ данной статье была подробно изложена методика и показаны некоторые алгоритмы, используемые при реверс инжиниринге изделий в программном комплексе Siemens NX.

¬есь вышеописанный процесс реверс инжиниринга фасетного тела подробно показан в данном видеоролике.

јвтор видео: ћаксим Ќехорошев



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: √лавное отличие человека от животного в том, что он хочет знать
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2020 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.