Inżynieria odwrotna przywraca blask starym klasykom Inżynieria odwrotna: odtwarzanie części samochodowej Optyczny system pomiarowy: scan3d surface 5 MPix Oprogramowanie: SMARTTECH3Dmeasure, Design X Branża: motoryzacja Volkswagen Transporter T1 to samochód kultowy. Podbił serca nie tylko całej Europy, ale też Amerykanów, stając się w latach 70. jednym z symboli ruchu hipisowskiego. Produkcja tej perełki motoryzacji oficjalnie rozpoczęła się w 1950 roku, a zaledwie cztery lata później po drogach jeździło już ponad sto tysięcy egzemplarzy. Samochód stał się popularny także i w Polsce, gdzie został ochrzczony mianem ogórka ze względu na swój obły kształt. Upływ czasu nie zaszkodził popularności Transportera T1. Niemiecki klasyk wciąż robi furorę dzięki pasjonatom, kolekcjonerom i firmom przywracającym starym samochodom dawny blask. Pośród nich jest firma Soul Cars, która zajmuje się renowacją zabytkowych pojazdów. Rys. 1. Odrestaurowany przez Soul Cars model Volkswagena T1. Źródło: www.soulcars.de 1
Brak części zamiennych Produkcję Transportera T1 zakończono w 1967 roku. Oznacza to, że na dzień dzisiejszy można zakupić ten kultowy samochód jedynie na rynku wtórnym. Problem polega na tym, że nawet najlepiej zachowane egzemplarze potrzebują naprawy. Dodatkowo, aby móc uznać samochód za pojazd historyczny, minimum 75% części musi być oryginalne, dlatego Soul Cars prowadzi renowacje aut jedynie z udokumentowaną historią, aby mieć pewność, że nabyty model naprawdę jest oryginalny. Rys. 2. Obiekt pomiarowy: skorodowany słupek B zdemontowany z Transportera T1 Po wielu miesiącach starań firmie Soul Cars udało się zakupić spełniający wymogi egzemplarz Volkswagena Transportera T1. Niestety był niesprawny i wymagał wielu poprawek, nie tylko mechanicznych, ale także blacharskich. Pośród elementów do naprawy blacharskiej znajdował się słupek nadwozia, a konkretnie słupek B oddzielający drzwi kierowcy od tylnej części samochodu. Po przeprowadzonych oględzinach okazało się, że fabrycznie zamontowany element nie spełnia swoich podstawowych funkcji i nie trzyma parametrów wytrzymałościowych, dlatego konieczna jest jego całkowita wymiana. Nie jest to jednak proste, gdyż w sprzedaży od dekad nie ma już nowych części zamiennych, a rynek wtórny oferuje bardzo ograniczony wybór. Dodatkowo słupek B jest bezpośrednim elementem karoserii, co czyni znalezienie odpowiednika w dobrym stanie praktycznie niewykonalnym. Rys. 3. Karoseria Volkswagena T1 w trakcie demontażu. Źródło: www.soulcars.de W tej sytuacji istnieje możliwość wykorzystania inżynierii odwrotnej w celu odtworzenia oryginalnej części. Wykonanie precyzyjnego pomiaru geometrii uszkodzonego elementu pozwala uzyskać dokładne dane do przygotowania formy. Firma Soul Cars podjęła decyzję o zastosowaniu 2
certyfikowanego metrologicznie skanera 3D firmy SMARTTECH do pozyskania modelu słupka B potrzebnego do renowacji kultowego Volkswagena Transportera T1. Skanowanie 3D to wysoka precyzja przy dużej objętości D Rys. 4. Optyczny system pomiarowy scan3d surface Pomiary systemem metrologicznym scan3d surface 5 MPix umożliwiają nie tylko zwymiarowanie z referencyjną dokładnością, ale też pozwalają pozyskać niezwykle kompleksowe dane. Urządzenie jest oparte o technologię białego światła LED i zaprojektowane z myślą o przygotowywaniu dokumentacji CAD. Przy objętości pomiarowej 400 x 300 x 210 mm skaner 3D pozyskuje chmurę punktów reprezentującą kształt zmierzony z dokładnością 0,060 mm. W przeciwieństwie do innych rozwiązań dostępnych na rynku skanery 3D firmy SMARTTECH są na stale skalibrowane na jedną objętość pomiarową. Dzięki temu są urządzeniami przenośnymi i umożliwiają wykonanie pomiaru nie tylko w laboratorium, ale także przy obiekcie w terenie, gdyż użytkownik może od razu przystąpić do skanowania 3D bez każdorazowej kalibracji. To duża oszczędność czasu, a zarazem gwarancja wyeliminowania oddziaływania otoczenia na proces kalibracji, co wpływa na dokładność pomiarową skanera 3D. Należy również pamiętać, że kalibracja w terenie niejednokrotnie może być w ogóle niemożliwa do przeprowadzenia. Dokładny pomiar daje wymierne wyniki Bardzo zły stan techniczny skorodowanej części uniemożliwia natychmiastowe przystąpienie do pomiarów. Obiekt najpierw trzeba pokryć tlenkiem tytanu, aby przykryć rdzę występującą na powierzchni oraz zmatowić błyszczące powierzchnie, które mogłyby powodować refleksy światła. Ponieważ obiekt jest cienkościenny, a zależy nam na pełnej geometrii, należy przytwierdzić do obiektu magnetyczne markery geometryczne - w tym przypadku kule. Takie markery ułatwiają oprogramowaniu poprawne dopasowanie do siebie wyników pojedynczych skanów. Rys. 5. Proces skanowania 3D: wyświetlone na obiekcie prążki Pomiar za pomocą skanera 3D marki SMARTTECH polega na badaniu krzywizny prążków wyświetlanych na mierzonej powierzchni. Ich odkształcenie rejestruje detektor wbudowany w głowicę skanującą. W trakcie pomiaru obraz z detektora jest przetwarzany na chmurę punktów dzięki specjalnemu algorytmowi oprogramowania sterującego. Każdy z punktów to informacja geometryczna opisana za pomocą współrzędnych X, Y, Z, które po odpowiedniej obróbce mogą być użyte do odtworzenia dokumentacji części. 3
Rys. 6. Wynik pomiaru w postaci chmury punktów (40 mln pkt pomiarowych) reprezentująca słupek B Przez zły stan techniczny słupka należało wykonać około dwadzieścia skanów 3D z różnych pozycji, aby otrzymać dokładny model. Pełny pomiar elementu z dwóch stron potrwał około półtorej godzin i szybko wykazał, że przez niewłaściwą naprawę słupek B nie trzymał założonej przez producenta geometrii. Przygotowanie modelu w oprogramowaniu Geomagic Design X Po zakończenia pomiarów należy oczyścić wyniki z szumów pomiarowych. Dostarczane ze skanerem 3D oprogramowanie sterujące SMARTTECH3Dmeasure posiada automatyczną funkcję ich usuwania. Ze względu na intuicyjność procesu użytkownik nie potrzebuje wiedzy metrologicznej w celu jego przeprowadzenia. 4 Rys. 7. Gotowy model CAD słupka B
Po oczyszczeniu pomiarów można przystąpić do ich łączenia. Klient postanowił wykorzystać posiadane oprogramowanie Geomagic Design X. Dzięki zastosowaniu markerów sferycznych (kul) wszystkie pojedyncze pomiary automatycznie połączyły się w jedną chmurę punktów reprezentującą mierzony obiekt. Po stworzeniu siatki trójkątów przystąpiono do dalszej pracy. Na początku należy wykonać kompletny model części na podstawie siatki trójkątów. W tym celu wyrysowano na nowo słupek, pomijając odchyłki wynikające z korozji (geometrię naprawiono w oprogramowaniu). Następnie stworzono przekroje pozwalające na dokładne zwymiarowanie słupka B i wykonanie dokumentacji technicznej. Finalnym efektem prac jest dokumentacja techniczna oraz gotowy model CAD, na podstawie którego firma Soul Cars wykonała stempel i matrycę do wytłoczenia części zamiennej. Inżynieria odwrotna odtwarza dokumentację techniczną Rys 8. Wysoki poziom odwzorowania detalu Przeprowadzone przez SMARTTECH pomiary pokazują, że inżynieria odwrotna umożliwia odtworzenie drogich lub niedostępnych na rynku części. W wielu wypadkach jest to jedyna metoda na pozyskanie danego elementu. Dodatkowo można w ten sposób odtworzyć dokumentację techniczną, co jest bardzo istotne przy np. wznowieniu małoseryjnej produkcji. Do przeprowadzenia inżynierii odwrotnej często jednak potrzebne jest bardzo precyzyjne urządzenie metrologiczne. Tradycyjne stykowe metody pomiarowe (suwmiarki, metrówki) potrafią być zbyt niedokładne lub w ogóle niemożliwe do zastosowania, jeśli mamy do czynienia z obiektem o powierzchni swobodnej. Rys. 9. Mapa odchyłek: porównanie zamodelowanego obiektu CAD ze zeskanowanym obiektem 5
Natomiast optyczne systemy pomiarowe firmy SMARTTECH zapewniają wymaganą dokładność wyników, pozyskując dane za pośrednictwem technologii światła strukturalnego. Geometria jest tak dokładna, że na jej podstawie można przygotować gotowy do produkcji model CAD. Rys. 10. Zwymiarowany przekrój Dodatkowo fabryczna kalibracja urządzenia metrologicznego skraca w wymierny sposób proces wykonywania pomiarów. Zabezpiecza także przed niepoprawną konfiguracją, która może mieć wpływ na wyniki. Za pośrednictwem skanerów 3D firmy SMARTTECH można przeprowadzić proces inżynierii odwrotnej, kontrolę jakości oraz szybkie prototypowanie części lub narzędzi. Soul Cars Rodzinna firma zajmująca się restauracją klasycznych samochodów i motocykli. Działa od 2000 roku, spełniając marzenia swoich klientów o posiadaniu własnego zabytkowego auta. Cała renowacja wozów jest przeprowadzana bezpośrednio na terenie warsztatu firmy. Przeczytaj więcej na www.soulcars.de SMARTTECH Polski producent profesjonalnych optycznych urządzeń pomiarowych. Sukcesywnie rozwija swoje urządzenia, dostarczając najwyższej klasy rozwiązania metrologiczne zarówno dla przemysłu jak i muzealnictwa, edukacji czy medycyny. Przeczytaj więcej na www.skaner3d.pl 6