Разумеется, цифровая модель не появляется на экране сама по себе. В случае с цифровыми двойниками главным инструментом оцифровки выступает 3D-сканер. Как и любой сложный инструмент, сканеры различаются по своим техническим характеристикам. Для лопаток со сложным аэродинамическим профилем и строгими допусками оптимальны сканеры высокого разрешения (в нашем случае используется Artec Spider II, который отлично справляется с метрологическими задачами).
Рис 1. Исходные данные после первоначального сканирования
При работе с некоторыми сканерами блестящие поверхности требуют дополнительной подготовки — нанесения матирующего спрея. Проблема заключается в том, что слой спрея имеет собственную толщину. Если требуется микронная точность выходной модели, его применения следует избегать. В нашем случае Spider II позволяет без труда сканировать даже «проблемные» объекты с черными или глянцевыми поверхностями. Следующий шаг после сбора данных — очистка и глобальная регистрация (совмещение нескольких ракурсов сканирования во избежание появления «слепых зон»).
Рис 2. Процесс совмещения (регистрации) нескольких сканов.
Завершающим этапом обработки является сшивка и создание полигональной сетки. Полученная модель максимально точно повторяет геометрию реального объекта. Если задача заключается в метрологическом контроле изделий при наличии эталонной CAD-модели, можно пропустить процесс построения твердого тела и сразу перейти к анализу отклонений и созданию отчетов в специализированном ПО (например, Control X). В нашем кейсе целью является именно создание твердотельной модели, поэтому полученную сетку мы экспортируем в Design X для последующего моделирования.
Рис 3. Финальная полигональная сетка, очищенная и готовая к экспорту в CAD-систему.
Получив качественный STL-файл, мы переходим к ключевому этапу — обратному проектированию. Сама по себе полигональная сетка не является CAD-моделью: ее нельзя параметрически редактировать (то есть задавать изменяемые правила для точечного контроля модели). Именно поэтому требуется ПО уровня Design X, без которого построение твердотельной модели заняло бы дни или недели.
С помощью этого программного обеспечения мы восстанавливаем конструкторскую логику детали. Хвостовик лопатки (замковая часть) воссоздается с помощью геометрических примитивов: плоскостей, цилиндров, прямоугольных вырезов. Подходов к построению пера лопатки может быть множество — это творческий процесс, но базовых методов два: работа с поверхностями свободной формы (Freeform) и построение по массиву сечений (Loft).
Рис 4. Процесс создания поверхности хвостовика при помощи сечений сетки.
Важнейший этап реверс-инжиниринга — верификация полученной модели. Необходимо убедиться, что созданная математическая модель соответствует исходным данным сканирования. Для этого используется инструмент Deviation map, который совмещает твердое тело с STL-сеткой и визуализирует расхождения в виде цветовой карты.
Рис 5. Карта отклонений.
Дальнейшая работа с деталью идет по одному из двух путей. Либо твердотельная модель служит основой для изготовления новых лопаток (когда оригинальные чертежи недоступны), либо она применяется как эталон для контроля качества. В обоих случаях построение точной твердотельной модели является обязательным шагом, с которого начинается развилка.
Использование связки 3D-сканирования и реверс-инжиниринга позволяет предприятиям локализовать производство критически важных компонентов, экономить месяцы на поставках запчастей и гарантировать бесперебойную работу сложного оборудования.
