Kun Googleen kirjoittaa hakusanaksi ”Reverse engineering”, ensimmäisenä hakutuloksena vastaan tulee wikipedian artikkeli, joka kertoo seuraavaa:
”Reverse engineering, also called back engineering, is the processes of extracting knowledge or design information from anything man-made and re-producing it or re-producing anything based on the extracted information”.

Lyhyen, mutta sitäkin opettavaisemman urani aikana vastaan on tullut jo useita tilanteita, joissa tietoa lopputuotteesta olisi tarvittu kipeästi. Kuinka jonkin valmistetun kappaleen piirustukset ovat kadonneet, protosarjasta haluttaisiin tietoa suunnitteluun vai onko jollain muotilla valmistettu millaisia osia. Toki asiantunteva insinööri tekee uudet piirustukset ja mittaukset vaikka työntömitan avulla jollei muuta mahdollisuutta ole, mutta entä jos kappaleessa on vaikeita kaksoiskaarevia muotoja tai valukappaleessa päästöjä. Kuinka mitata tällaisia muotoja, kuinka vaikkapa ne kaarevat pinnat saadaan arvioitua ja mallinnettua oikein ja tärkeimpänä kuinka voidaan varmistua siitä, että käsin saadut mittaustulokset ovat tarkkoja?
Näiden kysymysten vaivaamana päätimmekin tarttua haasteeseen ja selvittää mahdollisuutemme tarjota yllämainitun kaltaisia palveluita ennennäkemättömällä tarkkuudella ja luotettavuudella. Firmaan hankittiin HP:ltä DAVID SLS 3D-skanneri.

img_1518

DAVID SLS 3D HD Dual Camera

SLS-tekniikassa muotojen mittaus perustuu strukturoituun valoon. Skannerin projektori on kalibroitu toimimaan kameroiden kanssa siten, että kappaleeseen heijastettavien viivojen etäisyydet tiedetään ja niin että tasaisella pinnalla kameran näkemät viivat ovat suoria. Ohjelmisto sitten heijastaa mitattavaan kappaleeseen 62 erilaisesta ennalta tunnettua kuviota, ja ohjelmisto mittaa kameran avulla näiden viivojen poikkeamia noista suorista pinnoista. Kappaleesta saadaan näin aikaseksi mittatarkkoja pintoja ja kun kappale kuvannetaan joka puolelta, saadaan pinnat yhdistämällä valmiita CAD-yhteensopivia tiedostoja, joita voidaan jatkokäsitellä halutulla tavalla. Kappaleet voidaan myös halutessa teksturoida alkuperäisillä tiedoilla, jolloin voidaan saada upeita pyöriteltäviä valokuvantarkkoja 3D malleja esimerkiksi verkkosivuille.

reisiluu_scan

3D skannaus reisiluun päästä

Kuinka tarkkoja saadut mittatulokset sitten ovat ja mitä meillä sitten voi skannata. Tarkkuudesta voidaan sanoa lyhyesti seuraavaa: Saavutettava tarkkuus on 0,05% kappaleen koosta ja tarkimmillaan voimme päästä jopa 0,05mm tarkkuuksiin asti. Tässä vaiheessa voidaankin jo sanoa, että mittaustarkkuudessa olemme vähintäänkin sen tarkan työntömittaa käyttävän insinöörin tasolla. Mitä skannattaviin kappaleisiin taas tulee, taivas on rajana. Kaarevat ja epäsäännölliset muodot eivät ole ongelma, eikä kappaleiden koko. Omien testiemme ja valmistajan speksauksen mukaan skannausalue yhdellä ajolla on n. 15mm-500mm, joten kaikki käy, avaimista muotteihin. Isommatkin kappaleet onnistuvat, yhdistelemme vain useampia erillisiä skannauksia yhdeksi malliksi. Näin voidaan saavuttaa tarkkoja malleja jopa ajoneuvoista ja niiden osista. Ainoa rajoitus on, etteivät kappaleet saa olla kiiltäviä, mutta jos voitte toimittaa meille mattapintaisen version mallinnettavasta kappaleesta, olemme oikea taho teille.

avain_pistepilvi

Skannatusta avaimesta saatu pistepilvi

Toki joitain rajoituksia on. Johtuen mittaustekniikasta. Syvät onkalot ja reiät sekä sisäiset muodot ovat ongelmallisia, sillä kuvantamiseen käytettävä valo ei välttämättä pääse tunkeutumaan tarpeeksi syvälle ja muodostamaan näin tarkkaa kuvaa sisäisistä muodoista. Tätä ei kuitenkaan kannata ajatella ongelmana, sillä saadun mallin dataa on helppoa täydentää käsin tehdyillä lisämittauksilla ja esimerkiksi tuo reiän paikoitus- ja halkaisijatieto on jo saatu. Ainoa tarvittava lisämittaus on sen syvyys, jonka jokainen varmasti saa selville vaikkapa sillä työntömitalla. Lisäksi malliin tarvittavat lisäykset, jotka skannaus jostain syystä on jättänyt tekemättä, voidaan helposti ja luotettavasti mallintaa jo olemassaolevan datan perusteella, onhan kyseinen kappale reaalimaailman objekti, jota voidaan tarkastella. Ja mikä estää ottamasta esimerkiksi silikonivalua sisäisistä muodoista ja skannaamasta sitä.

reisiluu_valmis_3d_malli

Valmis teksturoitu malli reisiluusta

3D skannauksen hyödyt on jo huomattu myös mekaniikkasuunnittelussa. Vaikeat muotoilumallit on helppoa saada luotettavasti CAD- muotoon vaikka savimallista. Mikään kaareva pinta ei ole ongelma vaan sen tiedot on aina mahdollista saada ja totetuttaa 3D-malliksi jonka jatkokäyttö- ja muokkausmahdollisuudet ovat rajattomat. Lisäksi skannerin luoma data on suoraan yhteensopivaa 3D-tulostinten kanssa ja skannatut kappaleet voidaan suoraan tulostaa uudelleen pikamalleiksi.

Tekniikka on ihmeellistä ja sen mahdollistama tarkkuus todella hyvää. Meiltä voi luvata nykyään myös laadukkaita 3D skannauksia reaalimaailman asioista. Lähiaikoina meiltä on myös tulossa ennennäkemätöntä videota, jossa todistamme väitteemme skannauksen ja tulostuksen tarkkuuksista todeksi. Joten pistäkääpä korvan taakse.

Kirjoittaja Pirkka Lepola toimii Conseptas Oy:ssä prototyyppitekniikan asiantuntijana.
Jos laadukkaat 3D skannaukset ja tekninen dokumentointi kiinnostavat, ota rohkeasti yhteyttä meihin!