ابرنقاط و مهندسی معکوس در نرم افزار طراحی مهندسی کتیا | مهندس محمدرضا علی‌پور‌حقیقی

در این مقاله سعی بر این است که شما صنعتگران، کاربران و دانشجویان عزیز را با جایگاه ابر­نقاط در مهندسی معکوس و استفاده از قوی­ترین نرم­ افزار طراحی مهندسی (CATIA) آشنا کرده تا بتوانیم از این ابزارها استفاده اصولی و صحیح کنیم.

لازم به ذکر است که هم نرم­ افزار CATIA و هم ابرنقاط ابزاری است در دست طراح که اگر بطور اصولی از آن استفاده نشود، چه بسا با مشکلاتی مواجه شویم . اگر شما مشاهده کردید که یک نفر با آچار میخ برتخته میکوبد از او تقلید نکنید و اشتباه ایشان را تکرار نکنید. گرچه ممکن است کار شما در آن لحظه انجام شود ولی یک فرد حرفه ­ای برای بالا بردن کیفیت و راندمان کار خود از چکش برای کوبیدن میخ بر تخته استفاده میکند.این اشکالی است که متاسفانه گریبان بسیاری از صنعتگران ، کاربران و دانشجویان را گرفته است و امید است که بتوان با این مقاله مختصر، قدمی در راه اصلاح و استفاده از این ابزارهای قدرتمند برداشت.

قدم اول:  ابعاد برداری

برای انجام مهندسی معکوس و ساخت قطعات و مجموعه­ ها می­بایست در مرحله اول ابعاد و اندازه­ های قطعات را استخراج کرد. قطعات ساده را می­توان بر حسب دقت و حساسیت آنها با ابزارهایی همچون: متر، خط کش ، کولیس ، میکرومتر ، زاویه سنج و ... ابعاد برداری کرد اما استخراج ابعاد و اندازه­های قطعات پیچیده با ابزارهای فوق ممکن نمی باشد.

در دهه اخیر استفاده از دستگاه­ های اندازه برداری نوری یا همان اسکن سه بعدی که بسیاری آن را دیجیتایزینگ (Digitizing) یا اپتیک (Optic) می­نامند بسیار متداول شده است و این روش بسیار سریع و دقیق می­باشد.

شکل 1 : یک نمونه دروبین ابعاد برداری

دستگاه اندازه برداری نوری(OPTIC) چیست؟

دستگاه­های اندازه برداری سه بعدی نوری مانند سیستم چشم عمل کرده و با تابش نور به اجسام و بازتاب آن به دوربینی که همچون چشم عمل میکند ابعاد قطعه را با دقت چند میکرون تشخیص داده و ابعاد را به صورت تعداد زیادی نقطه یا همان ابر نقاط (Cloud of Point) در نرم­ افزارهای سه بعدی قابل استفاده نموده .(عمومی­ترین فرمت این فایل­ها STL است) وامکان تبدیل ابر نقاط به سطح(Surface)   و یا حجم(Solid)   وجود دارد. می­توان از ابرنقاط منحنی دو یا سه بعدی استخراج کرد و این منحنی­ها در ایجاد سطح و حجم بسیار به کار می آیند.

روش­های اندازه برداری توسط دستگاه اندازه برداری نوری :

بسته به نوع قطعه از نظر پیچیدگی سطوح، جنس قطعه، دقت مورد نیاز و ... از روش‌­های مختلفی برای اندازه برداری استفاده می­‌شود یکی از متداول ترین روش­‌ها به شرح زیر است:

1. ابتدا سطح قطعه را از هر نوع آلودگی ، گرد و خاک و روغن پاک میکنیم.
2. بر روی قطعه برچسب­های کاغذی مطابق با شکل زیر می­چسبانیم. این بر چسب­‌ها دارای ابعاد مختلف می‌­باشند و باید به گونه­‌ای روی سطح جسم چسبانده شود که جابه­ جا و کنده نشوند چرا که بر اساس این برچسب­‌ها، ابر نقاطی که از هر زاویه گرفته می‌شود با هم جفت و جور می شوند و زمان اندازه برداری باید تعدادی از برچسب­ها در هر مرحله به صورت مشترک در دید دوربین باشند تا بر اساس آن مراحل مختلف با هم یکی شوند.

توجه: در بعضی از دوربین های ابعاد برداری می­توان از این برچسب­های کاغذی استفاده نکرد  و از حفره­ ها و شیارهای موجود بر روی خود قطعه جهت نشستن (جفت و جور کردن) ابر نقاطی که در زوایای مختلف گرفته شده­ اند استفاده کرد که به این سیستم اصطلاحا Free matching می گویند . بعنوان مثال برای اسکن بادام و قاب آیینه  مطابق تصاویر زیر بجای این برچسب­ها از  خود سطوح استفاده شده است.

3. با توجه به اینکه ابعاد برداری توسط بازتاب نور انجام می­شود ، برای جلوگیری از خطا در اندازه برداری لازم است قطعاتی که صیقلی و دارای بازتاب نور شدید می­باشد را با پودر مخصوص و سفید رنگ پوشاند این پودر توسط اسپری بر روی قطعات پاشیده شده و بعد از اندازه برداری قابل شستشو و پاک شدن می‌­باشد.

نکته: قطعاتی که دارای طول بلند و ضخامت کم می­باشند و احتمال تغییر فرم آنها هنگام تغییر حالت آنها وجود دارد ، باید حتما توسط فیکسچرهایی مهار شوند و در غیر این صورت ابعاد برداری با خطا روبرو خواهد شد به عنوان مثال یک لوله دارای طول زیاد و یا یک گلگیر خودرو می­توان نام برد (منظور از این قطعات ، قطعاتی است که بر اثر وزن خود تغییر فرم میدهند).

قدم دوم : ایجاد سطوح سریع بر روی ابر نقاط

در نرم افزار CATIA محیطی وجود دارد که می­توان خیلی سریع ابر­نقاط را تبدیل به سطح و در نهایت حجم کرد.

این محیط Quick Surface Reconstruction     نام دارد که از مسیر زیر قابل دسترسی است

Start<<  Shape << Quick Surface Reconstruction

اما قبل از شروع ذکر دو نکته مهم است:

نکته اول: فراخوانی ابرنقاط در کتیا

در این محیط امکان فراخوانی ابر نقاط وجود ندارد و می­بایست از محیطShape Editor  Digitized استفاده کرد.برای این منظور از مسیر زیر به محیط مذکور میرویم

Start >shape <>>Digitized Shape Editor

حال از نوار ابزار Cloud Import  دستور Import    را اجرا میکنیم و در پنجره ­ای که مشابه پنجره ­ی زیر گشوده می­گردد.در قسمت Select File بر روی آیکن  کلیک کرده و مسیر فایل مورد نظر را معرفی می­کنیم . چون فرمت فایل stl است در قسمت Format فرمت Stl را انتخاب می­کنیم.

در اینجا قصد داریم سطح یک بادام که قبلا ابعاد برداری نوری شده است را به سطح و حجم تبدیل کنیم.

فایل Almond.stl

(اگر شما هم تمایل داشتید این کار را انجام دهید ، میتوانید فایل ابرنقاط بادام را از سایت کَدافزار  به نشانی:www.CADafzr.ir دانلود کنید.)

بعد از معرفی مسیر بر روی Apply کلیک کنید تا ابرنقاط در محیط نرم­‌افزار ظاهر شود.

برای مشاهده­ ی ابرنقاط به صورت نقطه کافی است فقط بر روی بادام راست کلیک کرده و گزینه­ ی Properties را انتخاب کنید و در پنجره­ ی جدیدی که باز می­شود در قسمت Display Modes گزینه ­ی Vertex  را فعال و گزینه­ی Smooth  را غیر فعال کرده و بعد از Apply کردن بادام را به صورت انبوهی از نقاط مشاهده می­‌شود.

ابرنقاط Cloud of points

دوباره به حالت قبل برگردید. فایل آماده تبدیل شدن به سطح و نهایتا حجم است اما قبل از آن به نکته دوم که بی نهایت مهم­تر از نکته اول است توجه کنید.

نکته دوم: سطوح خودکار برای چه قطعاتی مناسب هستند؟

نباید فراموش کرد که ایجاد سطوح سریع فقط مخصوص قطعات خاص است و نمیتوان این روش را برای تمام قطعات به کار برد. برای اینکه این نکته روشن شود ، مثالی میاوریم:

فرض کنید که یک استوانه با قطر 100 میلی­متر و ارتفاع 100 میلی­متر قبلا ساخته شده است و سطح آن را ابعاد برداری نوری کرده­ ایم و حال قصد داریم با استفاده از روش­های ایجاد سطوح سریع آن را تبدیل به سطح و در نهایت حجم کنیم.

 اما شما خوب میدانید که طراح اول طول و قطر این استوانه را دقیقا 100 میلی­متر ترسیم کرده است اما هیچ سازنده­ای نمیتواند این ابعاد را با دقتی که طراح ایجاد نموده است ، بسازد و به بیانی دیگر ، در ساخت قطعات خطایی وجود دارد و مقدار خطا بستگی به روش تولید و تلرانس مجاز ساخت متفاوت است.

مثلا استوانه را اگر با روش ریختگری ایجاد کنند میتواند در حد میلی­متر و اگر با تراشکاری ایجاد کرده باشند میتواند در حد دهم میلی­متر و اگر سنگ زده باشند میتواند در حد صدم میلیمتر خطا داشته باشد اما نکته­ ی مهم این است که خطا در ساخت وجود دارد.از طرفی دیگر دستگاه ­های اندازه برداری نوری هم دارای خطای چند میکرونی هستند و پودر پاشیده شده بر قطعه نیز خطایی دیگر به مجموع خطاها اضافه میکند . بنابراین نمیتوان به سطوحی که به صورت مستقیم و با روش­های ایجاد سطوح سریع به دست میاید برای کار­های دقیق استفاده کرد اما برای ایجاد مدل یک بادام چنین دقتی لازم نیست .کما اینکه دو بادام یک درخت ممکن است در حد چند میلی­متر نسبت به هم تفاوت اندازه داشته باشند بنابراین تاکید میشود که به جایگاه استفاده از دستور توجه شود همانگونه که در مقدمه­ ی این مطلب آمده است از آچار برای کوبیدن میخ استفاده نکنیم.

 تبدیل ابر نقاط به سطح:

در محیط Quick Surface Reconstruction   نوار ابزاری وجود دارد مطابق شکل زیر

دستور  Automatic Surface را انتخاب تا پنجره­ ی دستور مطابق شکل زیر ظاهر گردد.

توجه : در نسخه 21 کتیا این دستور مطابق شکل بالا دارای گزینه­ های بیشتری نسبت به نسخه های قبل است .

در این پنجره در قسمت Mesh ابرنقاط بادام را معرفی می­کنیم ، همچنین با اعمال تلرانس مورد نظر در قسمت Mean surface deviation مقدار انحراف سطح ایجاد شده را نسبت به ابر نقاط تعیین می­کنیم(در این قسمت مقادیر مقابل را در چند مرحله انتخاب کرده و تفاوت را ببینید : 1 ، 0.5 ، 0.1 ، 0.01)

مقدار Surface detail را 5000 انتخاب کنید ( اگر علاقمند به دانستن عملکرد تمام گزینه­ های دستورات هستید به جلد دوم کتاب کاملترین مرجع نرم­ افزار طراحی مهندسی  CATIA تالیف محمدرضا علی­پورحقیقی مراجعه نمایید)

در این مثال مقدار 0.01 را برای Mean surface deviation انتخاب می کنیم و سطح را مطابق شکل زیر بوجود می‌آوریم.

سطح Surface ( با نمایش لبه ­ها)

اگر نحوه نمایش را عوض کنید تجسم بهتری از سطح دارید .

 Surfaceسطح ( بدون نمایش لبه­ ها)

سطح ایجاد شده را در محیط  Part Design   با استفاده از دستور  Close Surface     تبدیل به حجم کنید.

برای تبدیل سطح به حجم می بایست از بسته بودن سطح مطمئن شوید . برای این منظور دستور Boundary    را اجرا کنید و سطح را انتخاب کنید اگر سطح بسته باشد پیغام خطا دریافت خواهید کرد و اگر سطح باز باشد در محیط طراحی و درخت طراحی منحنی ایجاد شده قابل مشاهده است .

اگر مرز مذکور کوچک باشد و در محیط طراحی قابل مشاهده نباشد می­توان Boundary را از درخت طراحی انتخاب و با کلیک راست و انتخاب Reframe On  منحنی را زود بیابید.

فایل کل مراحل طراحی در سایت کَدافزار  (www.CADafzar.ir ( قابل دانلود شدن میباشد. از این فایل می­توان جهت ساخت قطعه ( یا همان بادام ) و یا ساخت قالب آن و یا بکار بردن آن در تمام نرم افزارهای سه بعدی ( نرم افزارهای انیمشن سازی)  و یا ساخت با روش پرینت سه بعدی استفاده کرد.

شاید این سوال پیش بیاید که چرا از یک بادام برای این منظور شروع کرده ­ایم ؟ دلیل آن این است که دراین مبحث خیلی زود به نتیجه می­رسیم و برای شروع مناسبتر است با فراگیری موارد ابتدایی امید است بتوانیم در آینده موارد حرفه ای را نیز دنبال کنیم . ان شاالله در شماره های بعدی در مورد ایجاد سطوح مهندسی صحبت خواهد شد.

ادامه دارد...