CC BY
46
УДК 535.08; 681.7.08
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ 3D СКАНИРОВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
П. В. Тимошев, А. В. Тоньшина
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: timoshev@sibsau.ru
Рассмотрены задачи решаемые при помощи 3D-сканирования и специализированного программного обеспечения. Приведены принципы измерения расстояния. Проведен анализ возможностей внедрения технологии 3D-сканирования при производстве изделий ракетно-космической техники.
Ключевые слова: графический сканер, объемное сканирование, 3d модель, измеритель расстояния, триангуляция.
APPLICATION 3D SCANNING TECHNOLOGY FOR PRODUCTION OF SPACE ROCKET ENGINEERING PRODUCTS
P. V. Timoshev, A. V. Tonshina
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: timoshev@sibsau.ru
The problems solved with the help of 3D-scanning and specialized software are considered. The principles of distance measurement are given. The analysis of the possibilities of introducing the technology of 3D-scanning in the manufacture of products of rocket and space technology.
Keywords: graphic scanner, volumetric scanning, 3d model, distance meter, triangulation.
Сегодня все больше и больше технологий промышленности подвергаются компьютеризации. Во многих профессиональных областях стоит задача анализа и обработки больших объемов информации, причем иногда эта информация может быть представлена в «неудобном» виде. Например, при создании трехмерных моделей на основе реально существующих объектов часто требуется максимальная точность, которую не всегда могут обеспечить даже профессиональные метрологические инструменты. В таких случаях используют 3D-сканер.
3D-сканер это устройство, которое позволяет собирать информацию о характеристиках объектов реального мира и на основе этих данных создать 3D-модель объекта. Самые простые сканеры позволяют получить лишь информацию о форме объекта, тогда как более продвинутые аналоги могут определять и такие характеристики, как текстура поверхности или её физические параметры (например, размеры) [1].
На сегодняшний день существует множество 3D-сканеров, в основе которых лежат разные технологии. Все методы сканирования можно разделить на контактные (с использованием коор-динатно-измерительной машины) и бесконтактные (применяется излучение или особый свет (ультразвук, рентгеновские лучи). В данном случае предмет сканируется через отражение светового потока.
Сканирование при помощи координатно-измерительной машины, как ясно из названия, основой такого сканирования является координатно-измерительная машина. Устройство зондирует предмет посредством физического контакта, пока объект находится на прецизионной поверочной
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1
плите, при соприкосновении запоминает координаты точки на поверхности. Контактный SD-сканер отличается сверх точностью работы. Недостатком подобного подхода является сам факт касания поверхности сканируемого объекта. Кроме того, ограничения накладывает и сам принцип сканирования: машина должна «обследовать» все необходимые участки объекта, при этом создавая лишь матрицу точек (в дальнейшем по этой матрице должна строиться SD-модель).
Бесконтактные технологии трехмерного сканирования подразделяются на лазерные и оптические [2]. Функционирование лазерных SD-сканеров основывается на принципе работы лазерных дальномеров. Лазерные SD-сканеры характеризуются точностью получаемой трехмерной модели. Правда, их применение затруднительно в условиях подвижности объекта.
В случае использования оптической технологии SD-сканирования применяется специальный лазер второго класса безопасности. Оптический SD-сканер отличается большой скоростью сканирования. Его использование исключает любое искажение, даже если объект будет двигаться. Также нет необходимости в нанесении отражающих меток. Правда, такие устройства не подходят для исследования зеркальных, прозрачных или блестящих изделий. Принцип работы SD-сканера определяется технологией сканирования. При помощи подсветки и встроенных камер аппарат измеряет расстояние до объекта с разных ракурсов. Затем сопоставляются картинки, передаваемые камерами. После тщательного анализа всех полученных данных, на экране отображается готовая цифровая трехмерная модель.
Важно понимать, что сканер - совокупность периферийного устройства и программного обеспечения выпускаемых производителем. Многие SD-сканеры особенно заметно различаются именно в части ПО, например, по принципу сшивки модели. Эти методы разнятся: некоторые используют сшивку по геометрии, другие по текстуре, третьи - по меткам или сочетанию этих способов.
Основные задачи решаемые SD-сканированием на производстве: обратное проектирование (реверс-инжиниринг); метрологический контроль изделий в процессе изготовления; анализ износа; контроль геометрии; деформации и повреждений изделий; контроль качества; цифровая архивация [3].
При использовании технологии SD-сканирования в метрологическом контроле изделий, можно осуществлять: сравнение скана с 3D CAD-моделью (конструкторской документацией); создание сечений и сравнение с данными 2D-чертежей; обмер изделия по полученной SD-модели; оценку погрешностей формы и расположения (плоскостность, параллельность, концентричность и т. п.); сравнение 2-х и более сканов между собой, например, сравнение со сканом эталонного изделия.
В связи с тем, что весь прогрессивный мир переходит на технологии SD-моделирования при разработке изделий и их производстве, становится целесообразным использование программно-аппаратного комплекса SD-сканирования и контроля для анализа погрешностей изготовления изделий. В этом случае проверка изделия осуществляется в той же компьютерной среде SD, где изделие спроектировано. Таким образом, система CAI органично дополняет цепочку CAD/CAM/CAE.
Преимущества в сравнении с традиционными видами контроля:
- процесс компьютеризирован, что исключает возможные ошибки, связанные с человеческим фактором. Сравнение происходит по всей поверхности, а не по отдельным точкам, что увеличивает достоверность результатов и позволяет обнаруживать возможные проблемы там, где они не предполагались, то есть контроль является полным и всесторонним. Результаты сравнения документируются также автоматически и сразу сохраняются в архиве, исключая двойную работу.
Контроль геометрии.
Преимущества в сравнении с традиционными видами контроля:
- наглядность представления результатов делает отчет более информативным для широкого круга пользователей. Контроль первого образца, так называемый First Article Inspection, может осуществляться непосредственно конструктором или инженером-технологом на месте, а не специалистами метрологической службы, что позволяет выявлять проблемы значительно быстрее и сокращать общее время подготовки производства, исключается необходимость применения ин-
женера-метролога высокой квалификации, а также необходимость большого числа различного измерительного оборудования и калибров для контроля изделия. Для оценки качества выпускаемой продукции нужна только компьютерная CAD-модель изделия с данными о размерах и допусках.
Библиографические ссылки
1. 3D-сканирование в интересах 3D-моделирования [Электронный ресурс]. URL: http://www. comprice.ru/artides/detaiLphp?ro=40134. Загл. с экрана. (дата обращения: 17.06.2014).
2. Оshkin D. To be 3D or not to be// CADmaster № 40/5.2007.
3. Сделай сам 3D-сканер // Компьютер Пресс № 11, 2002.
© Тимошев П. В., Тоньшина А. В., 2019
