Ingeniería inversa

La ingeniería inversa resulta útil para analizar la funcionalidad del producto, analizar los subcomponentes, calcular los costos e identificar las posibles violaciones a la patente.

Reverse EngineeringLa ingeniería inversa es un método para crear un modelo virtual en 3D a partir de una pieza física existente para su uso en sistemas CAD 3D, CAM, CAE y otro software. El proceso incluye la medición de un objeto y la reconstrucción del mismo como un modelo 3D.

La ingeniería inversa resulta útil para analizar la funcionalidad del producto, analizar los subcomponentes, calcular los costos e identificar las posibles violaciones a la patente. También puede ser usada para suplir la documentación que se pudo perder o que nunca fue generada, por lo común de piezas que fueron diseñadas antes de que el software CAD se hiciera de uso común.

El objeto físico se puede medir usando tecnologías de escaneo 3D instaladas en máquinas de medición por coordenadas (MMCs), máquinas de medición por coordenadas portátiles (MMCPs) como los brazos y digitalizadores estructurados de luz blanca. Los datos de medición, generalmente representados como una nube de puntos, carecen de información topológica y por lo tanto, se procesan en un archivo con una malla de caras triangulares (STL) y se modelan en un formato de uso más sencillo como una serie de superficies NURBS* o un modelo CAD sólido.

* Non-uniform rational basis spline (NURBS)

Las empresas grandes y pequeñas usan la ingeniería inversa para llevar la geometría física existente a un entorno digital. Algunos ejemplos de aplicaciones de ingeniería inversa son:

Industria de automoción
  • Diseñar herramientas de troqueles de chapa metálica que fueron fabricados a mano y de los cuales no existe registro digital.
  • Digitalizar modelos de arcilla hechos a mano en estudios de diseño.
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Aerospace Industry

  • Proporcionar datos digitales en componentes conforme a obra para procesos de ensamblado.
  • Archivar el legado de los componentes de aeronaves (como las piezas del 747 fabricadas sin CAD).
  • Recrear aeronaves en sus dimensiones reales para el análisis FEA de la FAA.
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Arquitectura y obras de arte

Creación de diseños únicos y hechos a mano digitalizados para la construcción. Reverse Engineering












Es necesario definir lo que se desea obtener y el nivel de precisión. La ingeniería inversa verdadera no es tan sencilla como tomar datos de un modelo. Se puede transferir fácilmente al monitor de una computadora, pero el proceso en general es más complicado.Reverse Engineering

Para crear un modelo completamente paramétrico, generalmente se usa un paquete CAD avanzado (por ejem. Catia, Solidworks, etc.) para obtener el resultado final. Existen pérdidas inherentes en la fidelidad que se presenta durante el proceso de ingeniería inversa a debido a los siguientes factores:

Hardware de medición: todos los sistemas de medición contienen una incertidumbre en la precisión volumétrica debido al ruido del sistema o al entorno. Uno de los efectos laterales puede ser la pérdida del detalle del borde.

Al convertir la nube de puntos a una malla, es necesario tomar en cuenta el suavizado de datos y la decimación.

Al envolver una superficie NURBS en la malla se deben tomar en cuenta los errores de ajuste y la continuidad de la curva.

Para una empresa que no tiene claras sus necesidades de ingeniería inversas, Hexagon Metrology ofrece servicios de consultoría, así como capacidades completas de ingeniería inversa para aquellos que no están seguros de poder invertir en ellas.

Una vez que tiene claro lo que desea obtener, así como los beneficios y desventajas inherentes, es necesario analizar la aplicación. Este análisis debe incluir:

Características de la pieza

Tamaño


A menudo, las piezas pequeñas tienen tolerancias estrechas que generalmente, las excluyen de la tecnología de escaneo. Esto se debe al nivel de ruido (e incertidumbre) de este método que generalmente exceden la tolerancia de la pieza. Efectuar un escaneo con palpador o analógico con una MMC, así como usar el tamaño adecuado de punta de palpador, resulta ideal en estas circunstancias.

Una buena regla consiste en usar un sistema que tenga diez veces mejor incertidumbre que la necesaria para el modelo final. Afortunadamente, es muy raro lograrlo.

La medición de piezas grandes con una MMC o una MMCP puede resultar lenta, si no imposible, cuando se requieren datos de escaneo denso. ‘Desplazar’ un brazo (es decir, mover la MMCP alrededor de la pieza medida) puede acabar con el presupuesto asignado a menos que esté disponible una característica como GridLOK. Los láseres tracker Leica T-Scan y los escáneres de luz blanca pueden ser mejores elecciones para las piezas que son considerablemente más grandes que la longitud de un brazo ROMER.

Tolerancia

Los elementos prismáticos mecanizados, como los planos y los huecos, o las piezas que requieren de alta precisión (menos de 25-micras por metro) deben ser analizados con palpadores táctiles en MMCs o en MMCPs. La desventaja del escaneo con palpadores es que es mayor el tiempo para la toma de datos y aumenta el riesgo de que la pieza se mueva accidentalmente durante la medición. Las piezas flexibles y las piezas con formas de bordes complejos deben ser medidas con escáneres sin contacto, siempre que sea posible.

Características

Los patrones de relieve, los huecos de colada y los bordes son algunos de los elementos que se deben tomar en cuenta. Los palpadores análogos pueden medir radios muy pequeños con gran precisión, pero el proceso es lento. Los escáneres láser configurados con el mínimo espaciamiento entre puntos pueden capturar detalles muy finos, pero los elementos pequeños se pueden perder en el ruido de la incertidumbre.

Línea de puntería


Los palpadores pueden llegar a zonas que se encuentran fuera de la línea de puntería de los escáneres. Los escáneres láser pueden tener problemas para llegar a zonas estrechas debido al tamaño del cabezal y a la distancia corta. La mayoría de los escáneres obtienen datos cuando el sensor alcanza un ángulo de aprox. 65° con respecto a la superficie normal.

Una vez que tiene claro lo que desea obtener, así como los beneficios y desventajas inherentes, es necesario analizar la aplicación. Este análisis debe incluir:

Factores externos

Vibraciones y entorno


Durante el proceso de medición los brazos de la MMC y de la MMCP, los escáneres y los trackers requieren que una pieza quede inmóvil con relación al hardware de medición. Esto significa que el entorno de inspección debe ser estable.

Densidad requerida de datos


La densidad de los datos está relacionada con el espacio entre puntos (resolución) y, por lo tanto, con la fidelidad de la medición. A menudo esto se discute en términos de tolerancia de la superficie, o la desviación angular entre puntos adyacentes. Generalmente, los datos de alta densidad se requieren en elementos (huecos, detalles del borde, etc.) para la extracción de nubes de puntos.

Velocidad requerida

Una regla importante al poner en una balanza los beneficios del escaneo con palpadores y el escaneo láser o con luz blanca, consiste en tomar en cuenta la toma de datos y las velocidades de procesamiento de la malla. Generalmente, un palpador será más lento para la toma de datos, pero permitirá que sea procesado más rápidamente. Por el contrario, los escáneres láser o de luz blanca permiten una toma de datos rápida, pero reducen la velocidad del procesamiento de la malla.

Consideraciones del operador

Ergonomía


Medir una pieza grande con un escáner láser puede resultar muy cansado debido a la necesidad de mantenerse a una distancia de ±1 pulgadas para obtener un barrido de 3 pulgadas por escaneo. Los escáneres de luz blanca, como el WLS 400A, WLS 400M y WLS qFLASH (previamente conocidos como Cognitens), ayudan en este caso.

Fácil de usar

Medir puntos con un palpador manual puede resultar tedioso en caso de que se requieran numerosos puntos. Los escáneres láser manuales generan nubes de puntos no uniformes que incrementan el tiempo para el procesamiento de la malla y la producción del modelo final.

El software compatible con la ingeniería inversa, el PC-DMIS Reshaper, interpreta los datos de medición (a veces del orden de las decenas de millones) y crea una malla con nubes de puntos 3D. Aunque el software es independiente, interactúa fácilmente con otros paquetes 3D como Polyworks, Geomagic y Rapidform.

La generación de la malla en PC-DMIS Reshaper es increíblemente rápida. La clave se encuentra en el algoritmo innovador de triangulación desarrollado por PC-DMIS Reshaper, el cual permite un proceso de triangulación más preciso que se lleva a cabo con menos puntos, lo cual acelera el proceso de la generación de la malla, que se efectúa en cuestión de segundos.

pc-dmis-reshaper












Después de crear una malla, es posible manipularla de las siguientes formas:
  • Refinada con herramientas para llenar los huecos, suavizar o tratar la deformación.
  • Secciones de segmento de la malla
  • Comparar la malla con un archivo IGES para la inspección de tipo ‘weathermap’.
  • Exportarla como un archivo IGES.
  • Exportarla como un archivo STL para elaborar un prototipo rápido.
¡Usted merece toda la precisión que pueda obtener! De forma inherente, la precisión de una MMCP no es tan buena como una MMC fija, lo cual se debe tomar en cuenta. Si un ROMER MMCP (brazo) no satisface sus necesidades, existen otros productos de Hexagon Manufacturing Inteligence que puede elegir.
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Sin embargo, los brazos de ROMER presentan capacidades adicionales de escaneo que mejoran la ingeniería inversa. Entre las opciones de escaneo se encuentran:

Escáner láser externo HP-L-20.8: Un escáner láser de alta precisión sin contacto, con capacidad para distinguir entre una gran variedad de colores y superficies. Las propiedades del HP-L-20.8 incrementan la precisión para las aplicaciones con tolerancias exigentes.

Escáner de línea integrada RS2:  Un estándar en los sistemas ROMER SI, el RS2 toma 50,000 puntos por segundo y se calibra en la fábrica con el brazo.

Para los brazos ROMER, la pieza ideal sería de 1/3 a ½ del tamaño del volumen de medición. Las piezas que tienen una mala línea de puntería, lo cual es difícil para los láser tracker de Leica o los digitalizadores WLS de luz blanca, pueden ser medidas usando las capacidades del palpador de ROMER. Las piezas prismáticas y con bordes complejos se beneficiarían de esta propiedad de escaneo.

Al medir una pieza más grande que el volumen de medición del brazo, generalmente se requiere de un ‘salto’. Los ‘saltos’ requieren que el brazo se calibre a si mismo, basado en 3 puntos arbitrarios de la pieza que está en medición. Ya que el brazo se mueve alrededor de la pieza, las discrepancias de medición inherentes que existen se agravan, por lo que disminuye la precisión general de la medición. Los elementos LOK con patente de ROMER, por ejemplo GridLok y TooLOK, eliminan el ‘error de aplilamiento’ asociado con el ‘salto’.

Otra característica de los brazos ROMER es su diseño ergonómico. Los brazos ROMER están equipados con un bajo perfil, contrabalances Zero-G y SpinGrips patentados que les permiten ‘flotar’ en las manos del operador. Esto reduce la presión en el brazo y maximiza la precisión y la redundancia mientras se minimiza la fatiga del usuario.

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