PolyWorks Modeler je programska oprema s strani podjetja InnovMetric, ki nam omogoča pridobitev potrebne geometrije za vzvratni inženiring poljubnih kosov.
Vzvratni inženiring (angl. Reverse engineering ali RE) se lahko uporablja v različne namene. Pri starejših strojniških komponentah lahko velikokrat naletimo na težavo manjkajoče dokumentacije komponent. Za izdelavo komponent v današnjem času potrebujemo 3D model komponente ali pa vsaj 2D delavniško risbo. Z vzvratnim inženiringom pridobimo informacije o gradnikih elementa, postopku izdelave in nasploh vseh potrebnih merah. RE nam je lahko v pomoč tudi na področju umetnosti, restavratorstva saj lahko obnovimo poškodovane kose ali pa jih s kreiranjem identične replike zavarujemo.
PolyWorks Modeler nam ponuja povezavo med rezultatom skeniranja in izdelavo 3D solid modela, ki ga lahko naprej uporabimo za 3D tiskanje, CNC obdelavo, itd. Kot rezultat laserskega skeniranja imamo lahko oblak točk ali pa poligonalen model oziroma mrežast model. To zavisi od zmožnosti skenerja in programa v katerem izvajamo skeniranje. Za pridobivanje geometrije je bolj primeren mrežast model, saj vsebuje manj elementov kot oblak točk in ga zato lahko hitreje obdelujemo. Oblak točk vsebuje vse točke kamor je laserski žarek med skeniranjem zadel in se odbil nazaj. Mrežasti model pa je sestavljen tako, da se te točke povežejo v trikotnike ter tako tvorijo veliko število površin ki popišejo obliko izdelka.
PolyWorks Modeler nam tako omogoča enostavno urejanje in pripravo poligonalnih modelov za pridobitev geometrije. Modeler ponuja dva načina pridobivanje geometrije in sicer kreacijo NURBS površin in s tem površinskega modela. Druga možnost pa je pridobivanje geometrije s skic. Te skice lahko kreiramo na ravninah ki sekajo poligonalen model.
Preden začnemo s samim pridobivanjem geometrije pa je po navadi najprej treba skenirane podatke urediti. Ker je potrebno izdelek običajno skenirati v različnih položajih, dobimo kot rezultat skeniranja več skenov, ki med seboj niso poravnani. Poravnavo skenov najprej izvedemo v programu PolyWorks Inspector, kjer lahko skene združimo glede na njihove ujemajoče gradnike, ali pa glede na ujemanje točk v skenih. Če izdelek skeniramo na način, da v programu pridobimo rezultat že kot poligonalen model, ima lahko ta del na nekaterih mestih manjše luknje, kjer skener ni lepo zajel površine. Za takšne napake ima Modeler namenska orodja, s katerimi lahko zakrpamo takšne luknje. Luknje lahko zapolnimo na več načinov, lahko pa poženemo tudi avtomatsko popravljanje modela. Modeler ponuja tudi opcijo gladitve površine. V primeru da je kos morda na kakšnem mestu poškodovan, udrt, ali pa je na površini izdelka nekaj kar za naše delo ni pomembno, lahko model popravimo.
Slika 1: Skeniranje kosa
Ko je model urejen in popravljen lahko začnemo s pridobivanjem geometrije. Za kakšen način se bomo odločili, je najbolj odvisno od same oblike kosa ki smo ga skenirali. Če je naš kos osnosimetričen, ima ravne površine in je načeloma sestavljen iz enostavnih oblik, potem se odločimo za pridobivanje geometrije s pomočjo postavljanja ravnin in risanja skic. Ravnine lahko prenesemo v Modeler skupaj s poligonalnim modelom, lahko jih pa ustvarimo ročno v samem programu. Ravnine lahko kreiramo na več različnih načinov. Eden izmed načinov je da na mrežastem modelu izberemo trikotnike, ki se nahajajo na površini kjer želimo ustvariti ravnino in s funkcijo programa ustvarimo ravnino. Ravnine lahko še določamo numerično, z označevanjem točk na modelu, z referencami na ravnine koordinatnega sistema,… Po navadi bomo ravnino postavili tako, da bo ta sekala model na takem mestu, kjer bomo lahko pridobili čim več informacij o izdelku. Skice pa lahko tudi rišemo na t.i. Cross Section-ih oziroma v prevodu presekih. Preseke lahko zopet kreiramo na več možnih načinov. V sami funkciji kreiranja skice, nam Modeler ponuja risanje osnovne geometrije. To so črta, lok, krog, krivulja in štirikotnik. Med risanjem teh elementov, lahko vidimo za koliko odstopa narisana geometrija od dejanske. Vzemimo za primer skoznjo okroglo luknjo na nekem izdelku. Luknja seveda ni popolnoma okrogla, saj v realnosti ne moremo doseči matematične okroglosti. Ko na ravnini luknje naredimo prerez in začnemo z risanjem kroga lahko vidimo koliko odstopa dejanski krog od idealnega. Tako lahko že med risanjem skic dobimo občutek v katerem tolerančnem razredu se bomo nahajali. Med risanjem skic lahko elementom tudi dodajamo dimenzije in relacije med njimi. Te skice lahko izvozimo v obliki PolyWorks (.pwsf) in IGES (.igs) datotek. Če želimo .pwsf datoteko uvoziti na primer v SOLIDWORKS, potrebujemo vtičnik PolyWorks Solid Features, ki je na vljo brezplačno. Tako se nam pri uvozu ohranijo vse relacije in dimenzije skice. Na osnovi teh skic lahko ustvarimo 3D model v našem izbranem CAD modelirniku.
Slika 2: Združena skena v programu PolyWorks Inspector
Ko pa zajemamo podatke izdelka ki nima enostavne oblike, temveč je mogoče sestavljen iz prostih oblik, se poslužimo kreiranja geometrije s pomočjo NURBS površin. Kaj sploh so NURBS površine? NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) so površine ki so popisane z NURBS krivuljami. NURBS krivulje so parametrične B-krivulje katerim za večjo natančnost dodamo uteži. B-krivulje pa so krivulje polinemskih funkcij, katerih obliko nastavljamo s kontrolnimi točkami. Ta način dela je morda malo zahtevnejši in zahteva od uporabnika več znanja o sami obliki izdelka in poteku oblikovanja krivulj in površin. Seveda nam program omogoča avtomatsko kreacijo NURBS površin, vendar pri zahtevnejših modelih in zahtevanih zelo visokih natančnostih, je boljše da površine ustvarimo ročno. Če se lotimo ročnega ustvarjanja površin, je potrebno da na modelu najprej ustvarimo krivulje. Krivulje lahko zopet kreiramo na več različnih načinov. Krivulje lahko na modelu rišemo ročno, lahko jih pridobimo iz preseka ravnine in modela, lahko jih ustvarimo iz že ustvarjenih preseko iz izbire točk,… Iz krivulj se nam nato na modelu pojavijo t.i. NURBS patch-i iz katerih kasneje kreiramo NURBS površine. Na mestih kosa, kjer imamo zaobljenja ali detajle je priporočljivo da kreiramo krivulje bolj gosto in s tem dobimo več patch-ov. Ko imamo celoten model prekrit z NURBS patch-i, poženemo funkcijo, ki nam te NURBS patch-e čim bolj prilagodi površini mrežastega modela. Deviacijo prileganja lahko opazujemo na celotnem modelu in površine prilagodimo na mestih, kjer je to potrebno. Iz NURBS patch-ov nato kreiramo NURBS površinski model. Model lahko izvozimo v IGES in STEP obliki ter ga naprej urejamo v našem izbranem CAD modelirniku.
Slika 3: Pridobljene NURBS površine na urejenem mrežastem modelu
Pridobljen CAD model lahko uvozimo nazaj v program PolyWorks Inspector, kjer lahko primerjamo odstopanja CAD modela glede na skeniran objekt. Tako opravimo kontrolo natančnosti pridobivanja geometrije in izdelave modela.
Slika 4: Primerjava CAD modela in mrežastega modela
Da povzamem. PolyWorks Modeler je programska oprema, ki nam na enostaven način omogoča pridobivanje geometrije iz skeniranih kosov ter tako omogoča potek vzvratnega inženiringa.
Slika 5: Matrika funkcij in paketov