در این مقاله دو رویکرد را بررسی می کنیم که هر کدام خطاهای خاص خود را دارند. برای این کار ابتدا چرخ دنده ای را با استفاده از کولیس اندازه گیری می کنیم و توسط این اندازه ها، قطعه را در نرم افزار

دنده ویژگی های کوچک و مکرر را برای مدل سازی ایجاد می کند و این یک چالش پیچیده در مهندسی معکوس است.

برای این کار چرخ دنده 57 دنده ای که در شکل زیر نشان داده شده است، انتخاب شده است. این قطعه به دلیل اینکه آرایش و پیچیدگی دندانه ها برای اسکن چالش ایجاد می کرد و با روش طراحی قطعه نیز تعداد دندانه های هر دنده برای محاسبه میانگین و انحراف معیار کمی سخت بود، انتخاب شد. پارامتر اصلی در این مطالعه عمق کامل هر دندانه بود.

در روش اول از یک اسکنر نوری با دقت 0.0024 اینچ ،همراه با یک صفحه چرخان، استفاده شده است. از نرم افزار Geomagic  و Inventor برای طراحی استفاده شده است.

اسکن قطعه، ویرایش ابرنقاط و تولید مش حدود 10 تا 15 دقیقه زمان برده است. تقریبا از 22 زاویه اسکن انجام شده است و 2 تا 3 ساعت پردازش و مدل سازی چرخ دنده طول کشیده است.

به چند روش می توان مدل سازی را انجام داد. در یک فرآیند دنده ها به صورت جداگانه مدل شده اند و در فرآیندی دیگر دندانه ها پس از مش بندی اندازه گیری می شوند. زمان مدل سازی براساس مهارت و آشنایی با نرم افزار متفاوت باشد.

در مرحله اسکن، 22 اسکن از چرخ دنده گرفته شده است. 18 مورد از این اسکن ها با محور سوراخ دنده عمود بر جدول انجام شده است و به طور خودکار تراز شده است. هدف از این اسکن ها گرفتن دندانه ها بوده است. 4 اسکن دیگر برای گرفتن بالا و پایین دنده استفاده شده است.

بعد از اسکن، داده ها به صورت مش وارد نرم افزار می شود و مش های اضافی و داده های هم پوشانی حذف می شوند و دوباره اسکن های افقی و عمودی را با هم تراز می کنیم. نرم افزار به طور خودکار ابر نقاط را که شبکه ای از مثلث های کوچک است ایجاد می کند.

 

این مدل می تواند از طریق ترسیم ویژگی های مشخص و استفاده از ابزارهای استاندارد CAD و با قصد طراحی و به صورت پارامتری مدل سازی شود.

این روش مدل سازی، پارامتریک نامیده می شود و به دلیل کیفیت پایین داده های اسکن در اطراف دندانه ها استفاده می شود.

هنگام چاپ قطعه از چاپگر Elite  و ترموپلاست ABS استفاده شده است. این دستگاه از دقت چاپ 0.007 اینچ برخوردار است. درحالیکه دمای اتاق ساخت تقریبا 75 درجه سانتی گراد حفظ می شود، قطعه در دمای بین 260 تا 280 درجه سانتیگراد اکسترود می شود.

در روشی که از اسکنر سه بعدی برای به دست آوردن ابعاد و شکل دندانه ها استفاده شده است، عمق کامل هر دندانه در نرم افزار و با استفاده از میانگین داده ها محاسبه شده است. این کار به دو فرضیه نیاز دارد. اول اینکه دندانه های دنده کاملا خارج از مرکز و حول محور سوراخ فرض شوند و دوم اینکه دندانه ها به طور مساوی در امتداد قطر توزیع شده اند.

بنابراین می توان یک خط میانی ایجاد کرد و هر خط مرکزی با دو خط عمودی قطع می شود و مشخص می کند که کدام یک بالاترین و پایین ترین سطح دنده را ایجاد کرده اند. به این ترتیب دندانه ها اندازه گیری می شوند و میانگین آنها محاسبه می شود.

قطر d با استفاده از قطر و تعداد دنده های چرخ دنده N پیدا شد. قطر خارجی d_a و d_b از قطر لبه و با استفاده از فرمول های زیر محاسبه می شود و سپس مدل CAD با استفاده از این ابعاد کشیده می شود.

در حالتی دیگر، چرخ دنده با استفاده از کولیس و اندازه گیری قطر سوراخ و عمق کامل هر یک از 57 دندانه و محاسبه تلرانس طراحی شد. از میانگین عمق کامل دندانه برای محاسبه قطر دنده و قطر خارجی استفاده شده است و با استفاده از فرمول های زیر عمق کامل محاسبه شده است.

اندازه گیری عمق کامل 57 دندانه گرفته شده است و از نظر میانگین و انحراف معیار در جدول زیر گزارش شده است. در رویکردی که با استفاده از اسکنر انجام شده، میانگین و انحراف معیار برای چرخ دنده های چاپ شده و ابر نقاط مشبک ثبت شده است و در رویکرد طراحی، اندازه گیری ها برای دنده فلزی ثبت شده است.

نتایج نشان داده شده در جدول بعدی نشان می دهد که استفاده از میانگین اندازه گیری های کولیس نسبت به داده های اسکنی برای تولید یک قسمت ماشین مانند دنده قابل اطمینان تر است.

اسکن و تولید چرخ دنده به صورت جداگانه و بدون استفاده از میانگین اندازه گیری، انحراف استاندارد قابلیت اطمینان کمتری ایجاد می کند. اسکنر در گرفتن پس زمینه و شکل هر دندانه با مشکل روبرو شد و در این مناطق ابر نقاط کمتری دیده می شد. دلیل این خطا این است که اسکنر آنچه را که در دید مستقیم است را ضبط می کند ودر نواحی بین دندانه ها که دید دشواری دارد، مشکلاتی ایجاد می کند.

با این حال خطاها و قابلیت اطمینان چرخ دنده با استفاده از داده های اسکن شده هرگز به نتایج چرخ دنده تولید شده با اندازه گیری کولیس دست پیدا نکرد، مگر اینکه از میانگین داده های اسکن شده استفاده شود.

اسکن چرخ دنده و احتساب میانگین عمق کامل توسط نرم افزار، به طور قابل توجهی خطا را پایین می آورد و قابلیت اطمینان چرخ دنده چاپ شده را بالا می برد و محاسبه میانگین اندازه گیری در اسکن، قابلیت اطمینان فرآیند مهندسی معکوس را بهبود می بخشد.