مهندسی معکوس شامل فرایندهای مورد نیاز برای طراحی و ساخت، مونتاژ و نگهداری محصولات می شود. در مهندسی معکوس ما از یک مدل فیزیکی به یک مدل دیجیتال و قابل ارائه در نرم افزارهای طراحی مانند CAD یا Catia می رسیم.

همانگونه که در شکل زیر مشاهده می کنید، کاربرد اسکن سه بعدی در مهندسی معکوس شامل سه مرحله اصلی می باشد: اسکن، پردازش نقطه، توسعه مدل هندسی خاص.

مراحل موجود در تصویر نشان دهنده این است که مهندسی معکوس، شی را از حالت فیزیکی به ابر نقاط تبدیل می کند که این ابر نقاط قابل استفاده در نرم افزارهای طراحی می باشد.

در مرحله اسکن ابتدا باید قطعه را آماده سازی کرد، بعد از آن اسکن را انجام داد که خروجی آن به صورت ابر نقاط می باشد. این خروجی فایلی متشکل از نقطه که معمولا به صورت یک دست (سیاه و سفید) و با مختصات X، Y، Z می باشد.

اسکنرهای سه بعدی معمولا دو نوع تماسی و غیر تماسی هستند. در نوع تماسی، اسکنر مجهز به پروب می باشد و از دقت خوبی برخوردار هستند و مشابه روش CMM می باشد.

در نوع غیر تماسی از لیزر،اپتیک، نور و تکنیک های مبتنی بر تصویر استفاده می شود و هندسه را بدون تماس فیزیکی ثبت می کنند. در این روش می توان حجم زیادی از داده ها را در مدت زمان کوتاهی ثبت کرد. اما هنگاهی که سطح موازی با محور لیزر باشد نتیجه مطلوبی به دست نمی آید و در حالتی که از نور استفاده می شود، اسکنر در سطوح براق به درستی عمل نمی کند.

بعد از عملیات اسکن، باید سطح به دست آمده که مجموعه ای از ابرنقاط گسسته می باشد، طبق الگوریتم خاصی بازسازی شود. ویژگی های ابرنقاط بر نوع بازسازی تاثیرگذار است. ممکن است در حین بازسازی برخی از نقاط غیرقابل استفاده باشند و تنها داده هایی مانند سطح عادی و تصویری RGB (قرمز، سبز، آبی) در بازسازی مفید باشند.

در بازسازی، سطوح نرمال بسیار عالی هستند و سطوح غیرجهت یافته ای که در داخل یا خارج از سطح هستند، معمولا با استفاده از الگوریتم های خاص محاسبه می شوند.

مرحله مهم در بازسازی سطوح، تبدیل داده های ابر نقاط به اطلاعات قابل استفاده در نرم افزارهای طراحی می باشد. برای این کار معمولا از سه تکنیک می توان استفاده کرد: مدل سازی قاب سیمی، مدل سازی سطح و مدل سازی جامد.

در شکل زیر قسمت a اجزای نشان داده شده در نرم افزار Autodesk Inventor مدل سازی شده است و در قسمت b فایلی با فرمت STL برای پرینت سه بعدی آماده شده است.

در این جا قصد داریم یک استوانه فلزی چاپ سه بعدی با هندسه داخلی پیچیده را با روش مهندسی معکوس بررسی کنیم.

این استوانه با یک اسکنر لیزری سه بعدی غیر تماسی اسکن شده است.

این تحقیقات در آزمایشگاه چاپ سه بعدی دانشگاه استاوانگر انجام شده است و هدف از این تحقیق بررسی فناوری اسکن سه بعدی در فرایند مهندسی معکوس و اهداف کنترل کیفیت محصول می باشد.

در مهندسی معکوس برای اسکن یک قسمت تخریب شده دارای سطح ناهموار به دلیل خوردگی یا سایش و یا سطوح براق، قطعه را با یک اسپری سفید می پوشانیم.

قبل از اسپری  کردن قطعات باید نشانگرهای موقعیت را بر روی سطح قطعه چسباند. این نشانگرها الگوهایی برای تشخیص مکانی در حین حرکت اسکنر هستند.

در این پروژه در حین اسکن مشخص شد که اسکنر نمی تواند هندسه را به درستی ثبت کند. بنابراین برای حل مشکل از یک هرم پلاستیکی که روی آن نیز نشانگر نصب شده بود به عنوان پایه ای برای قطعه، به منظور شناخته شدن هندسه برای اسکنر نصب شد. این کار باعث شد تا اسکنر قطعه را به درستی پیدا کند.

هنگامی که عملیات اسکن کامل شد، داده ها به نرم افزار طراحی منتقل می شوند و با استفاده از بهترین الگوریتم و برخی تنظیمات دستی، نقاط و هندسه با یکدیگر تطبیق داده می شوند. پس از آن نقاط با یکدیگر ادغام می شوند و با استفاده از تکنیک های مختلف سطح سازی، نقاط به سطوح تبدیل می شوند.

پس از آن محصول با دستگاه CMM با اندازه گیری سیلندر در ضخیم ترین شعاع کنترل می شود.

CMM با اندازه گیری در طول مسیر از قبل تعیین شده و برای تعیین انحراف گردی نتایجی را منتشر کرد. این نتایج در شکل زیر قابل مشاهده می باشد. در اینجا مقدار اسمی به صورت دایره های سیاه و تلورانس های طراحی شده (±0.05) با دو دایره قرمز مشخص شده است. همانطوری که مشاهده می کنید نتایج نشان می دهد که در اکثر نقاط اندازه گیری از تلورانس ها فراتر می رود و در تولید واقعی به عملیات سطحی اضافی نیاز است و حداکثر انحراف اندازه گیری شده 0.214 میلی متر بوده است.

خروجی اسکن به صورت دو فایل ابر نقاط خام می باشد( شکل a). فایل های خام حاوی اطلاعات ناخواسته ای مانند هرم می باشد.  در این حالت نقاط هرم و کف با برداشتن تمامی نقاط اضافی حذف می شوند و همچنین نقاط پرت نیز به صورت دستی پاک می شوند (شکل b).

با حذف نقاط ناخواسته هر دو اسکن جداگانه متوجه می شویم که هر دو اسکن داده های گمشده ای در مکان های مختلف دارند. و الان اهمیت اسکن از دو جهت مختلف مشخص می شود. این روش داده های از دست رفته در یک اسکن را توسط دیگری تکمیل می کند.

برخی از مراحل اصلاح ابرنقاط  قبل از شروع مراحل بازسازی سطح انجام می شود. در این حالت ابتدا الگوریتم مش تمیز اعمال می شود و تکه های جدا شده، سوراخ های کوچک و رئوس منفرد حذف می شوند. بعد از آن با استفاده از الگوریتم fill hole با انتخاب لبه های سوراخ ها و سطح انحنای مناسب، حفره ها پر می شوند.

آخرین مرحله بازسازی سطح بود. این کار در محیط CAD انجام شد و از استوانه داخلی برای اکسترود کردن بخش توخالی استفاده شد و هندسه داخلی آن با استفاده از تابع کویل ساخته شد.

نتایج به دست آمده از این تحقیق که با استفاده از یک اسکنر سه بعدی غیر تماسی و تبدیل آن به CAD و استفاده از تکنیک های مختلف بازسازی سطح، انجام شد، نشان می دهد که مهندسی معکوس با استفاده از فناوری اسکن سه بعدی امکان پذیر است.