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Parametrisches reverse-engineering mit NX

Das Ergebnis eines 3D Scans ist ein STL Datensatz. Enthält dieser ausreichend Messdaten von allen wichtigen Oberflächenbereichen, kann mit der Konstruktion begonnen werden. Im folgenden Beispiel wird eine Nachkonstruktion eines Turbinenrades mit NX gezeigt.
Im ersten Schritt werden die STL Daten ausgerichtet. Hierfür werden charakteristische Geometrieelemente wie Zylinderachsen und Ebenen genutzt. Diese Ausrichtung vereinfacht die Konstruktion. Symmetrieoperationen und Regelgeometrien können dadurch schnell beim reverse engineering eingefügt werden.
Ausrichtung von STL Daten mit Siemens NX
Siemens NX ermöglicht die Bildung von Volumenkörpern aus Dreiecksnetzen über die Funktion convergence body. Größere reale Fehler von Teilen sind darin teilweise noch enthalten. Kleine Fehlstellen, Unstetigkeiten und Datenlücken werden mit dieser Funktion aber bereits beseitigt. Diese Funktionalität von Siemens NX 11 ist eine hervorragende Möglichkeit, die das reverse-engineering zu beschleunigen.
Ermittlung des convergence body aus STL Daten mit Siemens NX
Ziel ist, aus dem reverse-engineering einen symmetrischen idealen Körper zu erhalten. Dafür müssen in der Konstruktion andere Näherungen vorgenommen werden, als es automatisch möglich ist. An vielen Stellen sind die Erfahrungen und Entscheidungen vom Konstrukteur verlangt.
Unbekannte Freiformflächen lassen sich konstruktiv am einfachsten über Splines (das sind durch Polynome definierte Raumkurven) aufbauen. NX bietet hierfür sehr komfortable tools an. Zuerst werden auf dem Datensatz Stützpunkte ausgewählt. Zwischen diese Stützpunkte wird eine Raumkurve (Spline) interpoliert. Die Stützpunkte der Splines können im NX direkt auf dem STL Datensatz angeklickt werden. Die räumliche Abweichung der gebildeten Splines von den gemessenen Daten kann im NX direkt abgelesen werden. Der Konstrukteur passt die Stützpunktzahl und deren Lage so an, dass die genäherte Kurve möglich.
Auswahl konstruktionstragender Splines auf dem Convergence body mit Siemens NX
Über die gewählten Splines wird ein Flächenelement (patch) aufgebaut. Im nächsten Schritt wird es über die Randkurven hinaus tangential verlängert. Der Arbeitsablauf dabei ist bei Siemens NX besonders flüssig.
Bildung eines patches zwischen Splines und dessen tangentiale Verlängerung auf dem Convergence body
Beim vorliegenden Turbinenrad liegen eine Reihe rotationssymmetrischer Merkmale vor. Diese werden nun mit sinnvollen Werten parametrisch nachgebaut. Im folgenden Konstruktionsschritt wird zunächst eine rotationssymmetrische äußere Begrenzungsfläche definiert. Bei der Analyse der Daten werden die Abweichungen der realen Flügelgrenzen von der Symmetrie sichtbar. Der Konstrukteur wählt an dieser Stelle eine geeignete Mittelung oder Näherung aus. Für die Näherung ist die Funktion entscheidend. Es werden Fertigungstoleranzen und Passmaße der anliegenden Bauteile (hier der Baugruppe des Gehäuses) berücksichtigt. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, das reverse-engineering funktionaler Baugruppen immer durch denselben Bearbeiter auszuführen.

Konstruktion der optimalen einhüllenden Fläche

Mit der so konstruierten Begrenzungsfläche werden die verlängerten Flächenelemente verschnitten (getrimmt). Danach liegt zunächst eine scharfkantig begrenzte Hülle für ein Flügelelement vor.

Verschneiden der patches mit der einhüllenden Fläche

Ein Turbinenrad ist ein hochsymmetrisches Bauteil. Das wird für die Konstruktion der weiteren Flügel genutzt. An den zugehörigen Winkelpositionen werden Kopien des Modells vom ersten Flügel eingefügt.

Einfügung rotationssymmetrscher Grundkörper in die Konstruktion

rotationssymmetrische Anordnung identischer Flügel beim reverse-engineering mit Siemens NX

Im nächsten Schritt werden alle rotationssymmetrischen Geometrieelemente in den Datensatz eingefügt. Dann werden sie mit den Flügeln verbunden. Die Verbindung regelgeometrischer Elemente mit den durch Freiformflächen konstruierten Bereichen ist im NX problemlos möglich. Ziel ist ein Volumenmodell.
Um ein perfektes CAD Modell zu erhalten, werden alle Kanten verrundet. Diese Verrundungswerte werden im NX wiederum parametrisch eingegeben. An Innenecken können z.B. variable Verrundungsradien mit stetigen Übergängen eingefügt werden. Einschnittkanten ins Medium können auch aus anderen Kurven aufgebaut werden. Die Art der Kantenverrundung wird in der Konstruktion für jede Kante einzeln entsprechend der Funktion vorgegeben. Die hierfür von NX bereit gestellten tools erlauben eine komfortable Konstruktion mit hochwertigen tangentenstetigen Übergängen. So ist auch die Bildung komplizierter Kofferecken und Radienübergänge möglich.

Verrundung der Kanten zwischen den Flächenelementen

Das Ergebnis ist ein ideales CAD Modell vom gescannten Objekt. Es liegt die komplette Konstruktionshistorie vor. Sie kann für spätere Anpassungen genutzt werden. In diesem Beispiel ist die CAD NX Entwicklungshistorie in den Srceenshots in jedem Schritt zu erkennen.

Ergebnis vom reverse-engineering mit NX

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