TERSİNE MÜHENDİSLİK

Tersine Mühendislik, üretilecek olan parçanın elimizde sadece numunesi ya da modeli olan parçalar olabilir. Bu parçaların CAD çizimleri olmadığı için ne tasarım değişikliği ne de kalıp yaptırma olanağımız olmayabilir. Parçalar üzerinden ölçü alarak CAD çizimi yapmak hem uzun zaman alır hem de sağlıklı bir yöntem değildir.  

"Tersine Mühendislik (RE - Reverse Engineering)" diye tanımlanan yöntem genel anlamı ile elde mevcut olan mamul parçadan hareketle ve imalat prosesindeki işlem sırasında geriye (Tersine) doğru gidilmek suretiyle, operasyonların tümünün çözümlenmesine yönelik çalışmaların bütünü olarak ele alınması demektir.  

İşte böyle bir durumda optik tarama yöntemiyle taranan numune parça üzerinden çok kısa sürede CAD dataları elde edilebilir. Böylece en sağlıklı biçimde CAD çizimi, örneğinden sapma olmaksızın yaratılmış olur. Elde edilen bu CAD verileri ile kalıp yapılabilir ya da tasarım üzerinde değişiklikler yapabiliriz.

Tersine Mühendislik (Reverse Engineering) ile 3 boyutlu model elde edebilmek için bir dizi işlemin sırasıyla yapılması gerekmektedir. Aşağıda görüldüğü gibi tersine mühendislik süreci, bir objenin ölçümü ile başlar ve ardından üç boyutlu CAD model oluşturulması ile devam eder, prototip ya da ürün imalatı ile son bulur. 

Günümüzde uygulanan standart üretim metodları, ürünün bilgisayar ortamında CAD tasarımının yapılması ile başlayıp uygun CAM metodları ile üretim aşamasına geçilen süreçleri kapsar. Tersine mühendislikte ise eldeki mamul yani numune parçadan hareketle imalat sürecindeki aşamalar geriye (Tersine) doğru çözümlenir.

Bu konunun devamı için lütfen yeşil butona tıklayınız.   

Tersine Mühendislik yönteminde ise bu tür parçaların STL veya nokta bulutu formatında verileri 3 boyutlu lazer ya da optik tarama sistemleri yardımıyla çok kısa sürede elde edilmektedir. Elde edilen nokta bulutundan yüzeyler geliştirilmekte kalıp ve aparatlar için birebir aynısı ±0.05 mm den başlayan hassasiyetler ile 3D CAD data oluşturulabilmektedir. Bu veriler üzerinden hassas bir şekilde elde edilecek NURBS eğriler yardımıyla taranan-ölçülen parçaların CAD modelleri oluşturulmaktadır. 

 

Optik tarama ile elde edilen iş parçasına ait geometri son derece hassas bir şekilde elde edilir. Aynı zamanda 3D CAD modelin yaratılmasına, lokal ölçümlere, kesit eğrileri elde etmeye (iges), imalat proseslerinde karşımıza çıkan problemlerin analizin etmeye veya parçanın doğrudan CNC işleme merkezlerinde işlenmesine imkan vermektedir. 

Tersine Mühendislik ihtiyacı firmaların ellerinde bulundurdukları ürünlerin yenilenmesinde arşivlerinin oluşturulmasında, kalıpların en son halinin bilgisayar ortamında saklanıp çoğaltılabilmesinde, arkeolojik ve sanat eserlerinin replikasyonlarının yapılmasında, medikal sektörde protez geliştirilmesinde, savunma sanayinde ürün geliştirmede, kalıp ve fikstürlerin tasarım ve geliştirmesi gibi çok farklı alanlarda kullanılmaktadır.

 

 

Tersine mühendislik süreci, makine mühendisliği yaklaşımıyla ürünler ve sistemler üzerine uygulanırken belirli bir sistematik izlenir. Aşağıdaki adımlar izlenerek istenen ürün elde edilir.

İlk adım, üç boyutlu sayısallaştırma/tarama araçlarının kullanılmasıyla fiziki modelin dijital ortamda elde edilmesidir.  Bu araçlar, ihtiyaca göre optik-lazer tarama (optical-laser scanning) ya da koordinat ölçüm cihazı (CMM - Coordinate Measuring Machine) kullanılarak istenen geometrinin nokta bulutu-kesit eğrileri veya STL formatında muhafaza edilmesine olanak tanır.

İkinci adım, oluşturulacak son modelin fiziki modele en yakın özellikte olması için düzeltmelerin uygulanmasıdır.

Üçüncü adım, düzeltilmiş nokta bulutu ve kesit eğrileri veri topluluğunun RE yazılımlarının veya CAD yazılımlarındaki tersine mühendislik modüllerinin kullanılmasıyla yüzeyler elde edilmesidir.  Elde edilen yüzeyler nihai bir CAD modeli oluşturur. CAD modelinden yola çıkarak örneğin talaşlı imalat yönteminde CNC programlama ile ilk fiziki model elde edilmiş olur. Mekanik ve fiziksel özellikleri gelişmiş olan bir malzeme ile bu modelin işlenmesi pahalı olacağından ve işlevsel testlerin gerekli olduğu durumlarda bu modelden yola çıkarak ilk örnek hazırlama (RP - Rapid Prototyping) ile düşük maliyetli bir fiziki model elde edilir. Yine sistem içerisinde eğer parça ve sistemlerin mühendislik analizleri de gerekli ise CAE (Computer Aided Engineering) yazılımları yardımıyla analizleri yapılmaktadır.

 

Günümüzde Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) daha popüler hale geldikçe, tersine mühendislik, 3D Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD), Bilgisayar Destekli Üretim (CAM), Bilgisayar Destekli Mühendislik (CAE) ve diğer yazılımlarda kullanılmak üzere, varolan parçaların üç boyutlu sanal modellerinin yaratılması için kullanılabilir bir metod haline gelmiştir.

Tersine mühendislik işlemi bir objenin ölçümünü ve ardından üç boyutlu model olarak oluşturulmasını içerir. Fiziksel objenin boyutları, koordinat ölçme makinesi (CMM - Coordinat Measuring Machine), üç boyutlu üçgenli lazer tarayıcılar, üç boyutlu yapısal ışık sayısallaştırıcılı tarayıcı veya bilgisayarlı tomografi gibi üç boyutlu tarama teknolojileri kullanılarak ölçülebilir.

 

Genellikle bir nokta bulutu olarak temsil edilen ölçülmüş veri kendi başına, topolojik bilgi eksikliği taşır. Bu nedenle genellikle üçgen kaplı ağ veya bir CAD modeli gibi daha kullanışlı bir formata dönüştürülür.

 

Nokta bulutları bir çok üç boyutlu yazılımla uyumlu değildir. Bu nedenle Tersine Mühendislik yazılımları nokta bulutlarını 3D CAD, CAM, CAE gibi uygulamalarda veya görselleştirmede kullanılabilecek formatlara dönüştürür.

 

 

TERSİNE MÜHENDİSLİK HANGİ AMAÇLARLA KULLANILIR?

1- Tersine Mühendislik yöntemi genel olarak STL data üzerinden 3 boyutlu yüzey ve katı modelleri elde etmek amacıyla kullanılır.

2- Bir parçanın kopyalanmasında geleneksel yöntemlerle günler ya da haftalar süren işlemler nesnenin taranıp yüksek hızda işleme yöntemleri ile kopyalanması yoluyla sadece birkaç saat içerisinde tamamlanabilmektedir.

3- Bir parça üzerinde değişiklikler yaparak yeni bir parça oluşturmak istediğinizde, tersine mühendislik yöntemi ile parçanın CAD datasını ve ardından değişiklikleri yaparak yepyeni bir model elde etmek mümkün olmaktadır.

4- El yapımı parçaların bilgisayar ortamına aktarılması - CAD datasının oluşturulması için yine tersine mühendislik yöntemi kullanılmaktadır.

5- Deforme olmuş - bozulmuş kalıpların yeniden işlenmesinde ve problemli bölgelerin yeniden yapılmasında da Tersine Mühendislik yönteminden yararlanılmaktadır.  

TERSİNE MÜHENDİSLİĞİN TERCİH NEDENLERİ

a- Üreticinin bir parçayı uzun zamandır üretmemesi ve tekrar üretmek istemesi,

b- Orijinal dizaynın yetersiz dokümantasyona sahip olması,

c- Bir ürünün orijinal üreticisinin artık bulunmaması fakat müşterilerin bu ürüne ihtiyacının olması,

d- Ürünün orijinal dokümantasyonunun kaybolması ya da hiç olmaması,

e- Ürünün bazı kötü özelliklerinin yeniden tasarlanmasına ihtiyaç duyulması,

f- Ürünün uzun süreli kullanımına dayanarak ürüne ait iyi özelliklerin güçlendirilmesi,

g- Rakip ürünün iyi ve kötü özelliklerinin analiz edilmesi,

h- Ürünün performansını ve özelliklerini geliştirmede sonuca götürecek yeni yolların keşfedilmesi,  Rakip ürünlerin anlaşılması ve daha iyi ürünlerin geliştirilmesinde rekabete dayalı kıyaslama metotlarının elde edilmesi.

ı- Rakip ürünlerin anlaşılması ve daha iyi ürünlerin geliştirilmesinde rekabete dayalı kıyaslama metotlarının elde edilmesi.

i- Orijinal CAD modelinin değişikliklere ya da güncel üretim yöntemleri için yeterli olmaması
j· Orijinal üretici firmanın ek/yedek parçalar sağlamada yetersiz ya da isteksiz olması

k- Orijinal üretici firmanın parça sağlamada aşırı ücret talep etmesi

l· Modası geçmiş parçaların ya da eski üretim işlemlerinin bugünkü ve daha ucuz teknolojilerle güncellenmesi

3D SAYISALLAŞTIRMA/OPTİK TARAMA

Günümüzde gelişen teknolojinin yardımı ile ürünler geçmişe göre daha formlu hatlara sahip olarak tasarlanmaktadır. Özellikle otomotiv sanayiinde dış görünüşten iç aksamlara ve detaylara kadar tüm parçalar CAD ortamında yüzey modelleme olarak tanımlanan formlu görünüşlere sahip olmaktadır. Günümüzde optik ölçüm teknolojisindeki gelişmeler ile bu formlar kolaylıkla ölçümlendirilebilmektedir. 3D sayısallaştırma/tarama sistemleri iki ana gruba ayrılır, Dokunmalı ve Dokunmasız sistemler.

 

Dokunmalı ya da diğer adıyla prob'lu sistemler, mekanik kollu sistemler ve CMM (Computer Measuring Machines)' dir. Birkaç eksenli mekanik kolun ucuna takılmış bir ölçüm probu sayesinde, koordinatları istenen noktaya dokundurulan prob ile noktanın koordinatları hassas biçimde ölçülür. Bu sistemlerle yüzey bilgisi değil istenen belirli sayıda noktanın koordinatları elde edilebilmektedir.

 

Dokunmasız optik sistemlerle serbest formlu yüzey bilgisi elde edilmesi hem ürün geliştirme, tersine mühendislik ve kalite kontrol işlemleri üzerine uzmanlaşmış mühendislik ofisleri, hem de büyük endüstri kuruluşlarının tasarım ve ürün geliştirme, kalite kontrol, kalıphane vs. gibi departmanları için önem arz etmektedir. Bu sistemlerle tüm yüzey formu çok yüksek hassasiyetle elde edilmekte ve CAD modelin oluşturulması, hızlı prototipleme ve CNC' de islenme işlemlerine hazır hale gelmektedir.

Dokunmasız sistemlerin çok çeşitli tipleri ve her birinin farklı kullanım alanları olmakla birlikte, lazer çizgili sistemler ve yapılı ışık desenli (ızgara projeksiyonu, fringe) sistemler ya da topogrametrik sistemler, kullanımı diğerlerine göre daha yaygın olanlarıdır.

 

Dokunmasız optik tarama sistemlerinden lazer çizgili sistemler, cismin üzerine bir lazer kesiti düşürülmesi ve bu kesitin cismin üzerinde hareket ettirilmesi prensibi ile çalışırlar. Ölçüm metodu lazer kesitinin cisim üzerinde deformasyona uğraması ve bu deformasyon bilgisinin CCD dijital kamera vasıtası ile alınması seklindedir. Portatif elle taşınan modeller olduğu gibi mekanik kol ucuna bağlananları da vardır. Ayrıca robot koluna bağlanarak ölçüm otomatik hale de getirilebilir.

Dokunmasız optik tarama sistemlerinden yapılı ışık desenli 3D optik tarama sistemlerinin değişik dizayn tipleri mevcuttur. Tek kameralı, çift kameralı, asimetrik çift kameralı sistemler gibi. Tüm bu sistemlerde güçlü bir halojen ışık kaynağı ile cismin üzerine farklı dokusal özellikleri olan fringe'ler düşürülür. Cismin yüzeyi üzerinde bu kodlanmış yapılı ışıklar, cismin seklinin karakteristik özelliklerine göre deformasyona ugrar. Projeksiyon sistemi ile özel bir açı yapacak şekilde yönlendirilmiş yüksek çözünürlükteki bir kamera sistemi ile bu deformasyon bilgileri alınır nokta bulutu oluşturulur. Bu sistemler sayesinde çok sayıda noktanın koordinatı çok kısa zamanda (~ 1sn) ölçülür. Böylelikle cismin yüzey formu bilgisini içeren nokta bulutu oluşturulmuş olur.

Tek kameralı sistemlerde bir projeksiyon cihazı ve 1 CCD dijital kamera aralarında belli bir açı yapacak şekilde konumlandırılmıştır. Bu açıya üçgenleme açısı denir. Bu açı sayesinde noktaların koordinatları trigonometrik hesaplarla elde edilir.

 

Çift kameralı sistemlerde ortada bulunan projeksiyon cihazı ile eşit veya farklı açı yapacak şekilde konumlandırılmış 2 CCD kamera bulunmaktadır. İki kameranın da ortak olarak gördüğü bölge esas ölçüm bölgesidir.

 

OPTİK ÜÇGENLEME

3 boyutlu topogrometrik ölçüm 3. boyutta görüntü işlemede fotogrametri ve stereometri kadar iyi bir yöntemdir. Tüm teknikler optik üçgenleme (optical triangulation) prensibini temel alır. Kelime anlamı belli sayıda noktanın konumunu kesin olarak tespit edebilmek için, bu noktaları tepe olarak kabul ederek bir alanı üçgenlere bölme işi olan "triangulation" tüm 3 boyutlu ölçme/tarama tekniklerinin kullandığı yöntemdir. Çok çeşitli uygulama alanları olan üçgenleme prensibi haritacılıktan GPS ile konum belirlemeye kadar pek çok alanda kullanılmaktadır. Bu prensiple, matematiksel olarak uzayda kesişen doğruların yardımı ile noktanın bulunduğu yer hassas olarak elde edilir.

Aktif Metodlar;
- Optik Üçgenleme (Optical Triangulation (1D)
- Işık kesiti (light section) teknikleri (2D)
- Izgara Projeksiyonu (Fringe Projection) (3D)
Pasif Metodlar
- Stereometri
-  Fotogrametri

SAYISALLAŞTIRMA CİHAZLARININ KULLANIM ALANLARI

- Çamur, kil, köpük gibi malzemelerden el ile yapılmış endüstriyel tasarım modellerininsayısallaştırılmasında

- Rakip ürün incelemelerinde

- Sanat eserlerinin restorasyonunda

- Diş, protez ve benzeri medikal uygulamaların sayısallaştırılarak üretilmesinde

- CAD datası mevcut olmayan ürün, kalıp, aparat, fikstür gibi parçaların CAD datasınıelde etmek için sayısallaştırılmasında

- CMM tezgahında ölçülemeyecek kadar büyük olan ürünlerin ölçümlerinde

- Ürünün uygulama yerinde yapılacak ölçümlerde

- Kalıp ve aparatların kalite kontrolünde

- Yüzey formlarının kontrolünde

- Üretim esnasında veya sonradan oluşan çökme, eğilme gibi fiziksel hatalarıntespitinde

       

CAD MODELLEME

Sıfırdan modellemeden farklı olarak STL datadan modelleme yapmak hem süre hem de çaba bakımından daha zor bir süreçtir. Müşteri tarafından belirlenen toleranslar ve değişiklikler bu süreci daha da zorlu hale getirmektedir. Ayrıca bu projede olduğu gibi yüzey kalitesinin yüksek olmasını gerektiren durumlar daha fazla sabır, dikkat, deneyim ve bilgi birikimi gerektirmektedir.
CAD modelleme programları genellikle tersine mühendislik modüllerini standart olarak içermemektedir. Bu modüller ilave olarak temin edilebilmektedir. Rapidform, CATIA ve Tebis yazılımlarının modulleri üzerinde bir miktar tecrübe edinilmiştir. Her CAD programı kendine özgü yöntemler içermekle birlikte; genel olarak kullanılan yöntem aşağıdaki şematik yaklaşım ile tamamlanabilmektedir.

STL üzerinden Section Curve, Feature Curve, 3D Curve gibi eğriler ile ana Primitive ya da Freeform yüzeyler doğrudan elde edilir. Bu eğri ve yüzeyler modellemede doğrudan kullanılabileceği gibi oluşturulacak yeni eğri ve yüzeylere referans görevi de yapabilirler. Trim hatlarını ve sınırları belirlemek için de gene programın modülündeki araçlardan faydalanılır. Alınan eğri ve yüzeyler modelin formunu, trim hatlarını ve çeşitli sınırları belirlemede referans olarak kullanılır.

 

STL'den modelleme projelerinde en çok vakit alan ve en çok uğraşılan oluşturulacak yüzeyin ölçümlendirmeye yakın ama belli bir matematik formülasyona yaklaştırılması kısmıdır. Oluşturulan bu yüzeylerin hem STL ölçüm datasına toleranslar dahili içinde oturması (ölçü kaçıklığının düşük olması) hem de yüzeyin ve yüzey geçişlerinin çok iyi olması bu süreci zorlaştıran en büyük etmendir. Doğru ve kabul edilebilir bir sonuç almak deneme-yanılma ile mümkündür. Dolayısı ile farklı yüzey komutlarını, farklı parametre değerleri girerek defalarca denemek gerekebilir. İstenilen sonuçlar alındığında gerekli yüzey operasyonları (split, trim, join vs. gibi) vasıtası ile yüzey modellemeye son şekli verilmeye çalışılır. Oluşturulan yüzey modeli katı hale getirilir. Bu aşamadan sonra artık fiziksel modele ait diğer özellikler (Dressup features) eklenmeye ve model son haline getirilir.

Bu web sayfasındaki yazılı ve görsel bütün bilgilerin yayın hakları Hamit ARSLAN' a aittir. Hamit ARSLAN' ın yazılı izni olmaksızın kısmen veya tamamen alıntı yapılamaz, kopya edilemez, elektronik, mekanik, dijital, fotokopi ya da herhangi bir kayıt sistemiyle çoğaltılamaz ve yayınlanamaz.