fbpx

Reverse Engineering โดย Einscan Pro HD&Solid Edge 2021

Reverse Engineering โดย Einscan Pro HD&Solid Edge 2021

วันนี้เราจะมาพูดถึงการ Reverse Engineering หรือการทำวิศวกรรมย้อนกลับซึ่งจะใช้เครื่องสแกนเนอร์ 3 มิติ copy ชิ้นงานขึ้นมาเป็นในรูปแบบของ 3D scan data ซึ่งเครื่องแกนเนอร์นั้นจะมีหลายรุ่น หลายแบบ หลายราคา เครื่องที่ทางเราใช้งานนั้นเป็นของทาง Shining3d รุ่น Einscan Pro HD ที่มีฟังก์ชั่นแบบครบสามารถสแกนงานได้ทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ โดยพื้นฐานการทำวิศวกรรมย้อนกลับนั้นจะเป็นการนำชิ้นงานตัวจริงที่จับต้องได้กลับมาทำให้เป็นไฟล์ 3D CAD ถ้าปติแล้วเราจะต้องเขียน 3D CAD นำมาขึ้นรูปด้วยการฉีด CNC หรืออื่นๆ และนำไปใช้งานตามจุดประสงค์ แต่ถ้าทางกลับกันของวิศวกรรมย้อนกลับคือจะย้อน workflow เมื่อสักครู่นี้กลับ อาจจะเป็นการซ่อมบำรุง พัฒนา หรือเปรียบเทียบชิ้นงาน ซอฟต์แวร์ที่จะนำไปใช้งานนั้นมีหลายตัวมไม่ว่าจะเป็น Solid Edge2021, SolidWork, NX, Fusion360, Rhino และอื่นๆ ตามถามถนัดของแต่ลพบุคคล
ในบนความนี้จะเป็นการทำวิศวกรรมย้อนกลับโดยการใช้ Einscan Pro HD กับ Software Solid Edge2021 มาใช้กับงานที่เป็นเครื่องมือจับขวดเพื่อใช้งานสายงานของเครื่องจักรกล โดยชิ้นงานเมื่อทำการ Revers Engineering เรียบร้อยแล้วจะนำมาขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อแก้ไข ปรับปรุงให้เหมาะสมต่อการนำไปใช้งานจริง เรามาเข้าเรื่องของการทำวิศวกรรมย้อนกลับกันเลยดีกว่า

  การสร้างงานต้นแบบด้วยเครื่องสแกนเนอร์ 3 มิติ รุ่น Einscan Pro HD  

ขั้นตอนที่ 1 การสแกนชิ้นงาน และสร้างต้นแบบ
เนื่องด้วยชิ้นงานเป็นแบบ mirror กันด้านซ้าย และขวา ดังนั้นจะแนะนำให้ติด marker อ้างอิงก่อนการสแกนงาน และที่สำคัญงานมีผิวที่เป็นสีดำเลยจะต้องพ่นสเปรย์แป้งด้วย”การให้สเปรย์แป้งร่วมกับ marker จะต้องติด marker ก่อนพ่นแป้งลงบนชิ้นงาน” เพื่อให้สแกนงานได้ดีมากยิ่งขึ้น ถือว่าเป็นการเตรียมชิ้นงานก่อนเริ่มสแกน ส่วนที่เครื่องสแกนเนอร์นั้นจะใช้เครื่อง Einscan Pro HD ร่วมกับฐานหมุนอัตโนมัติ
เมื่อเราเตรียมชิ้นงานเรียบร้อยแล้วให้วางชิ้นงานบ่นฐานหมุน และที่ซอฟต์แวร์ให้เลือการใช้ที่โหมด Fixed Scan และจากนั้นคลิกเครื่องหมายที่ with Turntable และที่ Align mode เป็น Markers

ภาพตัวอย่างขณะทำการสแกนแบบใช้ Turntable

เมื่อสแกนงานรอบแรกเสร็จแล้วจะมีบางส่วนที่เกินออกมาให้ทำการลบทิ้งทันที และหลังจากนั้นให้จับชิ้นงานวางในตำแหน่งอื่นๆ เพื่อจะเริ่มสแกนชิ้นงานต่อในส่วนที่ยังขาดหายไปอาจจะวางชิ้นงานคว่ำก็ได้แต่ต้องให้กล้องของเครื่องสแกนเนอร์เห็นชิ้นงานในด้านนั้นๆ ด้วย เมื่อเรียบร้อยแล้วก็เลือกเช่นเดิม “คลิกเครื่องหมายที่ with Turntable และที่ Align mode เป็น Markers” และกดเริ่มสแกนได้เลย ถ้าสแกนเสร็จสิ้นแล้วจะได้ข้อมูลตามภาพด้านล่างนี้

การลบส่วนเกินที่ไม่เกี่ยวข้องกับตัวชิ้นงานออก
ชิ้นงานหลังจากการสแกนเสร็จสิ้น

ขั้นตอนที่ 2 การแก้ไข ปิดผิว ซ่อมแซมเบื้องต้น
หลังจากที่สแกนเสร็จเรียบร้อยแล้วให้คลิกที่ Mesh models จะมีให้เลือก 2 รูปแบบคือ Watertight model และ Unwatertight model ซึ่งการที่จะนำไปทำวิศวกรรมย้อนกลับนั้นจะแนะนำให้ทำเป็นแบบ Unwatertight model เพราะจะเป็นแบบ model แบบผิวงานเท่านั้น เมื่อเลือกเรียบร้อยแล้วจะเข้ามาที่หน้าต่างของการแก้ไข model ซึ่งจะต้องปิด ซ่อมแซมผิวของชิ้นงานที่สแกนมานั้นให้ใกล้ดคียงงานจริงมากที่สุด เพราะบางจุดเครื่องสแกนอาจจะไม่สามารถสแกนงานได้ เครื่องมือที่ใช้ในการปิดรูนั้นจะแบ่งออกเป็น Manual, Auto และ Marker

การปิดผิวชิ้นงานมีทั้ง Watertight และ Unwatertight
เครื่องมือการแก้ไขปิดผิวชิ้นงาน
การซ่อมแซมพื้นผิวของงานในจุดที่สแกนไม่ได้

และที่สำคัญอยากจะแนะนำว่าขนาดของไฟล์ที่เราจะ save นั้นควรจะลดให้เหลืออย่างมากที่สุดเลยคือ 100MB แต่ถ้าเป็นไฟได้อยู่ที่ 50MB จะดีที่สุดเพราะจะง่ายต่อการทำงานในซอฟตแวร์ Solid Edge 2021 การลดขนาดของไฟล์นั้นจะอยู่ที่หัวข้อ Simplification การลดขนาดนั้นให้อ้างอิงกับผิวของชิ้นงานด้วยว่าย้อมรับได้หรือเปล่าเพราะชิ้นงานบางรูปแบบนั้นจะไม่สามารถลดขนาดของไฟล์ได้เยอะเพราะอาจจะทำให้ความมละเอียดของชิ้นงานลดน้อยลงไปด้วยเช่นกัน

การลดขนาดของไฟล์งานสแกน

ขั้นตอนที่ 3 การแก้ไข Origin models เพื่อง่ายต่อการใช้งาน
การแก้ไข Origin (xyz) ของชิ้นงานเพื่อให้งานต่อการนำไปใช้งานต่อโดยฟังก์ชั่นนี้จะอยู่ในหน้าต่างของ Measurement จะต้องสร้าง Plane, Line และ Point ที่เป็นเครื่องมือต่อการ move Origin ให้กับชิ้นงาน เมื่อสร้างเรียบร้อยเเล้วต่อมาให้ใช้เครื่องมือ Movement เพื่อจะทำการ move แกนเข้ากับตัวชิ้นงานสแกนให้เลือกเครื่องมือ 3-2-1 Movement ในหน้าต่างนี้จะต้องเลือก plane, line และ point สำหรับการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของ Origin ใหม่ของชิ้นงานการเลือกนั้นก็ง่ายๆ ที่
*Plane -ให้เลือก plane ที่เราต้องการให้ระนาบแกน x,y วางอยู่บนนั้น
*Line -ให้เลือก line ที่เป็นทิศทางของแกน Z
*Point -ให้เลือกจุดที่ต้องการให้จุด (0,0,0) ของ origin นั้นจะอยู่ด้วย

การแก้ไข Origin ให้กับชิ้นงานหลังจากการสแกนเสร็จสิ้น

 

  การทำวิศวกรรมย้อนกลับด้วยซอฟต์แวร์ Solid Edge 2021  

ขั้นตอนที่ 1 การ Open file 3D data
การนำไฟล์เข้ามาในซอฟต์แวร์นั้นให้ใช้คำสั่ง Open ที่หน้าต่างของซอฟต์แวร์จะมี pop-up เด้งขึ้นมาเลือกนามสกลุไฟล์ที่ต้องการเปิดโดยปกติแล้วไฟล์ 3D data ที่ได้จากการสแกนนั้นจะเป็นไฟล์ .stl ก่อนที่จะกด open นั้นให้ตั้งค่าก่อนเพื่อให้ขนาดไม่ผิดเพี้ยนโดยไปที่คำสั่งว่า Option เพื่อจะทำการตั้งค่าหน่วยของชิ้นงานที่จะนำเข้ามาให้เลือกเป็นหน่วย millimeter (mm) และอีกอย่างที่สำคัญมากๆ เลยคือการเลือกระบบในการใช้งานเขียน CAD ให้ตั้งค่าเป็น Part ดังรูปภาพด้านล่าง

การเลือกหน่วยในการเปิดไฟล์งานสแกน
การตั้งค่า Profile ของ CAD ที่ทำงาน

ขั้นตอนที่ 2 Select surface ของชิ้นงานเพื่อเลือก Plane ในการแก้ไข
ซอฟต์แวร์ Solid Edge 2021 จะมีฟังก์ชั่นที่ชื่อว่า Reverse Engineering โดยตรงเลยซึ่งขั้นตอนในการทำนั้นก็จะแบ่งตามลักษณะของชิ้นงานนั้นๆ อีกทีหนึ่ง ให้เลือกฟังก์ชั่น Revers Engineering และเลือกเครื่องมือ Identify regiors ในการเลือกพ้ืนผิวบนชิ้นงานสแกนเพื่อจะสร้าง Plane หรือ Surface ในการแก้ไขการทำงานจะเป็น Brush ในการระบายสีตามภาพ เมื่อเราเลือกด้านที่ต้องการได้เเล้วเราจะสามารถแก้ไขได้เลยแต่ไม่ใช้แก้ไขลงบนผิวของของไฟล์สแกน อาจจะมีการแบ่งสีให้สามารถเลือกใช้งานได้ง่ายยิ่งขึ้นตามความเหมาะสม จากนั้นให้สร้าง Surface โดยใช้เครื่องมือที่ชื่อว่า Fit ใน Extract Surface ซึ่งสามารถทำพื้นผิวได้หลากหลายแบบเช่น แผ่นเรียบ ทรงกระบอก ทรงกลม ทรงกรวย และรูปทรงแปลกๆ เมื่อสร้าง Surface (สีม่วง) เรียบร้อยแล้วเราก็จะสามารถสร้าง Plane ใหม่ขึ้นมาเพื่อจะทำการ Intersection และ Sketching อีกในขั้นตอนถัดไป

การเลือกผิวของชิ้นงานเพื่อจะทำงานบนผิวนั้นๆ
สร้าง Surface (สีม่วง) แบบแนบบนผิวชิ้นงาน และสร้าง Plane การทำงาน

ขั้นตอนที่ 3 การ Intersection สร้าง Curve
ในขั้นตอนนี้จะเป็นการผ่าชิ้นงานสแกน 3D data scan ซึ่งจะมาในขั้นตอนนี้ได้จะต้องที่การสร้าง Plane มาแล้วและจะต้องวางในตำแหน่งที่เราต้องการด้วย Intersection จะต้องใช้เครื่องมือใน Curves เลือก Intersection ส่วนกากรใช้งานนั้นให้เลือกชิ้นงานที่ต้องการจากนั้นเลือก Plane ที่จะใช้เป็นเครื่องมือในการกระทำเมื่อคำสั่งเสร็จสิ้นแล้วจะขึ้นเป็นเส้นสีดำๆ ให้ตามภาพด้านล่าง เมื่อมีเส้นเเล้วหรือที่เรียกว่า Curves นั้นเราสามารถจะทำการ Sketching ตามเส้นสีดำๆ นั้นได้เลยโดยเส้นที่เราวาดซอฟต์แวร์จะทำการจับกับ Curves ให้จะขึ้นเป็นจุดวงกลม

Sketching ตาม Curve ที่ได้การ Intersection

ขั้นตอนที่ 4 การ Sketching 2D
Sketching เป็นการวาดเส้นแบบ 2 มิติ จะเหมือนกับ Illustrator โดยปกติแล้วพื้นฐานของการเขียน CAD 3D จะมาจากการวาด 2D อยู่แล้วเมื่อเราได้ Curves ที่เป็นเส้นสีดำแล้วจากการทำ Intersection ก่อนที่จะทำการวาดนั้นเราจะต้องเลือก Plane ในการวาดก่อนทุกครั้งหรือให้ใช้เมาส์เลื่อนไปที่จุดที่ต้องการวาดและกด F3 เพื่อล็อก Plane ที่จะทำงาน ต่อจากนั้นก็วาดได้ตามปกติตาม Curves ที่มีอยู่แล้วเครื่องมือของการ Sketching นั้นจะมีมากมายซึ่งจะอยู่ที่หน้าต่าง Sketching หรือในหน้า Home เมื่อวาดเสร็จแล้วจุดที่เราวาดนั้นภายในอย่างเช่นวงกลมจะต้องเป็นสีฟ้าโปร่งแสง แสดงว่า 2D ที่เราทำการวาดเมื่อสักครู่นี่นั้นปิดทุกด้านเรียบร้อยจะสามารถใช้ในขั้นตอนต่อไปได้

Lock plane ก่อนทำการ sketching บน plane นั้นๆ (F3)
Sketching 2D แบบครบ loop ปิดทุกด้าน(สีฟ้าโปร่งแสง)

ขั้นตอนที่ 5 การ Extrude และ Cut
การทำ Extrude เพื่อให้ได้ชิ้นงานอันใหม่ขึ้นมานั้นจะต้องทำการ add body ใหม่ขึ้นมาก่อนมิเช่นนั้นส่วนที่เราทำการ sketch ไว้นั้นจะไปกระทำต่อไฟล์ 3D scan เมื่อเราเพื่อ body ใหม่ได้แล้วก็สามารถใช้คำสั่ง Extrude เพื่อสร้างชิ้นงานใหม่ขึ้นมาโดยคำสั่งการ Extrude นั้นจะใช้ได้ทั้งเพิ่ม (extrude)และลบ (cut) ที่ชิ้นงานซึ่งจะทำให้ง่ายต่อการเขียน CAD มากกว่าเดิมการ

Extrude แบบเพิ่ม (add)
Extrude แบบลบ (cut)

ขั้นตอนที่ 6 การใช้เครื่องมืออ้างอิง Surface ของ model 3D scan data
ในขั้นตอนนี้จะใช้สำหรับการอ้างอิงขนาดจากผิวงานตัวจริง เพื่อให้ตัวงานที่ได้จากการทำขึ้นมาใหม่หรือวิสซกรรมย้อนกลับนั้นมีขนาดในด้านต่างๆ เท่ากับตัวงานสแกนคำสั่งที่ใช้งานคือ Replace Face ที่อยู่ในหน้าต่าง Modify Surface คำสั่งนี้จะใช้งานได้จะมีสร้าง Surface (สีม่วง) ขึ้นมาก่อนถึงจะใช้เป็นผิวอ้างอิงได้การสร้างขึ้นมานั้นจะอยู่ในขึ้นตอนที่ 2-3 นั้นเอง อันดับแรกเราจะต้องเลือกด้านของชิ้นงานที่ต้องการก่อน และต่อด้วยการเลือก Surface ที่ต้องการใช้เป็นผิวอ้างอิง

การทำ Replace Face อ้างอิงจาก Surface ที่สร้าง

  การขึ้นรูปด้วย 3D Printer เพื่อเปรียบเทียบกับชิ้นงานจริง  
เมื่อเราทำการแก้ไขแบบวิศวกรรมย้อนกลับเสร็จเรียบร้อยก็ได้ทดลองนำมาใช้งานกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพื่อตวจสอบความถูกต้องว่าเหมาะสมกับการใช้งานไหม

ชิ้นงานตัวจริง
ชิ้นงานจาก 3D printer
ระหว่างชิ้นงานตัวจริง กับชิ้นงานจาก 3D Printer