تكنیك شناسایی سطح هیبرید و كاربرد در صنعت اتومبیل سازی

تكنیك شناسایی سطح هیبرید و كاربرد در صنعت اتومبیل سازی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فنی مهندسی – بین رشته ای

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

تكنیك شناسایی سطح هیبرید و كاربرد در صنعت اتومبیل سازی

مقاله مهندسی

2007

چكیده

مهندسی معكوس به عنوان تكنیكی آشكار جهت بوجود آوردن مدل مجازی سه بعدی برای یك شی فیزیكی موجود مدنظر می‌باشد. این سیستم قابلیت شناسایی سطوح جداره ای جهت بوجود آوردن یك مدل CAD مناسب را دارد، مدلی كه قبل از اعمال رویه های تولید و ارتقا از طریق روالهای شبیه سازی همانند دینامیك سیالات محاسباتی یا آنالیز اجزای محدود مورد نیاز خواهد بود و در این زمینه تسهیلات قابل توجهی را در اختیار خواهد گذاشت. دو ابزار اصلی را می‌توان در مهندسی معكوس جهت بوجود آوردن سطوح خارجی از شكلهای سه بعدی پیچیده به كار گرفت:  سطح سازی سریع (RS) و سطح سازی كلاسیك (CS). سطح سازی سریع به عنوان یك اسلوب مدلسازی سریع در مقابل سطح سازی كلاسیك به شمار می‌آید كه نوع كلاسیك آن زمان بر می‌باشد اما در  عوض سطوح دارای كیفیت بالاتری را تولید خواهد نمود. این مقاله نسبت به تشریح ساخت و ساز یك شبكه مثلثی شكل با استفاده از مهندسی معكوس در صنایع اتومبیل سازی استفاده می‌نماید، مضمونی كه بر اساس آن سطح بدنه اتومبیل ها را می‌توان با استفاده از چنین تكنیكی ساخت. تكنیك های بدنه سازی سریع و كلاسیك به صورت مستقل جهت ساخت دو مدل متمایز مورد استفاده قرار می‌گیرند، كه در نهایت با استفاده از مدل CAD هیبرید (پیوندی) پیشنهادی مورد مقایسه قرار گرفته و مزیتهای هر كدام از آنها مشخص می‌شوند. نتایج حاصله معرف آن است كه روش هیبرید تراز قابل توجهی را بین این دو روش حاصل آورده است این دو روش باعث بوجود آمدن یك مدل مناسب با كیفیت سطوح قابل توجه و در زمان رضایت بخش شده است و در نهایت CFD مورد استفاده قرار گرفت تا بتوان نسبت به محاسبه عددی جهت مشخص نمودن حركت پویایی یا كششی عددی مهندسی معكوس اقدام نمود.

كلمات كلیدی: روال CAD، روش هیبرید، مهندسی معكوس، تشخیص سطح، CFD

1- مقدمه

مهندسی معكوس كه در طی مراحل مختلفی می‌توان آن را اعمال نمود، به عنوان فرآیندی برای ساخت یك مدل مجازی سه بعدی برای یك جزء یا قطعه موجود به شمار می‌آید. چندین مورد كاربردی وجود دارند كه بخشهایی از این فرآیند را مورد استفاده قرار می‌دهند، با این حال ممكن اسا هیچ گونه داده CAD اولیه‌ای نظیر موارد شبیه سازی مجازی وجود نداشته باشد. بطور مثال در پزشكی و در صنایع، جاییكه روال تولید مجدد بخش ها یا قطعات خاص جهت داشتن مضامین ارتقا یافته قبلی لازم است، می‌توان از این ره‌آورد بهره گرفت.

فرآیند مهندسی معكوس با داده های ابر نقطه ای آغاز می‌گردد كه از یك شی فیزیكی خاص از طریق انجام عمل پویش یا اسكن مدل مربوطه استخراج شده و در پی آن تولید شبكه و تسطیح یا به تناسب درآوردن سطوح آن مدل، جهت بوجود آوردن پوسته خارجی جزء هندسی سه بعدی، انجام می‌گردد. بر این مبنا لازم است تا عوامل زیادی را به هنگام تولید سطوح برای یك مدل چندگوشه، نظیر سطح دقت و كیفیت مطلوب برای مدل CAD نهایی، در نظر داشت. در صنعت اتومبیل سازی و دیگر صنایع مشابه، یك سطح مجازی كامل با خطوط كاملاً صاف و خطوط تراز را باید به صورت مطلوب مدنظر داشته و علاوه بر آنها داشتن سطحی با كیفیت بالا از بخشی از بدنه قطعه نیز جزء ضروریات كاری به شمار می‌آید. به وجود آوردن این سطوح بر روی چنین مدلی به عنوان یك مرحله ضروری و حیاتی در مهندسی معكوس مدنظر خواهد بود.

بسته های نرم افزاری كه در زمینه سطوح اشیاء سه بعدی كار می‌كنند به سرعت بر حسب دقت و سرعت الگوریتم های مرتبط در حال توسعه می‌باشند به گونه ای كه احتمال تولید یك مدل CAD در طی چندین ساعت وجود دارد. دو نوع مختلف رویه های موجود عبارتند از: تكنیك های سطح سازی سریع، جایی كه سطوح مورد نظر از منحنی های متقاطع ساخته شده و خود یك قطعه سه یا چهار طرفه را فرم می‌دهند كه بر مبنای تكنیك های CAD كلاسیك و مدلسازی فرم – آزاد بنا شده اند.

این مقاله نسبت به تشریح عملیات رقمی‌سازی سه بعدی یك ماشین كامل و ساخت مدل چندضلعی متعاقب آن از طریق مهندسی معكوس اقدام می‌كند كه از چنین مبحثی می‌توان بازسازی سطح را محقق ساخت. بوجود آوردن دو مدل CAD متمایز از طریق RS و CS مورد آنالیز قرار گرفته و با مدل CAD تولید شده از طریق روال هیبرید پیشنهادی مقایسه می‌گردد. در نهایت عملكرد ایرودینامیك ماشین ورزشی دست ساز  نیز به صورت عددی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت.

2- مطالعه موردی

فرآیند مهندسی معكوس در زمینه یك ماشین ورزشی دست ساز پیچیده (TBR سربرا)، همانگونه كه در شكل 1 مشاهده می‌شود، به كار گرفته شد. این نمونه به عنوان یك مورد تشریحی و كاربردی در اینجا مد نظر قرار می‌گیرد كه می‌توان آن را برای هر یك از مولفه ها یا اجزای صنعتی دیگر به صورت مشابه به كار گرفت. علت انتخاب این قطعه شكل پیچیده آن و جزئیات گسترده آن نظیر شیارها، نورها و سوراخ های هوایی می‌باشد. برای محقق ساختن این شی سه بعدی لازم است تا بتوان یك استاندارد دارای كیفیت بالا را در خصوص سطوح نهایی حاصل آورد. تنها نیمی‌از چنین ماشینی در اینجا مورد بررسی قرار خواهد گرفت و نیمی‌دیگر به صورت متقارن قابلیت تولید را خواهد داشت.

3- روال مهندسی معكوس

الف- مواد و رقمی‌سازی از مولفه ها و اجزای مختلف

یك بازوی سنجش مفصل دار هفت محوری (سیمكور 8/2 متر) كه دارای یك اسكنر لیزری (پرسپترون V4) می‌باشد مسئول تولید خطی از نقاط با نرخ 23000 نقطه در ثانیه است كه به منظور اسكن نمودن سطح بیرونی و بوجود آوردن یك تصویر دقیق مورد استعمال قرار گرفت. این ماشین خود به عنوان یك شی بسیار بزرگ مدنظر بوده و از اینرو به منظور تولید یك مدل چندوجهی متناسب، بازوی مربوطه می‌بایست در فواصل متفاوت و زیادی قرار گیرد تا آنكه بتواند كلیه داده های مورد نیاز را جمع آوری نموده و قابلیت اسكن اجزا در مسیرهای مختلف را داشته باشد. یك مجموع، حدوداً سه هزار اسكن، در این زمینه آماده گردید. بر این مبنا سه روز برای انجام عمل اسكن نیمی ‌از ماشین به طول انجامید. زمان مورد نیاز جهت اسكن ماشین را می‌توان از طریق استفاده از تكنولوژی های اسكنرهای دیگر كاهش داد.

4- ساخت سطح

الف. سطح سازی سریع (RS)

سطوحی كه با استفاده از مدل سازی سریع ساخته می‌شوند دقیقاً شبكه مربوطه را دنبال می‌كنند اما آنها را به عنوان یك استاندارد دارای كیفیت بالا نمی‌شناسند.

در این روش، منحنی های كرانه و منحنی های مشخصه در ابتدا به صورت اتوماتیك یا دستی برای حاصل آوردن شكل های كاملاً دقیق استخراج می‌شوند. شكل خصیصه ای به عنوان شاخص از یك شكل در نظر گرفته می‌شود كه قابلیت نقشه برداری آن به یك شكل ژنریك وجود خواهد داشت . به طور مثال، اشكال شیاردار یا گردشده بعنوان ویژگی های هندسی به شمار می‌روند و بر این مبنا منحنی ها را می‌توان از طریق خطوط پیگیری انحنا دنبال نمود و به دست آورد. بسیاری از منحنی ها به صورت دستی به وجود آمده تا آن كه تكه ها یا وصله های چهارضلعی مختلف دیگری را تولید نمایند. یك شكل منحنی از این طریق از مجموعه ای از منحنی های مغناطیسی شده بوجود می‌آید. دو منحنی مغناطیسی شده دارای یك نقطه كنترل مشترك در تقاطع خود در نماد یا شاخص هربید می‌باشند. جزء منحنی اصلی برای منحنی های كامپوزیت پیچیده ساختاری به عنوان منحنی مكعبی پارامتری تعیین می‌گردد.

این وصله ها دارای چهار كرانه می‌باشند تا آنكه معرف پیوستگی با وصله های مجاور دیگر باشند، اما در برخی از مواقع یك وصله سه طرفه را می‌توان ایجاد كرد. جهت خلاص شدن از هر گونه چروكیدگی و بروز امواج بر روی سطوح، اتصالات – T در نواحی مسطح تعیین می‌گردند. با رنگ زدن مدل چندضلعی به وسیله این انحنا باعث خواهد شد تا اپراتور بتواند نسبت به ایجاد تمایز نواحی مسطح از اشكال مخروط اقدام نماید. در حالتی كه یك وصله دارای بیش از 5 كرانه باشد، این امر منجر به بروز یك سوراخ بر روی سطح مدل نهایی خواهد شد.

در نهایت، تولید سطوح NURBS به صورت اتوماتیك در ظرف چند دقیقه انجام خواهد شد. به منظور حاصل آوردن یك مدل متناسب CAD كه به دقت دنبال روی شبكه باشد، تعدادی از نقاط كنترل بر حسب كرانه به 6 تنظیم می‌گردند. تعداد بیشتر نقاط كنترلی مورد نیاز نخواهد بود چرا كه باعث سنگین تر شدن مدل خواهد شد.

ب. سطح سازی كلاسیك (CS)

در این مدل سطوح به صورت دستی ساخته می‌شوند. منحنی ها در ابتدا به صورت سطح مقطع از شبكه با استفاده از یك فرآیند مرتبه پایین تر یا بالاتر استخراج می‌شوند تا آنكه مدل نهایی بیش از حد خود ایجاد نگردد. یك وصله چهارضلعی پس از آن با استفاده از ابزار ساخت سطح تولید می‌گردد. این سطح دارای یك شاخص ریاضی ساده می‌باشد و سپس از طریق حركت دستی نقاط كنترل تغییریافته تا آنكه ترازی بین یك حالت تعدیل شده و مناسب با استاندارد دارای كیفیت بالا و یك تناسب كامل با اسكن حاصل گردد. به هنگامی‌كه وصله های غیره مجاور با استفاده از این تكنیك ساخته شدند، سطح درجه 5 یا سطوح انتقالی بالاتری ساخته شده تا آنكه از تداوم انحنا اطمینان حاصل آید و علاوه بر این، چنین كاری برای اطمینان از وجود مجموعه با كیفیتی از وصله ها خواهد بود. در نهایت، عملكردهای برشی و ادوات اتوماتیك نظیر فیلت ها و پركننده ها جهت تكمیل مدل CAD اولیه به كار گرفته می‌شوند. چنین روالی حتی برای اپراتورهای ماهر نیز زمان بر و خسته كننده خواهد بود. عملیات دسته بیشماری نظیر ساخت منحنی ها و سطوح می‌بایست انجام پذیرد كه هر دو این موارد نیازمند تصحیح دستی نقاط كنترلی می‌باشد و بر این اساس زمان بر خواهد بود. با این وجود، چنین تكنیكی سطوح دارای كیفیت بالاتری را در مقایسه با سطوح حاصل شده از طریق روش سطح سازی سریع به وجود می‌آورد. این سطوح صاف به صورتی متعارف تحت عنوان «كلاس A» به واسطه كیفیت بالای آنها دسته بندی می‌شوند.

ج. سطح سازی هیبرید (HS)

این روش پیشنهادی برای بهره گیری از مزیت دو تكنیك فوق ارائه گردیده است. این روش به ما اجازه بهره گیری از یك تشخیص سطح سریعتر در مقایسه با سطح سازی كلاسیك را می‌دهد و دارای كیفیت بالاتری در مقایسه با سطح سازی سریع می‌باشد.

5- بوجود آوردن مدل های CAD مختلف

الف- سطح سازی سریع

این مدل به سرعت از طریق یك شبكه منحنی كه تعریف كننده كرانه های هر وصله می‌باشد ساخته می‌شود. پس از آن سطوح مربوطه در خلال چندین دقیقه به صورت متناسب با شبكه در می‌آیند. مدل CAD حاصل شده كامل نمی‌باشد و نیازمند اضافه ساختن جزئیات بیشتری خواهد بود. كمبود داده ها ممكن است وجود داشته باشد همانند شیارهایی كه در آن ممكن است شبكه مربوطه به واسطه مشكل اسكن نمودن نواحی باریك ناقص گردند. بر این مبنا یك عملیات دستی به منظور اضافه نمودن این بخش های بعدی مورد نیاز خواهد بود.

ب. سطح سازی كلاسیك

سرمایه گذاری قابل توجهی در زمان به منظور حاصل آوردن بالانس بین سطوح صاف و تناسب كامل با اسكن مورد نیاز خواهد بود. پارامترهایی كه برای بوجود آوردن سطوح مجاور بكار گرفته شده اند برای حداكثر فاصله یا شكاف 001/0 میلیمتر، 1/0 درجه جهت تان‍ژانت و 1/0nn-1 برای تداوم انحنا می‌باشند.در مدلسازی CAD اتصال بین این وصله ها به صورت G0 برای شكاف، G1 برای تانژانت و G2 برای روال پیوستگی دسته بندی می‌گردند.

ج. مدل هیبرید

وصله های مربعی شكل با استفاده از روال RS بر مبنای شكل 4 تولید می‌گردند. این وصله های متعاقب پس از آن گسترش داده شده و در پی آن توزیع CV جهت حاصل آوردن یك كیفیت بالاتر و تناسب بیشتر با اسكن ارتقا داده می‌شود. پس از آن برخی از سطوح بریده یا كوتاه شده تا آنكه ماشین مدنظر شكل پذیرد. در نهایت، بقیه مجموعه از دست رفته سطوح نظیر بال جلویی از طریق سطح سازی كلاسیك ساخته می‌شود. مدل های CAD نهایی در شكل 5 نشان داده شده اند.

6- نتایج و مقایسه ها

الف- دقت

دقت از طریق مشخص نمودن انحراف سطح از شبكه اصلی از نقطه نظر كمی‌تعیین می‌گردد. همانگونه كه انتظار می‌رود سطوح حاصل شده از تكنیك های سطح سازی سریع در انطباق بیشتری با شبكه مدنظر هستند، همانگونه كه در شكل 6 مشخص می‌باشد: تقریباً 95% از NURBS در +/- 0.3 mm قرار می‌گیرند در حالیكه در یك مدل دستی 95% از NURBS در حوزه 1.5 mm واقع شده اند. در مدل دستی، دوره زمانی طولانی مورد نیاز می‌باشد تا آنكه این محدوده از خطاها حاصل گردند اما با توجه به زمان بیشتر، می‌توان این خطاها را تا میزان اندكی كاهش داد.

یافته های ما موكد این نكته می‌باشند كه در حدود 90% از NURBS تولید شده به وسیله روش هیبرید در محدوده +/- 0.3 mm قرار می‌گیرند. بر این مبنا خطاها به حداقل رسیده و در مقایسه با روش دستی تقریباً به سه مورد تقلیل خواهند یافت.

با وجود آنكه دقت به عنوان یك نیاز برای بازسازی سطح مدنظر می‌باشد، به شرط آنكه این مضمون با شبكه اصلی نزدیكی داشته باشد، صافی سطح و تداوم آن كه ما آن را به عنوان «كیفیت» می‌نامیم به عنوان یك تست بسیار دقیق برای بازسازی سطح مطرح می‌باشد، آن هم به هنگامی‌كه صافی سطح هدف اولیه ما باشد.

ب. كیفیت

در این مورد جاییكه مدل CAD نهایی می‌بایست یك حالت بصری كامل را حاصل آورد، تكنیك های سطح سازی سریع احتمالاً یك استاندارد مكفی و بالا را ارائه خواهند داد چرا كه رویه سطح سازی كلاسیك باعث بوجود آوردن سطوح دارای كیفیت بالاتری خواهند شد. شانه انحناء به صورت آشكار بیانگر یك كیفیت بالای مدل CAD نهایی می‌باشد كه از CS حاصل آمده است، در مقایسه با شانه انحنای ناهموار از RS، همانگونه كه در شكل7 نشان داده شده است.

7- ارزیابی كششی

با استفاده از تكنیك CS كه قبلاً تشریح شد، یك مدل CAD ضدآب برای یك ماشین كامل با استفاده از شكلهای سه بعدی بسیار دقیق نظیر آینه های باد، نورها و شكاف های هوایی تولید شدند، همانگونه كه در شكل 8 نشان داده شده است.

مدل CAD برای آنالیز CFD آماده می‌باشد كه بر آن مبنا می‌توان عملكرد ماشین اسپرت را پیش بینی نمود. این رویه به سه مرحله تقسیم می‌گردد: روال پیش پردازشی، شبیه سازی و قسمتهای مرتبط با بخش های پس پردازشی.

…

8- نتیجه گیری

این مقاله نسبت به تشریح مراحل متوالی شامل شده در امر بازسازی سطح سه بعدی یك مدل صنعتی پیچیده همانند یك اتومبیل اقدام می‌نماید. مهندسی معكوس جهت تولید مدل چند ضلعی قبل از سطح سازی آن با استفاده از یكی از سه مدل سطح سازی سریع، سطح سازی كلاسیك و سطح سازی هیبرید مورد استفاده قرار گرفت كه این مضامین تشریح شده مورد آنالیز و مقایسه قرار گرفتند.

تكنیك های سطح سازی سریع اجازه بوجودآمدن یك سطح سریع با انحراف اندك از شبكه چندضلعی را به ما خواهند داد. تكنیك های سطح سازی كلاسیك به وجود آورنده سطوح دارای كیفیت كاملاً بالاتری می‌باشند چرا كه كلیه وصله ها به صورت دستی ساخته می‌شوند: تداوم و كیفیت چنین سطوح صافی به وسیله اپراتور در نظر گرفته خواهد شد اما زمان طولانی مورد نیاز جهت ساخت چنین مجموعه ای از وصله های دارای كیفیت نیز از جمله موارد مرتبط با این تكنیك می‌باشد. برای هدف تولید یك جزء سه بعدی پیچیده همانند موردی كه در صنایع اتومبیل سازی مدنظر می‌باشد داشتن پارامترهای زیباشناختی و ظاهر مطلوب نیز از جمله موارد مرتبط خواهد بود كه بر این اساس بهره گیری از سطح سازی كلاسیك مناسب تر می‌باشد. سطح سازی های دقیق از شبكه نیز یكی از ضروریات این كار می‌باشد اما وجود صافی و صیقلی نهایی در حقیقت به عنوان هدف غایی به شمار می‌آید.

مدل CAD هیبرید كه در این مقاله مدنظر قرار گرفته است معرف ترازی بین كیفیت، زمان و دقت می‌باشد در مقایسه با سطح سازی سریع، انحراف به دست آمده اندكی بیشتر می‌باشد اما كیفیت حاصل شده نزدیك به مدل سازی سنتی می‌باشد. در نهایت، زمان مورد نیاز جهت به وجود آوردن این مدل CAD به واسطه آنكه اپراتور الزام به اعمال رویه های زیادی همانند روال سنتی یا كلاسیك نمی‌باشد كاهش خواهد یافت.

…