Valumallin käyttökelpoisuuden tarkastus

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin 3D-skannauksen hyödyntämistä monimutkaisten ja fyysisesti suurien valumallien tarkastukseen. Valumalleihin kuuluu usein suuri määrä keernalaatikoita ja irto-osia, joiden käytettävyyttä ja toisiinsa istumista ei usein voida luotettavasti todentaa. Tähän ongelmaan tällä opinnäytetyöllä etsittiin ratkaisuja. Tutkimustyössä käytettiin Creaformin kehittämää käsikäyttöistä GO!SCAN 3D-skanneria ja useita erilaisia 3D-mallinnusohjelmia. 3D-mallinnusohjelmilla tutkittiin skannauksesta saatavien verkkomallien käsittelyä, muokkaamista ja yhdistämistä, jotta valumallien tarkastukseen löydettäisiin luotettavia lisätarkastusmenetelmiä. Tutkimustyössä käytettiin Polyworks Inspector-, Blender-, Creo Parametric- ja SolidWorks-ohjelmia, mutta 3D-skannauksia voidaan käsitellä myös lukuisilla muilla ohjelmilla. Kyseiset ohjelmat valittiin tutkimustyöhön niiden käytettävyyden eroavaisuuksien ja työntekijän kokemuksien perusteella. Verkkomallien käsittely ja muokkaaminen osoittautui hankalaksi ja työlääksi eri 3D-mallinnusohjelmilla. 3D-skannaukset ovat todella yksityiskohtaisia ja tarkkoja, jolloin verkkomallien tiedostokoot ovat todella suuria, ja niiden muotoja rakentavat kolmiogeometriat ovat todella tiheitä. Lisäksi valumallien monimutkainen geometria ja niihin kuuluvien keernalaatikoiden määrä tuotti lisähankaluuksia luotettavan tarkastuksen löytämisessä. Verkkomallien kolmiogeometria on vaikeasti muokattavissa ja vaatii käyttäjältä laajaa kokemusta. Kokemuksen puute saattaa aiheuttaa ison esteen 3D-skannauksien hyödyntämiselle useissa eri tuotantovaiheissa. Tutkimustyön lopputuloksena selvitettiin useita keinoja ja menetelmiä 3D-skannauksien yhdistämiseen ja muokkaamiseen. Menetelmistä saatiin tehtyä useita eri prosesseja valumallien tarkastamiseksi ja jopa virtuaalisen valumuotin tekemiseksi. Virtuaalivalumuottien teolla saatiin tutkittua todella tarkasti kaavausprosessin onnistumista ja lopullisen valukappaleen mitta- ja muototarkkuutta. 3D-skannauksia käsiteltiin ja muokattiin usealla ohjelmalla, jotta verkkomallien käsittely ja muokkaus tapahtui mahdollisimman tehokkaasti ja luotettavasti. Tämä nopeutti ja selkeytti vaadittavia työvaiheita sekä mahdollisti huomattavasti tarkemman valumallin ja sen osien tarkastuksen.

This thesis investigated the use of 3D-scanning for the inspection of complex and physically large casting models. Casting models often include a large number of core boxes and loose parts that connect to each other in the molding stage. The usability and fit of these parts often cannot be reliably verified. This thesis sought solutions to this problem. The hand-operated GO!SCAN 3D-scanner developed by Creaform and several different 3D-modeling programs were used in the research work. 3D-modeling programs were used to study the processing, editing, and combining of mesh-models obtained from scanning. This was done in order to find reliable additional inspection methods for the whole inspection process. Programs used in this research were Polyworks Inspector, Blender, Creo Parametric and SolidWorks, but 3D-scans can also be processed with numerous other programs. The programs in question were selected for the research based on the differences in their usability and the experience the thesis worker already had on these programs. Processing and editing the mesh-models proved to be difficult and laborious with different 3D-modeling programs. 3D-scans are really detailed and accurate, so the mesh-model file sizes are large and the triangular geometries that make up the shapes are dense. In addition, the complex geometry of the casting models and the number of core boxes included with them produced additional difficulties in finding a reliable inspection method. The triangular geometry of mesh models is difficult to modify and requires extensive experience from the user. Lack of experience may cause a big obstacle to the utilization of 3D scans in several different production phases. As a result of this research work, several methods for combining and modifying 3D-scans were found. Several different processes could be made from the methods for casting model inspection, and even for assembling virtual casting molds. By virtually assembling the casting molds, the success of the molding process, the dimensional, and shape accuracy of the final cast could be inspected closely. The 3D-scans were processed and edited with several programs, so that the processing and editing of the mesh-models took place as efficiently and reliably as possible. This sped up and clarified the required work steps and made it possible to carry out much more detailed inspections of the casting model and its parts.