Extraktion digitaler Funktionen mit PropCad Premium 2018

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Ein neues Dienstprogramm automatisiert die Feature-Extraktion aus 3D-CAD-Daten.

Schiffspropeller können lange halten - es ist nicht ungewöhnlich, dass ein Schiff auf seinem ursprünglichen Propellersatz läuft. Manchmal überleben diese Propeller sogar die Firmen, die sie produziert haben. Zum Beispiel haben einige großvolumige Propellerhersteller ihre Türen permanent geschlossen und Muster, Formen und Konstruktionsdaten wurden in unbekannte Ecken der Welt verstreut. Man kann sagen, dass die Propellerindustrie ein Wachstum erlebt hat, aber auch eine Konsolidierung.

Heute stehen viele Schiffseigner, Betreiber und Werften vor der Herausforderung, alte Propeller zu ersetzen. Die komplexe Beschaffenheit der Schraubenfläche eines Propellers kann diese Aufgabe sehr schwierig machen. In vielen Fällen besteht die einzige Lösung darin, ein 3D-Modell des Propellers mithilfe eines digitalen Scanners zu erstellen. Dies stellt einige Probleme für die Fertigung und Produktion dar, da der 3D-Scan nicht nur die Geometrie der Klinge, sondern auch jegliche Beschädigung der Klinge beinhaltet. Es ist sehr schwierig, Schäden an einem 3D-Laserscan zu erkennen, ohne tiefer in die Grundlagen des Designs einzutauchen.

HydroComps neues Dienstprogramm
Um unbeabsichtigte Schäden in einem 3D-Laserscan zu erkennen und zu korrigieren, entwickelte HydroComp ein neues Programm für Propellendesigner und -hersteller, mit dem die Konstruktionsdaten aus einer 3D-CAD-Datei extrahiert, verstanden und visualisiert werden können. Das Dienstprogramm zum Importieren von CAD-Dateien in PropCad Premium 2018 reduziert den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Wiederherstellung eines vorhandenen Propellerdesigns oder Produktmodells drastisch. Dies ist eine wichtige Aufgabe für Hersteller, Konstrukteure und Prüfer von Propellern.

Früher war das Extrahieren von Konstruktionsdaten aus einem physischen Propeller oder einem 3D-Scan eines Propellers ein manueller und umständlicher Vorgang. Zunächst würde der Durchmesser des Propellers gemessen. Dadurch konnte der Inspektor einen individuellen Radius für die Messung markieren. Propeller wurden in der Regel an mehreren Radien markiert oder eingeritzt. Dann wurden mehrere Messungen entlang der Linie durchgeführt, um den Winkel um die Nabe, den Radius und den axialen Abfall zur Propelleroberfläche aufzuzeichnen. Außerdem musste der Inspektor an jeder dieser Stellen eine Messung der Klingendicke vornehmen. Mit diesen Daten könnte der Propeller nach seinen Parametern neu erstellt und verstanden werden. Dieser Vorgang hat jedoch mehrere Stunden gedauert, um die Punkte aufzuzeichnen, und zusätzliche Zeit, um in eine Kalkulationstabelle einzugeben, um Parameter wie Tonhöhe und Akkordlänge zu berechnen.

Mit dem neuen Dienstprogramm zum Importieren von CAD-Dateien können Propellern und Inspektoren den gesamten Prozess der manuellen Anordnung der Messpositionen und der Aufzeichnung der Messungen überflüssig machen. Sie müssen nicht mehr mit dem Prozess "CAD-Datei importieren" eingegeben werden. Dies reduziert die erforderliche Zeit von wenigen Stunden auf wenige Minuten, um das Modell zu scannen und zu importieren.

Einfaches Importieren von 3D-Scandaten
Es ist heutzutage günstiger als je zuvor, einen Laserscan von nahezu allen enthaltenen Teilpropellern zu erhalten. Es gibt mehrere kommerzielle Unternehmen, die das 3D-Scannen als Dienstleistung für verschiedene Branchen anbieten. Scanner selbst sind erstaunlich kostengünstig geworden - einige Allzweck-Scanner sind kostengünstiger als spezialisierte Messgeräte wie digitale Pitchometer, was zu einem Zustrom von 3D-CAD-Dateien geführt hat. Tatsächlich sind diese Systeme so weit fortgeschritten, dass die verfügbaren Details und Auflösungen erstaunlich sind. Die Ergebnisse sind so dicht, dass auf diesen Scans Seriennummern, Oberflächenkratzer und sogar Bereiche mit abblätternden Beschichtungen zu sehen sind. Es ist wirklich erstaunlich, aber mehr Daten (einschließlich geometrischer Schäden und Oberflächenfehler) sind beim Wiederherstellen eines Propellers nicht immer hilfreich.

Das neue Import CAD File-Programm von PropCad hilft, diese Daten in ein überschaubares und verständliches Format zu bringen. Ein Beispiel zeigt, wie ein 220-MB-Laserscan auf die Konstruktionsdaten reduziert werden kann. Zunächst starten wir das Hilfsprogramm "CAD-Datei importieren" von PropCad Premium 2018. Der Benutzer wählt eine CAD-Datei in den Formaten STL oder OBJ aus. Für die CAD-Modelle muss die Wellenachse am Ursprung positioniert sein. Das Dienstprogramm enthält jedoch Werkzeuge zum Drehen und Übersetzen der CAD-Daten mit dem integrierten 3D-Vorschaufenster in die richtige Position.

Sobald das CAD-Modell ausgerichtet ist, kann der Benutzer angeben, welche radialen Positionen (dh 50%, 60% usw.) aus der 3D-CAD-Datei extrahiert werden sollen. Es sind mehrere Voreinstellungen enthalten, um diesen Prozess zu automatisieren. Der Benutzer kann jedoch jederzeit Positionen hinzufügen und entfernen. Die Positionen werden als Zylinderschnitte in der Vorschau angezeigt, so dass der Benutzer so nahe an die Nabe oder Spitze kommen kann, wie gewünscht.

Mit den ausgewählten radialen Positionen können die 3D-Schnittpunkte berechnet werden. Die mathematischen Elemente von PropCad wickeln diese zylindrischen 3D-Abschnitte aus, sodass ihre Position und Ausrichtung quantifiziert werden kann. Die resultierenden 2D-Schnittformen und die zugehörigen Parameter für Sehnenlänge, -stärke, -neigung, -neigung und -neigung werden aus den Schnittpunkten berechnet.

Die Extraktparameter werden zur Überprüfung durch den Benutzer angezeigt. Jede der Spalten kann aufgezeichnet und visuell auf Glätte und Korrelation mit den erwarteten Werten überprüft werden. Im obigen Beispiel ist zu sehen, dass dieser Propeller, der eine konstante Steigung haben sollte, von den 70% bis zur Spitze einen gewissen Schaden hat, wodurch die Steigung in dieser Region verringert wurde. Der Benutzer hat die Möglichkeit, die abgeleiteten Distributionen innerhalb des Dienstprogramms zu überprüfen.
Nachdem die Parameter und Abschnitte extrahiert und überprüft wurden, kann der Benutzer die Daten zur weiteren Überprüfung und Bearbeitung an PropCad senden.

In der PropCad-Hauptschnittstelle kann der Benutzer die Blade-Parameter anpassen und ein korrektes und wirklich glattes 3D-Modell exportieren. In diesem Fall ist es sehr einfach, die Tonlagenverteilung vom Radius von 70% bis zur Spitze zu glätten. Der Benutzer kann den gewünschten Wert unten in die Blade-Verteilungstabelle eingeben, um die Ausrichtung des Abschnitts zu korrigieren. Das Ergebnis ist ein originalgetreuer Propeller, jedoch mit wesentlich glatteren und beschädigungsfreien Oberflächen.

HydroComp hat dieses leistungsstarke neue Dienstprogramm als Teil der PropCad Premium-Funktionen veröffentlicht. Das Dienstprogramm zum Importieren von CAD-Dateien bietet eine wertvolle Möglichkeit, den Propellerentwurfsprozess umzukehren, wodurch die Propellerentwurfsdaten schnell aus 3D-Geometrien extrahiert werden können. www.hydrocompinc.com

Adam Kaplan, Senior Project Engineer, ist der leitende Entwickler von PropExpert und PropCad, der Propellerbemessung und dem Propellerdesign von HydroComp für Werkzeuge. Er ist seit über einem Jahrzehnt bei HydroComp und hält regelmäßig Vorträge auf Konferenzen. Er hat einen Master of Science in Maschinenbau der University of New Hampshire und ist regionaler Vorsitzender der Society of Naval Architects und Marine Engineers (SNAME) für New England.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Novemberausgabe des MarineNews- Magazins.