Прикладной реверс-инжиниринг. Повтори за Гансом

    Смены идут, станки работают, ручные пульты ломаются. То ли виноват оператор который его топит в СОЖ и "бросают" на железные экраны, то ли время берёт своё оправдываясь работой в 3 смены на протяжение нескольких лет, решительно непонятно, однако между ними определённо есть какая-то химия. На деле же имеем либо красивый и не рабочий пульт, либо рабочий, но коцаный, потрескавшийся, а то и без нескольких кусков корпуса вовсе. То ли благодарить отвалы и непропай за натуру, то ли тяжёлые условия труда за прекрасный внутренний мир.

    Нормальная практика одно перекидывать в другое, если нет возможности по каждой мелочи отдавать две кучи бабла на покупку нового, найти бы одну.

    Операторы-криворучки, по какой-то причине очень выборочно несущие материальную ответственность, продолжают набрасывать пульты на станки, ведь они же магнитятся, а значит можно. Отколотые посадочные под аварийные кнопки, треснутые корпуса, выломанные разъёмы. Страдают также сами аварийные кнопки, кнопки разрешения, платы управления, скалываются неодимовые магниты... А вот энкодерам хоть бы хрен, крепкие ребята.

    Касаемо изделия, было желание смоделировать вундервафлю от Heidenhain, так как уже довелось срисовать несколько распространённых моделей "ручных колёс", среди них арийский HT2 и узкоглазый IHDW, но об этом как-нибудь позже.

    Ребята с цеха рассказали что эти пульты ломаются два раза: первый раз спасает изолента, а второй раз пополам вместе с платой, так называемая расплата за длинность.

    Получилось раздобыть неприкаянного в бригаде на терминальной стадии, уже перебинтованного изолентой. Лучшими намерениями были выломаны 4 из 6 креплений в задней крышке, одна закладная из лицевой, сколото крепление разъёма и множественные трещины. Начинка была практически вся удобоваримая (после ремонта местным умельцем). Идеальный пациент.

    Месяца 2 эта вундервафля, aka Heidenhain HR 410, мозолила мне глаз на столе, так как было желание попробовать себя в реверс-инженеринг не обмеряя детали ручками, а по барски, на основе 3д-скана. Удалось предварительно договориться о сканировании пульта в соседнем цеху, но никак не срасталось по больничным, сессиям и занятости. Разумеется просто так не сидел и что-бы не тащить ребятам на сканирование всю россыпь деталья, внутрянку решил замоделить самостоятельно.

    К Компасу был приучен с колледжа, навыки на уровне любителя, по большей части самоучка (Азбука Компас-3D).

    Делал модели как обычно, в формате "габарит с привилегиями" - общие габаритные размеры и расположение самых высоких или взаимодействующих с другими деталями частей. На каких-то моделях увлекался, на каких-то ленился, но главное было смоделировать всё для последующего сравнения моделей проектируемого корпуса и внутрянки, так как не везде получиться подлезть и не всё получиться измерить, а соотнести готовые модели в сборке и уточнить размеры никогда не помешает. Да и что угодно из этого деталья может понадобиться ребятам для диагностики или замены, поэтому в самый ненужный момент могут чего забрать, проходили.

    Решено было начать с различных железяк, ничего сложного, тут замерил, там измерил и пойдёт. Самая правая стойка, высотой в 10мм была смоделирована позже на замену утерянным 13.5 миллиметровым родным (рядом), для того чтобы изменить высоту креплений в корпусе.

             Затем начал моделировать нижнюю клавиатуру, название временное. Взял за базу две стороны "платы управления" и от туда брал все размеры штангенциркулем, после чего проверял себя измеряя расстояние между различными построенными элементами. Диаметр дуги снизу подобрал примерно по 2 точкам, третью взял из условия что плата симметричная, сошлось довольно точно. Также смоделировал расположение всех разъёмов, более-менее крупных SMD элементов. На обратной стороне пришлось конкретно запариться над точным расположение кнопок и диодов, сейчас объясню для чего.

    Всё что находиться или иногда проходит мимо зоны обработки детали на станке должно быть герметично из-за использования СОЖ и/или ссущихся маслом узлов и механизмов. Оператор, во время наладки детали (кнопкодав необыкновенный, extended), так или иначе ползает в зоне резания с пультом в руках или используют его для того чтобы нормально выставиться, обкатать деталь - это просто сподручнее чем постоянно оборачиваться к стойке. Один из способов достижения герметичность на этом пульте является силиконовая мембрана, которая должна остаться родной, ввиду нецелесообразности изготовления оной самостоятельно, да и не бывает с ними проблем.

    На этой мембране есть отливы для кнопок и диодов, шибко важно в них попасть при последующем расположении направляющего бортика для установки мембраны на тыльной стороне лицевой части корпуса :), Иначе светить будет не туда или нажиматься стрёмно.

    Также были сделаны модели кнопок, для примерки и для печати замены, если вдруг где-нибудь одна потеряется. Тут увлёкся и повторил даже литники, в случае чего из расчёта исключается одним нажатием. Разумеется в таком виде в FDM печать не отправить, разве что в SLA, но на то это и довольно точная, практически мастер-, модель чтобы по ней можно было сделать уже адаптированную под конкретный метод изготовления кнопку.

    Независимо построенные детали друг с другом практически сошлись. Радует, работаем дальше.

    Энкодеры, которые, как правило, на ручных пультах не ломаются прекрасно себя чувствуют и здесь. Кстати, у местного махового колеса есть отличительная особенность - отсутствие позиций, то есть когда его крутишь он не щёлкает, как ожидаешь. Похоже что немцы схалтурили и запихали в свой пульт что-то дешёвое и бесполезное со своих складов, может произошла унификация или того хуже - импортозамещение, правда в рамках одной контры, так как датчик производства фирмы Heidenhain. На практике сомнительное решение, ведь оператор не может на ощупь определить количество пройденных инкрементов и приходиться постоянно оглядываться на стойку.

    Сам пластмассовый маховик здесь довольно необычной формы, но тоже без особых проблем срисовывается, с упрощениями на заднице, всё таки лить не будем, объёмы изготовления не те и пластик не жалко, а "оболочкой" пользоваться тогда ещё не умел. Смотрится эффектно, можно будет его стилизовать, но потом.

    Первая составная деталь это площадка крепления с концевиками на кнопки разрешения, думал строить одним элементом, но мурашек побежал, не обламывать же его, правильно?

    Наконец дошло дело до разъёма. У меня к ним нездоровая любовь. Тут я оттянулся. Готов даже поспорить что нормально отпечатанная модель из смолы без проблем сойдётся с ответной частью оригинала.

    Где-то на этом моменте не вынесла душа поэта, надоело постоянно разглядывать нониус и я решил купить себе на работу цифровой штангенциркуль. Спустя полтора месяца и два возврата наконец удалось заполучить толковый штангет довольно неожиданным образом. Изначально рассматривал себе нечто похожее на то что несколько лет назад купил себе домой, фото прилагаю.

    Имея на руках вещь и положительный опыт её использования было желание взять то же самое. Судя по типовым объявлениям на привычном маркетплейсе цена изменилась не сильно, когда-то брал у китайского брата за 900, теперь на гАзоне от 1000, хрен с ним, можно попробовать. Что первый, что второй заказанный штангет, пусть и с разницей в цене в 50% (+-1000р и +-1500р) пришли одинаково ущербные, с пластиковым корпусом слайдера (нахлобучкой с электроникой на подвижной рамке, хотя у моего старого, визуально идентичного, он был и есть железный), со штангой из под черновой фрезы и не снятыми фасками. Пользоваться обоими было не приятно, от того первый возврат оформил в этот же день, второй сразу в ПВЗ.

    Пустившись во все тяжкие решил заказать себе копию стопятидесятой Митутои, да так чтобы не было возможности дать заднюю и оформить возврат - через гАзон глобал. Заказал не в лучшее время, прям перед китайским новым годом. Через месяц забираю не проверяя, тащу домой. Вскрыв был приятно удивлён, пока правая рука щупала, а правый глаз дивился, с лева был оформлен заказ второго такого же. Приятный инструмент, шлифованные губки со штангой, средней вшивости пластик на слайдере, два режима работы: абсолютный и инкрементный - удобная штука, ни разу не воспользовался. Сравнил его показания с поверенным микрометром на работе - совпадение сотка в сотку на разных диаметрах, всегда возвращается в ноль сколько не шаруди. А вот если забыть закрыть окно в кабинете на ночь, утром, дежурно сведя губки, увидим минус сотку.

    Магия чисел.

    Пока мы баловались со штангетами случилось чудо и получилось окончательно договориться насчёт сканирования. Второпях собрал по рядом расположенным офисам все полувысохшие маркеры и стал закрашивать внутреннюю металлизацию пульта. Скорее всего это была попытка инженеров нулевых пофлексить мощностями и возможностями, потому что никто другой такой ерундой не занимался, что у сиеменса и их HT2, что у Балт-систем и их 78i никакой металлизации нет и никто ни от каких помех никогда не страдал. Главное будьте добры кабели экранированные использовать и садить экраны на землю строго по рекомендациям производителя.

    Чего вдруг решил закрашивать и сам не понял, ведь покрытие и без того было довольно матовым, но лучше перебздеть. К слову вторую половину отсканили не крашеной и всё норм. На выходе имеем три скана:

    Ещё в момент открытия сканов я почуял что запахло жареным, а когда решил повертеть эти сканы... Сканы вертели меня и мой компьютер. Подумал, быть может если я преобразую эту полигональную оргию в точную геометрию, то смогу хотя бы размеры нормально снять... Минут 10 компас пыхтел и на выходе я получил модель весом в 250МБ которая крутиться лучше не стала.

    Работать с ними не получиться, но осмотреться можно. Сканы получились довольно дырявые, всё такие не везде можно подлезть, но все базовые плоскости видны чётко, без проблем можно определить межцентровые растояния и тд. Последней каплей терпения стала попытка сориентировать модель в локальной системе координат, за пол часа возни так и не получилось нормально положить модель на плоскость и я забил.

    Возможно вернусь к сканам когда-нибудь потом с более мощным ПК. 

    Весь разочарованный решил рисовать постаринке, взяв, через боль и страдания, со скана лишь длину пульта и радиус скругления верхней и нижней около сферических плоскостей, так как на глаз их ловить неохота и штангета такого длинного у меня нет, как и линейки.

    И тут опять началась игра, только пока не понял какая, то ли Jast dance, то ли повтори за мной, но срисовывать у немецких КБ нулевых то ещё удовольствие... Из интересного, после таких свингер-пати потихоньку меняется подход к собственным моделям. К - культура.

    План был следующий:

1. Рисую всю тушу, весь габарит, но без отверстий.

2. Создаю две раздельные детали в которых при помощи функции "Добавить деталь-заготовку..." добавляю модель полученную на первом шаге и секу пополам. Соответственно получаю деталь лицевой стороны корпуса и деталь-задницу.

3. При помощи "оболочки" вырезаю всё пространство внутри оставляя стенку как у оригинала.

4. Ну а дальше как пойдёт.

    Четвёртый пункт случился раньше третьего. Всё запоролось сначала на том, что оболочка не захотела работать нормально, а потом оказалось что выдавливать и вырезать элементы до поверхности созданной оболочкой компас 22 не умеет. Тут начались костыли.

    Сначала пришлось из полнотелого габарита делать пустотелый при помощи десятка операций выдавливания и смещённых плоскостей, получилось на удивление не плохо.

    Далее созрел вопрос как реализовать состыковку двух половинок корпуса. В оригинале используется что-то вроде лабиринтного уплотнения и резиновой прокладкой по середине, точно также как в Siemens HT2. Прокладка эта не лежит в одной плоскости, в отличии от Семёна, а имеет двольно специфическую форму из-за необходимости обогнуть выпирающую площадку крепления разъёма. Разумеет рвётся она при первой же попытке разобрать пожилой пульт, поэтому все хоть раз разобранные сразу садятся на герметик. Исходя из предыдущего опыта считаю не целесообразным попытку воплотить подобное уплотнение методом FDM печати и не имею возможности, а именно доступа к принтеру с возможностью печатать одновременно двумя различными материалами, для подобных решений.

    Опять таки возвращаясь к печатным корпусам которые уже стоят на станках, уплотнения типа стык-в-стык бортиком (может у них и есть правильно название), фото будет ниже, даже без герметика показали себя не плохо, хотя изначально мной предусматривалось герметизация при помощи клея B-7000, на который я собирал телефоны и даже серьёзные батареи для электротранспорта. Всё это имеет смысл только если детали после печати получились с плоскими плоскостями :), иначе и прокладка не спасёт.

    В итоге имеем вот такую штуку в разрезе. Расстояние между бортиками половинок 2 десятки, заложил из-за веры в сферическую природу земли. Внешняя стенка соединения, та, которая часть задницы пульты, умышлено сделана чуть более толстой чем внутренняя, для увеличения прочности, да и после краштеста сильно проще отпечатать заднюю часть корпуса, чем переднюю с кучей нависающих плоскостей.

    Дальше был блудняк, ежедневно выделял пару часиков на рисование и спустя пару недель модель была готова, сборка сборбана и внесены первые правки исходя из ранее нарисованной внутрянки.

    Могу выделить кнопки разрешения как довольно сложный элемент в этом проекте. Изначально была мысль оставить их от родного пульта, но в процессе моделирования я понял, что не смогу с желаемой точностью повторить их посадочные из-за довольно неприятного расположения. Было решено насколько это возможно точно повторить посадочные со всеми углами и радиусами а после по месту рисовать профиль кнопки.     Сказано - сделано.

    Вышло на удивление не плохо, забегая на перёд скажу, что кнопки встали хорошо, затем я примерил туда родные, а они как там и были... Хотя визуально и по замерам различия, конечно же есть. По сечению также можно заметить что некоторые элементы залазят друг в друга, так оно и должно быть, всё у чего есть колизии - это резиновые хреновины которые берутся с пульта в том виде каком они есть, опять таки для герметичности. Да и ориентировал модели я как правило на скорую руку, поэтому если их расположить с одинаковыми зазорами по сторонам то большенство коллизий уйдёт, останется лишь задуманный натяг.

    Нюансов адаптации модели под печать достаточное количество. Например пришлось сильно утолщать пластиковую площадку под разъём, родная всегда ломается, что уж говорить о напечатанной слоями поперёк. Также возникли вопросы к уплотнению между энкодером и прилегающей плоскостью пульта. Резинка в этом месте мало того что старая и уже сплющеная, так ещё и очень тонкая, найти такую в свободном доступе за адекватный ценник не вышло поэтому переделал углубление под стандартное уплотнительное кольцо 39x42.

    На этом этапе модель отправилась в пробную печать. Печатаю не сам, принтера не имею, печатает товарищ. Каких-то высоких требований в ТЗ вы выдвигал, так как главное посмотреть собирается ли и влазит ли всё внутрь. Пластик PETG.

    Исходя из первой примерки были выявлены следующие недостатки:

0. Верхние и нижние скругления большими радиусами на пульте.

    - Как видно на фото сравнении двух пультов выше, напечатанный как-будто бы более квадратный, нет скруглений. Скорее всего проблема со стороны печати, а не модели, так как косяков хватает, но не было и задачи с моей стороны получить идеальную модель. При печати окончательной версии попрошу обратить на это внимание.

1. Чуть проваленные кнопки на клавиатуре.

    - Оказалось что в живую мембрана садиться на направляющую отбортовку и свои пузом пол мм недостаёт до плоскости корпуса. Чуть обнизил плоскость на которой располагается мембрана с обратной стороны и чуть углубил сами кнопки. Был уменьшены зазор по краям кнопок.

2. Недостаточное углубление под уплотнительное кольцо маховичка.

    - сделал чуть глубже. Оказалось что и с размером чутка промазал, диаметр посадочного под резинку был чуть меньше, исправил и это.

3. Слишком раннее срабатывание концевиков кнопок разрешения.

    - одинаково рано срабатывают что родные кнопки на моём пульте, что напечатанные, чуть промазал где-то с посадочным. Не страшно, укоротил немного штыри на модели и пойдёт. Судя по примерке теперь кнопка прожимает концевик во второй половине хода.

4. Проваливающаяся железяка с резьбой для установки разъёма.

    - В родном пульте площадка под разъём тоньше и там каким-то макаром устанавливается дополнительный упор, предотвращающий задавливание разъёма внутрь пульта. Так как площадку я сделал толще эта хреновина уже не встаёт, из-за чего во время сборки и прикручивания разъёма пластина с резьбой может завалится внутрь, а если и собрать, то при падении на разъём он выломает площадку и придётся перепечатывать всю переднюю часть корпуса. Поэтому в задней части была дорисована зеркальная передней поддержка этой пластины.

 После разбора полётов решил, наконец, заняться индикацией рядом с кнопками. На оригинальном пульте в корпус залиты светопроводящие вставки из какого-то прозрачного пластика. Сделал по аналогии, распечатал световоды и запихал в пульт. Насчёт герметичности не сомневаюсь, залью прозрачным клеем, а вот насчёт светопроницаемости есть вопросы. Проверить будут ли пробивать до окончательной сборки и установки не подпаиваясь к плате управления не выйдет, поэтому считаю необходимым уже на данном этапе продумать все возможные варианты в этом направлении.

    А теперь к тому, ради чего была написана эта статья, хочу попросить Вашего совета. Каким образом лучше реализовать индикацию, то что я имею на данный момент меня не устраивает.

    P.s: в качестве компенсации для тех, кто в конце длиннющей статьи ждал оконченную версию пульта, в следующей статье помимо окончательной сборки этой вундервафли, будут итоги двух предыдущих мини-проектов с пультами от других систем ЧПУ.