V prípade opačného postupu stojí na začiatku už hotová súčiastka. Môže sa jednať napr. o staršiu súčiastku, ku ktorej už nie je dokumentácia, alebo o súčiastku, ku ktorej dokumentácia vôbec nie je k dispozícii. Ako príklad druhého prípadu je možné vziať napr. dizajnové návrhy, ktoré sú často dizajnérom upravované ručne. Výsledný tvar návrhu v konečnej fáze potrebujeme dostať do digitálnej podoby, teda vytvoriť CAD model. V poslednej dobe je tiež reverzné inžinierstvo často využívané v medicíne pre ľahký a presný návrh tvaru kĺbových implantátov, zubných náhrad a pod.
Spôsobov, ako vykonávať bezkontaktné merania je viac. Najrozšírenejšie sú však metódy optické a laserové. Z ďalších metód je potom možné menovať röntgenovú, sonarovú, radarovú pod. Všeobecne ponúkajú bezkontaktné metódy výrazne vyššiu rýchlosť snímania, než je tomu u metód kontaktných. Pri použití optických zariadení dôjde pri jednom snímku súčiastky k nameraniu tisícov až stotisíc bodov, u najmodernejších zariadení dokonca až miliónov bodov. V prípade kontaktných metód, kedy je v každom okamihu v kontakte iba jeden bod, je taká rýchlosť merania úplne nemožná.
Naopak oproti kontaktným metódam je všeobecne dosahovaná nižšia presnosť merania (bežne sa pohybuje v rade stotín milimetra, zatiaľ čo pri kontaktných metód sú to dnes bežne tisíciny).

Bezkontakntné meracie metódy
Na rozdiel od kontaktných metód nedochádza u bezkontaktných k dotyku meracieho zariadenia a meraného objektu. Pre tento druh merania sa využíva rôznych fyzikálnych princípoch, najčastejšie sú to však optické, laserové a röntgenovej metódy.

Optické meranie
Optické metódy využívajú odrazu svetelných lúčov od povrchu telesa. Tieto odrazené lúče sú následne zachytené meracím zariadením a spracované do digitálnej formy. Prvým spôsobom je využitie objektívu s pevnou ohniskovou vzdialenosťou (alebo v niektorých prípadoch aj premennou ohniskovou vzdialenosťou – objektívy sú potom schopné zväčšovať detaily). Objekty, ktoré sú v tejto vzdialenosti od objektívu sa javia ako zaostrené. Ak teda poznáme presnú polohu objektívu, môžeme pripočítaním ohniskovej vzdialenosti k tejto polohe získať polohu zaostrených časťou meraného objektu. Objektív s pevnou ohniskovou vzdialenosťou sa potom postupne približuje alebo vzďaľuje od meraného objektu a postupne sa zaznamenávajú polohy jednotlivých častí telesa. Tieto zariadenia sú ale skôr než pre klasické reverzné inžinierstvo využívané pre meranie vyrobených súčiastok. Zásluhou vysokej presnosti a rozlišovacích schopností sú používané pre veľmi jemné mechanické diely. Vďaka veľkej hĺbke ostrosti je však možné merať aj rozmernejšie objekty.
Ďalšou metódou je využitie triangulácie. Meraný objekt je meraný z niekoľkých miest a obrazy sú následne spolu poskladané. Meranie z dvoch a viacerých smerov môže prebiehať v rovnakom časovom okamihu, ako je to pri zariadení s viacerými objektívmi. Objekt je tak súčasne snímaný z dvoch smerov a jednotlivé body sú rozpoznané na oboch snímkach. Pomocou triangulácie je potom určená poloha týchto bodov.

* * * * *
„zariadenia sú ale skôr než pre klasické reverzné inžinierstvo využívané pre meranie vyrobených súčiastok…“
* * * * *

Iným spôsobom je využitie postupného získavania snímok objektu z rôznych smerov. Tieto snímky je potom potrebné pomocou vhodného softvéru poskladať. Pre toto skladanie slúžia štítky, ktoré sú pred meraním nalepené na povrch meraného objektu. Tieto štítky v sebe nesú zakódovanú
informáciu, ktorú softvér vyhodnotí a jednotlivé snímky na seba správne naviaže.
Výhodou prenosných zariadení, je možnosť digitalizácie veľkých objektov, ako sú napr. automobily, lode, lietadlá a alebo dokonca celých výrobných hál a exteriérov. Digitalizácia celej výrobnej haly je potom možným vstupom dát pre plánovanie výroby, dispozičné riešenie a generovanie materiálových tokov pri modernizácii alebo prestavbe veľkých podnikových hál a výrobných liniek.

Laserové meranie
Ide v podstate tiež optické, pretože taktiež využíva odraz svetelného lúča. V tomto prípade je však zdrojom samotné meracie zariadenie. Rovnako ako v predchádzajúcej skupine, aj v prípade laserových zariadení je možné nájsť väčšie množstvo princípov. Prvým princípom je jednoduché vyslanie laserového lúča k povrchu meraného objektu a zaznamenanie času k jeho návratu. Zariadenie takto postupne prechádza po celom povrchu telesa a zaznamenáva jednotlivé body. Ďaleko výkonnejšie, a teda aj rozšírenejšie metódou je premietanie aserového lúča na povrch telesa a jeho zaznamenávanie kamerou.
Nejedná sa už o meranie v jednom bode, ale dochádza k meraniu pozdĺž celého premietaného lúča. Načítanie povrchu telesa je tak o veľa rýchlejšie. Rovnako ako v prípade optickej digitalizácie je možné použiť určité značky na povrchu telesa. Ich použitím potom odpadá potrebnosť presného polohovania snímacieho zariadenia a je možné viesť zariadenie rukou.

* * * * *
„dochádza k meraniu pozdĺž celého premietaného lúča. Načítanie povrchu telesa je tak o veľa rýchlejšie.“
* * * * *

Laserové meranie môže byť použité aj pre meranie polohy dotykového elementu, ktorý je prenosný. Laserové zariadenie (tracker) je v tomto prípade stacionárne a tvoria akýsi súradný systém, v ktorom sa pohybuje dotyková sonda. Túto dotykovú sondu je potom možné prenášať v rozľahlom priestore, ako sú interiéry výrobných hál a pod. Digitalizácia takýchto objektov sa potom môže stať základom pre navrhovanie výrobných hál a ich dispozícií alebo modernizáciu či prestavbu existujúcich prevádzok.

Röntgenové meranie
Prechod röntgenových lúčov skrz materiál je možné použiť pre zistenie vnútornej štruktúry telesa. Röntgenová metóda sa už dlho používa na detekciu vnútorných porúch materiálu (napr. u odliatkov alebo vo zvaroch). Pri röntgenovej digitalizácii sú prejdené lúče zachytené a elektronicky spracované. Pokiaľ je teleso presvietené z viacerých smerov, je možné pomocou vhodného softvéru jednotlivé snímky zložiť dohromady a vytvoriť 3D obraz telesa. Táto metóda je veľmi rozšírená v zdravotníctve, kedy lekárom dáva možnosť neinvazívne nahliadnuť do vnútra pacientovho tela. Táto metóda sa nazýva CT (z angl. Computer Tomography – počítačová tomografia). Rovnaký princíp je však možné použiť aj pre strojárske výrobky. Röntgenová digitalizácia je jednou z popisovaných metód, ktorá môže nahliadnuť do vnútra telesa, bez toho aby ho poškodila.

Výhody a nevýhody bezkontaktných metód
Bezkontaktné metódy ponúkajú v porovnaní s kontaktnými značné množstvo výhod. Zároveň je však potrebné počítať s istými nevýhodami a obmedzeniami, ktoré plynú z princípov jednotlivých metód. Všeobecne je však možné povedať, že hlavnou výhodou bezkontaktných metód je vysoká rýchlosť snímania. Kým dotykové metódy v každom okamihu snímajú iba jeden bod na povrchu telesa, optické metódy môžu snímať v závislosti na rozlíšení snímacieho čipu stovky tisíc až milióny bodov.

* * * * *
„Hlavnou výhodou bezkontaktných metód je vysoká rýchlosť snímania.“
* * * * *

Obdobne dosahuje podstatne vyššiu rýchlosť aj röntgenová a laserová digitalizácia.
Ďalšou výhodou je zaznamenanie bodov priamo na povrchu telesa, nie bodov posunutých o vzdialenosť rovnú polomeru guličky, ako je tomu pri dotykovej digitalizácii (resp. skenovaní). Nie je teda potrebné posúvanie nameraných bodov ani riešiť s tým spojené problémy. Pretože bezkontaktné metódy nepôsobia silovo na meraný objekt, nehrozí jeho deformácia ako v prípade metód dotykových. Je teda možné merať aj objekty s malou tuhosťou, ako sú napr. tenké profily a rebrá, sedačky automobilov, penové súčiastky, súčiastky z papiera atď.
Optická digitalizácia navyše môže snímať objekty farebne a môže preto zároveň vytvárať farebné textúry na povrchu digitalizovaných telies. To je výhodné predovšetkým v oblasti zábavného priemyslu (filmové triky a pod.). Je zároveň možné merať objekty, kedy by v prípade kontaktu meracieho zariadenia s povrchom telesa mohlo dôjsť k poškodeniu zariadenia. To je napr. v prípade telies s veľmi vysokou teplotou (výkovky, odliatky atď.).

* * * * *
Bezkontaktné metódy zároveň ponúkajú možnosť merať veľmi veľké objekty, ako sú napr. dopravné prostriedky, interiéry, budovy alebo vonkajšie priestranstvo.
Takto zmerané objekty je následne možné použiť napr. pre simuláciu, ergonomické štúdie, tvorbu layoutu atď.
Nevýhodou je naopak nižšia presnosť merania.
* * * * *

Bezkontaktné metódy zároveň ponúkajú možnosť merať veľmi veľké objekty, ako sú napr. dopravné prostriedky, interiéry, budovy alebo vonkajšie priestranstvo. Takto zmerané objekty je následne možné použiť napr. pre simuláciu, ergonomické štúdie, tvorbu layoutu atď.
Nevýhodou je naopak nižšia presnosť merania. V prípade niektorých dotykových metód je presnosť v poriadku 0,001 mm, zatiaľ čo optická a laserová metóda dosahuje hodnôt okolo 0,01 mm.
Ďalším obmedzením laserovej a optickej digitalizácie je stav povrchu. Jedná sa najmä o lesklé povrchy a alebo veľmi tmavé povrchy. V prípade lesklých povrchov dochádza k zrkadleniu okolia a tým pádom k chybnému rozpoznávanie jednotlivých bodov. V prípade tmavých povrchov je naopak veľké množstvo svetla povrchom pohltené, čo opäť spôsobuje problémy. Z tohto dôvodu sa na povrch nanáša tenká vrstva matného prášku. Aj napriek tomu, že je táto vrstva veľmi tenká, spôsobuje ďalšie zníženie presnosti merania.

Záver
Proces reverzného inžinierstva možno tiež nazvať procesom vytvárania duplikátov existujúcich komponentov. Vo väčšine prípadov nie je k dispozícii žiadna dokumentácia, výkresy ani počítačový model. Dobrým predpokladom riešenia „reverzného inžinierstva“ je mať skutočne existujúci komponent alebo prototyp alebo náhodne vybraný komponent zo sériovej výroby, ktorý musíme preniesť do programu CAD. Tento komponent by sa mal digitalizovať pomocou správnej technológie. Tento článok poukázal na možnosť použitia bezkontaktných metód na získanie rozmerových informácií o skúmaných objektoch. Ako bolo spomenuté v článku najväčšie výhody týchto metód sú variabilita, rýchlosť skenovania a v neposlednom rade možnosť skenovať rôzne druhy objektov. Samozrejmosťou ostávajú aj negatíva ako sú napríklad počasie, stav skúmaného objektu ci jeho povrchové vlastnosti.
Výberom tejto metódy sa v bežnej praxi dosahujú pozoruhodné výsledky a spokojnosť na strane užívateľov tejto technológie je na mieste.

text prof. Ing. Peter Trebuňa, PhD., Ing. Marek Kliment, PhD., Ing. Marek Mizerák, Ing. Jozef Trojan

Literatúra
1. Ebrahim, mostafa abdel-bary. 3d scanners: history, applications, and future [online]. Researchgate, 10/2014. Available on: <https://www.researchgate.net/publication/267037683_3d_laser_scanners_history_applications_and_future>
2. 3d scanning technologies and the 3d scanning process [online]. 2020. Available on: https://www.aniwaa.com/guide/3d-scanners/3d-scanning-technologies-and-the-3d scanning-process/
3. Grznar, p., gregor, m., mozol, s., krajcovic, m., dulina, l., gaso, m., major, m.: a system to determine the optimal work-in-progress inventory stored in interoperation manufacturing buffers, sustainability, vol. 11, no. 14, 1-36, doi: 10.3390/su11143949, 2019.
4. Muhammad enamul hoque: advanced applications of rapid prototyping technology in modern engineering, ISBN 978-953-307-698-0, Croatia, 2011,
5. F. Belarifi, e. Bayraktar, a. Benamar: the reverse engineering to optimise the dimensional conical spur gear by cad, journal of achievements in materials and manufacturing engineering, volume 31 issue 2 december 2008,
6. Vinesh raja, kiran j. Fernandes: reverse engineering – an industrial perspective, springer, ISBN 978-1-84628-855-5, 2008,