Case: Reverse Engineering en 3D Scannen van een curveschijf (Conjugate cam)
Curveschijven lijken soms eenvoudige machineonderdelen, maar het profiel bepaalt het gedrag van het mechanisme: timing, snelheid en belasting. Een kleine profielwijziging kan direct effect hebben op slijtage, piekbelasting of zelfs vastlopen.
Voor een klant hebben we een complexe dubbele curveschijf aangepast. Deze schijf bevat twee curveprofielen die door één follower tegelijk worden gevolgd. De klant wilde de nok (“de bobbel”) verplaatsen, terwijl het bewegingsverloop verder exact gelijk moest blijven aan het origineel.
Bij dit type component betekent een kleine wijziging al snel een groot risico voor de werking van het totale mechanisme. Daarom is reverse engineering met vorm- én functiereconstructie hier essentieel.
Wat is een curveschijf?
Een curveschijf (cam) zet een rotatie om in een nauwkeurig gedefinieerde verplaatsing van een follower. De vorm van het cam-profiel bepaalt de timing, de stijgsnelheid en de drukhoek (belasting) in het mechanisme. Bij een dubbele curveschijf (conjugate cam) volgen twee profielen dezelfde follower. Daardoor is de onderlinge synchronisatie kritisch: een kleine geometrische afwijking kan al extra slijtage, piekbelasting of blokkeren veroorzaken.
Bekijk animatie: werking van een curveschijf (YouTube)
De uitdaging
De opdracht was:
verplaats de nok op de curveschijf, zonder dat het totale bewegingsprofiel van beide curves verandert.
Dat betekent:
- de bewegingstijd moest exact gelijk blijven,
- de uitslag en het volledige bewegingsverloop mochten niet afwijken,
- de nok mocht alleen op een ander moment actief worden,
- beide curveprofielen moesten precies synchroon blijven,
- de follower mocht niet extra belast worden of vastlopen,
- de vorm moest reproduceerbaar blijven.
Belangrijkste eis: de nok moest in de rotatie op een ander moment actief worden, terwijl amplitude (uitslag), totale bewegingstijd en overgangssegmenten gelijk bleven aan het origineel.
Bij een dubbele curveschijf is dit extra complex: één afwijking in curve A werkt direct door in curve B. Omdat er geen betrouwbare CAD-tekening beschikbaar was, moest het originele onderdeel eerst compleet in 3D worden gescand en nauwkeurig worden geanalyseerd.
3D-scannen als basis voor reverse engineering
Met een ATOS 3D-scanner is de volledige dubbele curveschijf in hoge resolutie vastgelegd. Dit gaf:
- een exacte digitale kopie van beide curveprofielen,
- nauwkeurige data van radiale afwijkingen,
- inzicht in slijtage en asymmetrie,
- een betrouwbare basis voor functiereconstructie.
Het scannen voorkomt interpretatiefouten. Handmatige metingen of radiusmallen zijn bij dit soort vormen ontoereikend. Voor de scan-aanpak verwijzen we naar 3D-scannen .
Aanpak in 6 stappen
- 3D-scan van het originele onderdeel (complete geometrie)
- extractie van beide curveprofielen uit de scandata
- afleiden van het verplaatsingsverloop per hoekpositie
- CAD-reconstructie van beide profielen (geometrisch correct)
- gerichte aanpassing rond de nok met vloeiende overgangen
- validatie: timing, uitslag, synchronisatie, geen piekbelasting
Analyse van het originele bewegingsprofiel
Vanuit de scan is het werkelijke bewegingsverloop gereconstrueerd. We hebben:
- de curvehoogtes omgezet naar hoek-afhankelijke verplaatsingen,
- de timing van beide curves bepaald,
- de actieve zones van de nok geanalyseerd,
- de drukhoeken en overgangssegmenten vastgesteld,
- gecontroleerd waar beide profielen synchroon lopen.
Hiermee werd zichtbaar hoe het mechanisme oorspronkelijk werkte en welke grenzen er zijn bij het verplaatsen van de nok zonder functieverlies.
CAD-reconstructie en aanpassen van de dubbele curve
Op basis van de analyse is een CAD-reconstructie opgebouwd van beide curveprofielen. Bij curveschijven draait het om geometrische correctheid: geen “mooi parametrisch” model, maar een reproduceerbare vorm die de functie exact behoudt. De uitdaging was dat beide curves door één follower worden gevolgd, waardoor hun onderlinge relatie exact moet blijven.
Daarom is:
- alleen de sectie rondom de nok aangepast,
- de overige curvevorm 1-op-1 behouden,
- de verplaatsing zo gemodelleerd dat overgangen vloeiend blijven,
- gelet op identieke stijgsnelheid, drukhoek, curve-lengte en timing.
Beide curveprofielen zijn tegelijk aangepast, zodat de follower geen ongewenste extra belasting krijgt.
Bewegingssimulatie en validatie
De aangepaste curveschijf is gecontroleerd om te verifiëren of:
- beide curveprofielen synchroon blijven lopen,
- de beweging exact even lang duurt,
- de uitslag gelijk blijft aan het origineel,
- de nok op het juiste nieuwe moment actief wordt,
- er geen piekbelasting of blokkade ontstaat.
Voor verificatie en vergelijkingen (waar relevant) sluiten we aan op 3D meten . Pas toen de validatie hetzelfde functionele verloop gaf als het originele cam-profiel, is het model vrijgegeven voor productie.
Veelgestelde vragen
Waarom is 3D-scannen nodig bij een curveschijf zonder tekening?
Omdat de functie direct in het profiel zit. Met 3D-scannen leg je het echte profiel vast, inclusief slijtage en kleine asymmetrie. Daarmee voorkom je interpretatiefouten die bij handmatige metingen of radiusmallen snel ontstaan.
Hoe zorg je dat de timing gelijk blijft als je de nok (“bobbel”) verplaatst?
Bij deze curveschijf hangt de timing samen met de totale (werkende) booglengte van het profiel en de verdeling daarvan over de rotatiehoek. Daarom verplaatsen we de nok zó, dat de totale curve-lengte van beide profielen gelijk blijft en de “snijpunten” naar de omliggende segmenten op dezelfde manier aansluiten. Als de curve-lengte verandert, wordt de beweging automatisch langer of korter in tijd.
Hoe controleer je dat de uitslag (amplitude) hetzelfde blijft?
De uitslag controleren we door het originele en aangepaste profiel te vergelijken op maximale en minimale verplaatsing van de follower, inclusief de overgangssegmenten. Daarmee voorkom je dat de beweging “net iets” hoger of lager wordt, wat direct invloed heeft op belasting en slijtage.
Wat gaat er mis als de curve-lengte of overgangen toch veranderen?
Dan verschuift de timing (langer/korter), en kunnen de drukhoek en de lokale snelheidsopbouw veranderen. In de praktijk zie je dan eerder piekbelasting, extra slijtage of onrustig volgen van de follower. Bij een dubbele curveschijf werkt dat direct door naar het tweede profiel, waardoor synchronisatieproblemen ontstaan.
