逆向工程中3D測量高效化的方法

逆向工程是當(dāng)前備受關(guān)注的、在開發(fā)工序和部件制造工序中帶來巨大好處的方法。它能發(fā)揮很多作用，包括在開發(fā)工序中縮短開發(fā)期間、壓縮開發(fā)成本等，在制造工序中復(fù)原老化的模具、復(fù)制無圖紙的部件等。另一方面，存在測量作業(yè)繁瑣、必須具備高水平的技術(shù)、耗費(fèi)大量工時的課題。
不過，近年來逐漸普及的3D掃描儀作為解決這些課題的裝置，受到人們的期待。
下面將說明逆向工程的基礎(chǔ)知識以及其中使用的3D掃描儀。此外，還介紹課題解決要點(diǎn)。

■何謂逆向工程

逆向工程用于分析產(chǎn)品、部件、軟件的結(jié)構(gòu)，調(diào)查和測量構(gòu)成部件、源代碼等，明確其技術(shù)或設(shè)計(jì)。
在制造加工行業(yè)中，是指測量產(chǎn)品和部件的形狀，并制作設(shè)計(jì)圖的方法。產(chǎn)品通常是以設(shè)計(jì)圖為基礎(chǔ)制作而成，逆向工程則與此相反，其進(jìn)展流程是根據(jù)產(chǎn)品來制作設(shè)計(jì)圖，因而得名。

?使用逆向工程可實(shí)現(xiàn)的功能

使用逆向工程，可通過測量實(shí)物制作CAD數(shù)據(jù)，再現(xiàn)設(shè)計(jì)圖。例如，因?yàn)槭瞧渌?/span>的競品而無法使用的部件、因制造商倒閉或產(chǎn)品過時未留下設(shè)計(jì)圖的產(chǎn)品、由于是試制品不存在詳細(xì)設(shè)計(jì)圖的產(chǎn)品等，這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖均可再現(xiàn)。
利用逆向工程的開發(fā)會參考現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖來開發(fā)新產(chǎn)品，因此可壓縮開發(fā)期間和成本。此外，還具有縮短開發(fā)周期、比其它公司更早將新產(chǎn)品投入市場的優(yōu)點(diǎn)。
在制造工序中，通過復(fù)原老化的模具、復(fù)制無圖紙的部件，可維持制造質(zhì)量，獲得新項(xiàng)目。

?逆向工程中應(yīng)遵守的法律

逆向工程是合法行為。但有時產(chǎn)品中包含各種特許和著作權(quán)，所以在利用分析結(jié)果時，需小心不要侵犯知識產(chǎn)權(quán)。
例如，在該技術(shù)已取得相關(guān)特許時，或者技術(shù)信息違反不正當(dāng)競爭防止法的商業(yè)秘密（保密管理性、有用性、非公知性）三個要件時，可能無法使用。
在使用通過逆向工程獲得的信息時，必須確認(rèn)不違反相關(guān)法律法規(guī)。

■逆向工程中使用的3D掃描儀

產(chǎn)品各部分的尺寸測量中的逆向工程，可以說是憑借可實(shí)施3D掃描的3D掃描儀的高性能化和低價(jià)格化實(shí)現(xiàn)的方法。3D掃描儀大致分為接觸式與非接觸式，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。

?接觸式3D掃描儀

接觸式3D掃描儀用被稱為“探頭"的接觸件接觸測量位置，以坐標(biāo)形式獲取凹凸情況。與非接觸式相比，測量精度更出色，對于非接觸式因?yàn)楸砻婀鉂傻葻o法測量的產(chǎn)品，也能順利完成測量。
另一方面，它很難測量探頭無法進(jìn)入的狹窄位置。而且，測量產(chǎn)品的大小也有所局限。除此之外，測量是以點(diǎn)或線為單位，所以當(dāng)目標(biāo)物的面很寬時，取得數(shù)據(jù)非常耗時。
代表性測量儀是門型三坐標(biāo)測量儀。

?非接觸式3D掃描儀

用LED光或激光照射在產(chǎn)品上，分析接收到反射光的時間差和反射角度，取得3D形狀。
掃描方式有圖紋投影光源法、激光切斷法等。此外，還有固定式和手持式，兩者區(qū)分使用，先用固定式掃描，再用手持式掃描固定式無法掃描的部分。但是，手持式可能會因?yàn)槭侄抖档蜏y量精度。而且，固定式3D掃描儀不僅要掌握整體形狀，還要求測量坐標(biāo)、幾何公差、截面等。

?X射線CT掃描儀

X射線CT掃描儀是不僅可測量外觀形狀，還能測量內(nèi)部狀態(tài)的3D掃描儀。用與醫(yī)療CT掃描儀相同的原理測量，除外觀尺寸外，還可檢查鑄件和焊縫內(nèi)部的裂紋、氣泡、異物混入等，因此可用于非破壞方式的檢測。但是，裝置較為昂貴，使用范圍有限。

■逆向工程中3D數(shù)據(jù)的運(yùn)用

以3D掃描后的測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，可制作CAD數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬分析。此外，還能用3D打印機(jī)成型，或生成要用CAM加工的數(shù)據(jù)。

?制作CAD數(shù)據(jù)

根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成可表現(xiàn)面形狀的、被稱為“表面數(shù)據(jù)"的數(shù)據(jù)，刪去不需要的面數(shù)據(jù)，可制作CAD數(shù)據(jù)。如此便可制作無圖紙產(chǎn)品的2D-CAD和3D-CAD數(shù)據(jù)。

?用于3D打印機(jī)和CAM

補(bǔ)足3D掃描無法取得的位置上的數(shù)據(jù)，制作無遺漏的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)被稱為“STL（Stereolithography）數(shù)據(jù)"，是一種用于3D-CAD軟件的文件格式，幾乎受各種軟件支持。尤其在使用3D打印機(jī)的快速原型技術(shù)中，該文件格式廣為使用。
利用該數(shù)據(jù)，即使是沒有圖紙的產(chǎn)品，也能用3D打印機(jī)成型。而且，還可用于CAM，所以也能控制NC機(jī)床重現(xiàn)產(chǎn)品。

?用于模擬分析

若有CAD數(shù)據(jù)，即可模擬流動分析、耐熱評估、強(qiáng)度評估等各種評估。
在改變尺寸的同時進(jìn)行分析評估，可高效地推動PDCA循環(huán)。此外，還能防止發(fā)生不良。

■通過非接觸式3D掃描儀“VL系列"提升測量作業(yè)效率

在逆向工程中，必須對產(chǎn)品整體形狀進(jìn)行全面測量，要求實(shí)施高精度、快速的作業(yè)。不僅是整體形狀，還需要根據(jù)已取得的數(shù)據(jù)，測量坐標(biāo)、幾何公差、截面形狀等。
為滿足這些測量需求，基恩士開發(fā)了高精度三維掃描測量儀“VL系列"。以非接觸的方式，以面為單位來準(zhǔn)確捕捉目標(biāo)物的3D形狀。最快1秒完成載物臺上目標(biāo)物的3D掃描，高精度地測量3D形狀。因此，測量結(jié)果不會產(chǎn)生偏差，可瞬間實(shí)施定量測量。具體優(yōu)點(diǎn)如下。

?優(yōu)點(diǎn)1：可進(jìn)行全周3D測量。將所見轉(zhuǎn)為3D化

即使是形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，也只需將產(chǎn)品放置到“VL系列"的載物臺上并掃描，即可360°捕捉3D形狀。無需定位和水平調(diào)整，即使沒有測量儀的知識和經(jīng)驗(yàn)，也能立即實(shí)施高精度測量。
難以檢測的部位形狀，也可通過高精度模式，以多達(dá)1600萬點(diǎn)進(jìn)行掃描。對難以分析的細(xì)微形狀也可以高精細(xì)地進(jìn)行測量、分析。數(shù)據(jù)之間可合成，因此無法一次采集完的面，也可以之后再繼續(xù)掃描補(bǔ)足。
*與本公司VL-350產(chǎn)品的比較

?優(yōu)點(diǎn)2：詳細(xì)分析目標(biāo)位置的截面

難以測量的截面也可以非破壞性的方式詳細(xì)測量和分析。可根據(jù)3D形狀數(shù)據(jù)自由設(shè)定基準(zhǔn)面，并可從各個方向測量截面。經(jīng)由截面測量取得的數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為DXF數(shù)據(jù)。DXF數(shù)據(jù)可通過2D-CAD瀏覽，實(shí)現(xiàn)了逆向工程中的尺寸評估和圖紙化。

■總結(jié)：飛躍性地提升逆向工程中的測量效率

“VL系列"以多達(dá)1600萬點(diǎn)的高精度，實(shí)現(xiàn)高速3D掃描。以非接觸方式迅速、準(zhǔn)確地測量產(chǎn)品的3D形狀。

·       因?yàn)槭且悦鏋閱挝粊聿蹲剑钥烧莆债a(chǎn)品整體形狀，并對各個位置進(jìn)行輪廓測量。

·       無需定位。將目標(biāo)物放置到載物臺上，通過只需一鍵的簡單操作，即可完成測量。

·       即使是橡膠、軟質(zhì)樹脂等柔軟的目標(biāo)物，也能采用非接觸方式，高精度地測量形狀。

·       可用彩色圖顯示3D形狀。可將一目了然的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，順利比較產(chǎn)品形狀。

·       輕松實(shí)現(xiàn)多個測量數(shù)據(jù)的定量比較和分析。

·       可為多個測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行平面度公差等設(shè)定。

“VL系列"是實(shí)現(xiàn)高精度且簡單操作的3D掃描儀。從在逆向工程中取得3D數(shù)據(jù)，到測量各部位、比較3D-CAD數(shù)據(jù)與產(chǎn)品，甚至輸出DXF數(shù)據(jù)，飛躍性地提升了工作效率。

基恩士 高精度三維掃描測量儀 VL-800系列

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