逆向工程中3D測量高效化的方法

逆向工程中3D測量高效化的方法

逆向工程是當前備受關注的、在開發工序和部件制造工序中帶來巨大好處的方法。它能發揮很多作用，包括在開發工序中縮短開發期間、壓縮開發成本等，在制造工序中復原老化的模具、復制無圖紙的部件等。另一方面，存在測量作業繁瑣、必須具備高水平的技術、耗費大量工時的課題。
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知識以及其中使用的3D掃描儀。此外，還介紹課題解決要點。

■何謂逆向工程

逆向工程用于分析產品、部件、軟件的結構，調查和測量構成部件、源代碼等，明確其技術或設計。
在制造加工行業中，是指測量產品和部件的形狀，并制作設計圖的方法。產品通常是以設計圖為基礎制作而成，逆向工程則與此相反，其進展流程是根據產品來制作設計圖，因而得名。

?使用逆向工程可實現的功能

使用逆向工程，可通過測量實物制作CAD數據，再現設計圖。例如，因為是其它公司的競品而無法使用的部件、因制造商倒閉或產品過時未留下設計圖的產品、由于是試制品不存在詳細設計圖的產品等，這些產品的設計圖均可再現。
利用逆向工程的開發會參考現有產品的設計圖來開發新產品，因此可壓縮開發期間和成本。此外，還具有縮短開發周期、比其它公司更早將新產品投入市場的優點。
在制造工序中，通過復原老化的模具、復制無圖紙的部件，可維持制造質量，獲得新項目。

?逆向工程中應遵守的法律

逆向工程是合法行為。但有時產品中包含各種特許和著作權，所以在利用分析結果時，需小心不要侵犯知識產權。
例如，在該技術已取得相關特許時，或者技術信息違反不正當競爭防止法的商業秘密（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，必須確認不違反相關法律法規。

■逆向工程中使用的3D掃描儀

產品各部分的尺寸測量中的逆向工程，可以說是憑借可實施3D掃描的3D掃描儀的高性能化和低價格化實現的方法。3D掃描儀大致分為接觸式與非接觸式，兩者各有優缺點。

?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，對于非接觸式因為表面光澤等無法測量的產品，也能順利完成測量。
另一方面，它很難測量探頭無法進入的狹窄位置。而且，測量產品的大小也有所局限。除此之外，測量是以點或線為單位，所以當目標物的面很寬時，取得數據非常耗時。
代表性測量儀是門型三坐標測量儀。

?非接觸式3D掃描儀

用LED光或激光照射在產品上，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，手持式可能會因為手抖而降低測量精度。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、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，還能測量內部狀態的3D掃描儀。用與醫療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數據的運用

以3D掃描后的測量數據為基礎，可制作CAD數據，進行模擬分析。此外，還能用3D打印機成型，或生成要用CAM加工的數據。

?制作CAD數據

根據測量數據生成可表現面形狀的、被稱為“表面數據”的數據，刪去不需要的面數據，可制作CAD數據。如此便可制作無圖紙產品的2D-CAD和3D-CAD數據。

?用于3D打印機和CAM

補足3D掃描無法取得的位置上的數據，制作無遺漏的網格數據。該數據被稱為“STL（Stereolithography）數據”，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打印機的快速原型技術中，該文件格式廣為使用。
利用該數據，即使是沒有圖紙的產品，也能用3D打印機成型。而且，還可用于CAM，所以也能控制NC機床重現產品。

?用于模擬分析

若有CAD數據，即可模擬流動分析、耐熱評估、強度評估等各種評估。
在改變尺寸的同時進行分析評估，可高效地推動PDCA循環。此外，還能防止發生不良。

■通過非接觸式3D掃描儀“VL系列”提升測量作業效率

在逆向工程中，必須對產品整體形狀進行全面測量，要求實施高精度、快速的作業。不僅是整體形狀，還需要根據已取得的數據，測量坐標、幾何公差、截面形狀等。
為滿足這些測量需求，基恩士開發了高精度三維掃描測量儀“VL系列”。以非接觸的方式，以面為單位來準確捕捉目標物的3D形狀。最快1秒完成載物臺上目標物的3D掃描，高精度地測量3D形狀。因此，測量結果不會產生偏差，可瞬間實施定量測量。具體優點如下。

?優點1：可進行全周3D測量。將所見轉為3D化

即使是形狀復雜的產品，也只需將產品放置到“VL系列”的載物臺上并掃描，即可360°捕捉3D形狀。無需定位和水平調整，即使沒有測量儀的知識和經驗，也能立即實施高精度測量。
難以檢測的部位形狀，也可通過高精度模式，以多達1600萬點進行掃描。對難以分析的細微形狀也可以高精細地進行測量、分析。數據之間可合成，因此無法一次采集完的面，也可以之后再繼續掃描補足。
*與本公司VL-350產品的比較

?優點2：詳細分析目標位置的截面

難以測量的截面也可以非破壞性的方式詳細測量和分析。可根據3D形狀數據自由設定基準面，并可從各個方向測量截面。經由截面測量取得的數據可轉換為DXF數據。DXF數據可通過2D-CAD瀏覽，實現了逆向工程中的尺寸評估和圖紙化。

■總結：飛躍性地提升逆向工程中的測量效率

“VL系列”以多達1600萬點的高精度，實現高速3D掃描。以非接觸方式迅速、準確地測量產品的3D形狀。

·       因為是以面為單位來捕捉，所以可掌握產品整體形狀，并對各個位置進行輪廓測量。

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

·       即使是橡膠、軟質樹脂等柔軟的目標物，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。可將一目了然的數據進行共享，順利比較產品形狀。

·       輕松實現多個測量數據的定量比較和分析。

·       可為多個測量數據統一進行平面度公差等設定。

“VL系列”是實現高精度且簡單操作的3D掃描儀。從在逆向工程中取得3D數據，到測量各部位、比較3D-CAD數據與產品，甚至輸出DXF數據，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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