汽车逆向设计项目中三维扫描仪的应用,手持式3D扫描仪

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汽车逆向设计项目中三维扫描仪的应用

发布时间 : 2018-06-27 10:00:50      访问量 : 225次

一、逆向设计的概念

    逆向工程(ReverseEngineering-RE)是对产品设计过程的一种描述。

    在工程技术人员的一般概念中,产品设计过程是一个从无到有的过程,即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等,然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型,最终将这个模型转入到制造流程中,完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个“从有到无”的过程。简单地说,逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型,反向推出产品设计数据(包括设计图纸或数字模型)的过程。从这个意义上说,逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。早期的船舶工业中常用的船体部件设计就是逆向工程的很好实例。

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图一 船体齿轮传动壳

    随着计算机技术在制造领域的广泛应用,特别是数字化测量技术的迅猛发展,基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备(如三维扫描仪、三坐标等)获取的物体表面的空间数据,需要利用逆向工程技术建立产品的三维模型,进而利用CAM系统完成产品的制造。因此,逆向工程技术可以认为是将产品样件转化为三维模型的相关数字化技术和几何建模技术的总称。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程。

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图二 伺服电机支撑座            图三 长管道                  图四 假肢—手

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                                        图五  雕塑

    作为一种新产品开发以及消化、吸收先进技术的重要手段,逆向工程和快速原型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。它们的出现改变了传统产品设计开发模式,大大缩短了产品开发的时间周期,提高产品研发的成功率。

    当今,各个行业越来越注重产品的外观设计,以此来吸引顾客,最终在商业上取得成功。这点在消费产品的设计中体现的尤为突出。特别是手机、数码相机、汽车等行业。

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                图六   汽车空调

二、顺、逆向工程在设计流程中的比较与分析

    逆向工程,顾名思义与顺向工程的设计流程不同,其过程是依靠已经存在的零件或是产品原型的表面所得到的资料来建立3DCAD模型,而不是透过设计图。

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              图七  小铸件

三、逆向设计的基本流程

 逆向工程是将实物转变为CAD模型的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称,逆向工程是汽车产品开发的新方式。目前基于CAD/CAM系统的三维扫描仪(数字扫描技术)为实物逆向工程提供了有力的支持,在进行数字化扫描、完成实物的3D重建后,通过NC加工就能快速地制造出模具,最终注塑得到所需的产品,通过逆向工程技术,在消化、吸收先进技术的基础上,建立和掌握自己的产品开发设计技术,进行产品的创新设计,是提高汽车设计能力和制造效率的捷径。

    逆向工程的简单过程是:利用三维扫描仪扫描实体模型,将数据导入计算机,利用逆向工程软件处理获取的点云数据,行程曲线、曲面、实体模型,对实体模型进行修正,形成最终的三维模型。相比正向建模,逆向工程建模的速度更快,效率更高。逆向工程队对计算机处理器、内存和显卡的性能有综合要求,特别是要保证实时数据采集和处理,必须配置较高的内存和性能强大的显卡。图片1.png

1、逆向工程的结构体系

    逆向工程系统主要由三部分组成:产品实物几何外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。


 

(1)数据采集

    数据采集是逆向工程的第一步,其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据,影响到重构的CAD实体模型的质量,并最终影响产品的质量。


 

(2)数据处理

    对于获取的一系列点数据在进行CAD模型重建前,必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。


 

(3)模型重建

    将处理过的测量数据导入CAD系统,依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD模型。


 

    简单理解汽车逆向设计流程:拿到实物产品----进行产品公析扫描------三维扫描仪进行扫描输出数据文件STL格式-----Surfacer或Geomagic进数据处理格式为igs------进行Pro/E等三维软件中进行绘图,当今主要流行的三维CAD软件如UG、IMAGEWARE、CATIA、I-DEAS、Pro/Engineer。


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