点采集到 3D CAD 模型的数字化演变。 （由 Exact Metrology 提供）逆向工程正在成为一个多方面的复杂主题。潜在的应用正在增长，包括为 CAD 出现之前构建的零件创建模型、为矫形器和假肢匹配人肢、在生产过程、修复过程、模具制造之后将 CAD 模型更新为原样——而且这个列表越来越长。
推动这一切的是新的计量传感器和功能更强大的软件，由更强大、更便宜的计算支持。随着技术的快速发展，可能会有适合您的应用程序。
随着技术的进步更加专业化
首先，让我们仔细看看我们如何从物理部件到数字模型。数据链在逆向工程中，首先使用计量型传感器收集数据点，将这些点转换为连接的网格，然后（通常）将该网格处理为曲面或实体模型。更快、更便宜的计算和更好的软件使这些步骤中的每一个都得到了改进。计算机的计算速度越来越快，因此数据收集器收集的数据越来越多，网格划分器的网格化速度越来越快，CAD 转换器的转换也越来越准确。
这些改进不仅推动了高端、高精度应用程序的发展水平，他们还开辟了新的低端用途，由不太熟悉逆向工程的细微差别但更适应自己专业的人操作。 3D Systems Inc. 首席解决方案负责人 Scott Green 表示：“您可以将当今所有可能的用途想象成一个金字塔，金字塔底部有很多很多应用程序，但技术挑战相对较低。” , S.C., 专业软件制造商逆向工程。
他指出，矫形器和假肢是金字塔底端的应用示例。许多人需要低分辨率扫描和生成的肢体模型——并且所需的公差不是特别严格。 “几毫米的错误不会伤害任何人，”格林说。 “人体是柔软的，可以容忍 [那种程度的] 不准确。”如今，大多数人都可以使用连接到平板电脑的简单扫描仪来创建足够好的矫形器模型。
下一个层次是消费产品设计等应用，其中公差需要更严格超过一毫米，这个过程可能会产生一百万份拷贝。这可能包括手机、鞋子、瓶子或其他具有艺术气息的物品（因此需要对物理模型进行逆向工程），并且需要组装。 “逆向工程所需的技能水平也在提高neering，因为它是扫描和原创设计工作的结合，”格林说。精度在 50 μm 左右。
超出此范围所需的下一级别技能是维护、修理和大修——逆向工程的主要用途。公差和分辨率更严格，低至个位数微米，需要更先进的设备，包括高精度 LiDAR 或白光扫描仪。扫描飞机起落架进行维修需要个位数的微米精度；要获得这种准确性，需要在操作扫描设备和使用后端软件创建准确的 CAD 模型方面具有更高水平的技能。
最后，重新发行遗留物时需要最高水平的设备和技能零件，“过去”用纸质蓝图制成的零件，很可能不存在或与制造的零件不匹配。 “通常，人们想让这些零件变得更好，可能更轻或更坚固，或两者兼而有之。所以现在我要我以前从未设计过并完全重新设计的部分，现在我可能会在此基础上添加拓扑、优化或增材制造设计，”Green 说。
雷达天线这样大的物体的扫描数据正变得司空见惯。 （由 3D Systems Inc. 提供）底线？供应商正在为从矫形器到建筑信息管理以及任何数量的专业制造领域的应用程序提供更多专业化的扫描仪和软件。为您的应用程序命名，然后寻找供应商或服务机构来帮助您实现该特定目的。
记录现有的
“对 3D 扫描可以做什么保持开放的心态.它的应用几乎是无限的。每种情况都有一个扫描仪，”逆向工程经理 Ronnie Hensley 说精确计量学，辛辛那提。
计量级 3D 扫描仪，例如来自 GOM 和 Capture 3D 的结构光 ATOS 5 单元，可以捕获数以百万计的精确数据点秒，增强在新应用程序和现有应用程序中进行逆向工程的能力。 （由 Capture 3D Inc. 提供）在他从事逆向工程的 13 年中，他见证了扫描仪速度和准确性的巨大进步。 “准确性提高了十倍，”他说。 “现在，配备激光的扫描臂可以提供 0.002”（50 μm）的精度，分辨率惊人。过去[结构]光和激光扫描之间存在明显差异，[结构光]仍然更准确，具有更清洁、更准确的数据。但激光扫描仪正在迅速迎头赶上。”
另一个应用角度工程师至少应该考虑艺术家如何对他们的雕塑作品进行逆向工程。 “我们有艺术家来创作一次性的作品，这些作品易碎且需要轻柔处理。我们立即对其进行扫描，然后他们便拥有了他们所创建内容的数字档案。如果原件发生任何问题，可以通过 3D 打印重新创建，”他说。
这个概念适用于工程。他指出，客户将带着需要装配到组件中的零件模型来参观。 “我们扫描它并给他们一个模型，然后看看它是否适合组装。如果不合适，他们会削掉一些区域，我们会重新扫描并重复这个过程，直到它适合为止，然后我们会给他们一个零件的 3D 模型，”他说。常见的交付文件格式包括 STEP、IGES 或原生 Parasolid 模型。
节省时间和金钱
但这有帮助吗？ Hensley 回忆起帮助水电行业的客户更换水坝涡轮机的翅片产生力量。随着时间的推移和使用，这些散热片会损坏，直到现在，技术人员通过焊接修复损坏，然后磨掉金属，直到它们符合其原始用途。 “在概念验证期间，我们扫描了他们的一个刀片，我向他们提供了 [3D 数字文件]，他们将其插入六轴铣床，”他说。 “他们磨出了一个完全匹配的作品。它像手套一样合身，在整个项目生命周期内减少了 10,000 个工时，”其中包括比原来多得多的涡轮机翅片。 “您可以通过多种方式使用这些数据。因为它并不总是只是为某人打印一个零件——它还帮助他们向他们展示他们的零件是什么，如何修理它并以许多其他方式使用它。”
逆向工程的另一个应用证明了美国加利福尼亚州圣安娜市 Capture 3D Inc. 的首席运营官 Johan Gout 表示，汽车行业非常有用。GOM 结构光 3D 扫描仪的经销商。通过扫描制造的零件并对它们进行逆向工程（而不是他们的 CAD 标称），用户正在记录适合装配的实际零件，并将它们用作新零件的基线。
“他们现在记录了什么制造过程正在交付。这提高了他们获得所需的合身度和饰面的能力，因为他们现在正在使用 CAD 定义他们的制造过程实际交付的内容。事实证明，这对于拥有内燃机产品线并且现在希望在该产品线中生产 EV 版本的公司特别有用，”他说。
借助当今 GOM ATOS 扫描仪的可变扫描功能，在 1 米的测量范围内，可以快速捕获整个车身的数百万个 X-Y-Z 坐标点，数据分辨率达到 30 μm。 “但对于许多重要的优良特性来说，这可能还不够好，所以通过切换 le为了使用更小的测量体积获得更高的分辨率，重要的更小特征可以在 7 到 9 μm 处收集并合并到更大的数据集中，”Gout 说。将其视为可变网格模型。逆向工程的最佳传感器是什么？ “我认为能够提供各种分辨率和精度以捕获所有零件特征的传感器在逆向工程中最有用，”他说。此过程也有利于 EV 初创公司记录其制造时的配置。
另一个应用程序是支持工业 4.0 计划，其中扫描制造的零件不是为了更新基线而是成为基线，数字双胞胎。 “然后，公司可以跟踪这些部件在生产和使用方面的变化情况，”古特解释道。这是对捕获竣工数据的更主动使用。
Verisurf 软件作为多个 3D 扫描仪品牌的捆绑选项提供，包括 ScanTech、peel 3d 和 SHINNING 3D。捆绑的软件和硬件使客户能够立即访问开箱即用的高质量 3D 扫描和逆向工程工作流程。 （由 Verisurf Inc. 提供）扫描仪和集成方面的改进
工业 4.0 计划也促进了集成方面的改进。 “这意味着扫描软件和传感器的无缝集成，以及具有更高质量相机、更好的镜头光学器件和更具竞争力的价格的传感器，”Gout 说。
成本更低，功能更强大计算正在提高支持高级功能的传感器和软件的性能。 “操作 ATOS 扫描仪的 GOM Suite 软件现在可以自动进行曝光设置，以帮助进行数据捕获，以及自动化、智能的 STL 处理算法，”他解释道。氏s 使数据捕获更加准确。如何？创建 STL 数据的软件识别它捕获的几何类型，然后调整其数据收集计划以创建具有最高保真度和最轻重量的 STL 文件。 Gout 说：“这是逆向工程过程中最容易支持的模式。”
他很快指出，这种先进的计算是通过基于 Windows 的现成笔记本电脑和机架式计算机并不仅限于特殊的高端机型。 “我们扫描整个白车身。你可以想象那有多少数据，但使用更新的软件和[快速计算机]，我们不会尝试存储数百万个点。我们将它们处理成一个智能的 STL 文件，以尽可能少地占用文件空间。”他还指出，致力于逆向工程的专业软件公司似乎在处理大型数据集并将其转换为 STL 和 CAD 方面做得更好。
David Olson, dVerisurf Software Inc.（加利福尼亚州阿纳海姆）的销售和营销总监是专业软件公司之一，他同意扫描仪和专业软件的成本有所提高，从而开辟了新的应用程序。 “很多人都更容易进行逆向工程，”奥尔森说。 “现在你开始看到利基市场的扫描技术。人们说，‘天啊，要是我们能扫描和逆向工程这种疯狂的部分就好了’，”他们想轻松地扫描这些疯狂的部分，并使用容易获得的解决方案。
他的公司是其中之一许多供应商会提供完整的解决方案，而不仅仅是系统的一部分。例如，Verisurf 软件现在作为完整的解决方案捆绑包提供给多个 3D 扫描仪品牌，包括 ScanTech、peel 3d 和 SHINNING 3D。一站式购物已成为逆向工程。
但改进的不仅仅是价格和包装。随着制造业的开始要将附加的产品制造信息 (PMI) 和几何尺寸与公差 (GD&T) 包含到 CAD 模型中，干净、高质量的 3D CAD 实体模型对于附加 PMI 数据非常重要。 “我们和其他人已经将扫描数据完美地处理为防水 STL，然后再处理为 NURBS 曲面，”奥尔森说。 “让我们与众不同的一件事是我们 [更进一步] 实体建模，它包含在每个许可证中。大多数逆向工程工具只是表面处理或创建防水网格。我们可以把它一直带到一个功能齐全的实体模型中。”最终文件格式包括 STEP、IGES、Parasolid 或其他流行格式。
面向大众的逆向工程
基本消费电子产品计算技术的进步为逆向工程开辟了一个领域范围广泛的新用户——几乎任何人都一样。除了三个摄像头镜头外，iPhone 12 Pro 还内置了一个 LiDAR 传感器。根据Apple Insider 网站显示，iPhone 12 Max 和 iPad Pro 也配备了 LiDAR。 Apple 应用商店提供了许多应用程序；一些使用激光雷达，另一些使用带有摄影测量软件的相机。
智能手机、良好的照明和便宜的三脚架构成了消费级逆向工程的基础。（SME 照片/Bruce Morey）
LiDAR 不是 Apple 明确的产品兜售;相反，它希望应用程序开发人员在用户无需了解任何相关信息的情况下使用 LiDAR。例如，据报道，iPhone 标配的 Measure 应用程序现在使用了 LiDAR 以及相机自动对焦功能。
对于显式扫描，作者自己尝试使用基于 LiDAR 的扫描显示了在大范围内的一些潜力物体和整个房间。但只有一些。使用手持设备扫描会导致许多错误，覆盖范围内的差距，而且，嗯，一些“令人惊叹”的因素，但还没有太多工程实用性。
作者还探索了一个基于摄影测量的逆向工程应用程序，称为 Qlone。这更接近于对研究较小零件的工程师有用。它使用打印在纸上的网格来设置物体在空间中的坐标。同样，它需要稳定的手来收集所有数据。一个便宜的智能手机三脚架极大地改善了这个过程。它也有局限性，就像它的许多更昂贵的结构光或激光扫描仪一样，不能很好地扫描闪亮或透明的物体。
扫描的所有处理都是在手机上完成的，几乎是真实的-时间，即使对于最高密度的点。对于不需要装配到组件中的艺术对象，这似乎足够了。生成的扫描可用于 AR 或 VR，甚至用于为 3D 打印机供电。
它的重要性不在于它在 2021 年现在能做什么。这种处理 10叶ars ago 甚至连笔记本电脑都做不到，更不用说手持智能手机了。未来 10 年我们应该期待什么？期待很多。
未来的应用，未来的技术
随着技术的进步，Olson 看到了更多的应用出现。 “有许多由弹性体制成的软部件在测量时无法触摸，因为它们会变形，”他说。 “热门零件是另一个。这些是光学扫描的理想选择，我看到了这些领域未来的逆向工程应用。”另一个更广泛的应用是跟随大规模定制的趋势。 “大规模定制是未来，”Olson 说，最终客户希望获得适合其个人风格或品味的独特产品。汽车专用座椅、定制鞋和运动器材都是量身定制的产品，最好通过某种形式的逆向工程来提供服务。
也许最大的趋势——人工智能 (AI)——也可以通过更快、谢每计算。很容易看到人工智能被用于收藏规划、模型创建，甚至各种形式的生成设计，然后与逆向工程相结合。寻找 AI 让逆向工程变得更容易。 “软件算法，如 AI 和机器学习，将推动技术的进步，”3D Systems 的格林说。
