机械零件逆向工程:解决零件过时问题

2019年8月29日

太空中的月球车，在月球上移动

在最近一次登月任务中，宇航员弄坏了月球车的挡泥板。最初，勇敢的探险者们认为他们并不真的需要挡泥板，他们驾驶着这辆微型汽车绕过了环形山和丘陵，同时被月球尘埃覆盖。由于月球上没有月球车的零件仓库，而且返回地球获取新零件似乎不可行，宇航员们用笔记本和几个随机的夹子做了一个新的挡泥板。这个解决方案奏效了。

今天，国际空间站包括一个增材制造设施，其中包括两台商用3D打印机和一台挤出机。2016年，国际空间站上的宇航员打印了一个扳手，这是第一个在太空生产的工具。从那时起，增材制造工厂已经开发了数百个在空间站和地球上使用的零件。该打印机能够在零重力环境下进行3D打印，可以打印具有高机械和热性能的聚合物、金属、复合材料和碳纳米管掺杂材料。宇航员们已经收到了小卫星的数字化模型，打印的卫星电子电路，3D打印的卫星发射到太空。

逆向工程适用于地球和太空

逆向工程过程允许公司在没有原始图纸、文档或计算机模型的情况下复制或重建组件、装配或产品。通过逆向工程，工程师团队可以:

设计，开发和制造新的组件或组件
为原始设备制造商(OEM)生产的组件或组件建立新的数字模型
重新构建和替换不再存在的遗留组件
复制工件
识别程序集的组件
确保部件符合质量和公差标准
保护外观设计专利。

逆向工程的一些最重要的好处是可以找到解决问题的方法，这些问题似乎是无法解决的，代价高昂的错误或无休止的供应商过时。

逆向工程工作与现有的机械零件

在进行现有机械部件的实际再造之前，建立一个基本的项目管理程序确定工程的范围和参数。例程考虑项目的目的、市场、设计目标、约束和功能细节。参与再工程项目的设计团队通过拆卸研究产品的功能以及组件、子组件和主要组件之间的相互作用。

产品的功能研究还显示了原始制造商如何生产该产品，并导致对结构，机械和电气子系统的详细分析。分析应包括测量、覆盖控制系统、考虑安全措施和总体系统设计的概述。任何产品测试都应该揭示产品在不同环境下的表现、耐久性问题以及原始制造商对人体工程学的看法。

用于逆向工程的产品的功能研究和分析应该产生建立设计目标、提供测量系统和列出可能约束条件的文档。设计目标应该涵盖形式、功能和材料。设计团队对机械部件进行逆向工程评审时，应该列出材料、部件、程序集以及任何升级结果。

逆向工程反转设计过程

逆向工程流程与典型设计流程的方向相反，产品设计规范作为流程的终点。逆向工程依赖于使用激光扫描仪或计算机断层扫描(CT)扫描仪来捕获数据。扫描仪将3D扫描数据输出为密集的三角形点云，该点云成为包含零件详细尺寸的视觉草图。

逆向工程软件将密集的三角形点云转换成多边形模型，保留了原始零件的形状和精度。

镜头的图像与照明

您可能不会使用手机相机来捕获这些类型的数据。

其他应用程序将多边形细化并转换为称为非均匀有理b样条(NURBS)的数学模型，该模型生成曲线或曲面。NURBS与计算机辅助设计和工程软件一起工作，并遵守初始图形交换规范(IGES)、产品模型数据交换标准(STEP)、3D ACIS建模器和程序员分层交互图形标准(PHIGS)。每个NURBS曲面或曲线表示由控制点建立的简单几何形状。

在精炼和转换形状后，软件将图像导出到计算机辅助制图(CAD)或计算机辅助制造(CAM)设备。逆向工程和CAD或CAM软件的结合产生了可制造性设计所需的精确数据。详细的3D实体或表面模型和基于2D矢量的图纸允许工程师选择最佳概念设计，并绕过物理原型的使用。

从大型物品(如飞机或火箭助推器)上捕获数据可以通过摄影测量，或者通过数码单反相机(DSLR)拍摄的照片捕获数据。输出的摄影测量数据可以采用地图、测量、或3D模型．摄影测量使用由多个数字图像定义的参考点。精确的3D扫描系统使用参考点来扩大扫描区域，以捕获和逆向工程大型项目。

在逆向工程过程中获取详细信息为测试奠定了基础。逆向工程机械零件的偏差分析创建了原始设计和新设计的精确逐点比较。分析检测组件、组件或机械部件的扫描数据与CAD模型之间的任何偏差。因此，设计团队可以在验证工具的同时验证反向工程产品将满足或超越性能目标。