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逆向工程應用

作者: Acon Cheng 郑丰远 - 贝特三维
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三维逆向工程被用在哪里? 包含哪些具体步骤? 您可以点选有兴趣的標题来跳至相关內容。

逆向工程应用的场合

产品周边及配件开发

一台三维扫描仪 (3D scanner) 置于一台汽车后方,并对准喷满白粉及定位贴纸 (marker stickers) 的汽车后保杆,准备进行三维扫描,以利后续的逆向工程
汽车后保杆的三维扫描 (图片来源: 贝特三维 - 版权所有)
汽车后保杆三维扫描网格 (STL 档) 经逆向工程转换为 3D CAD 模型的示意图
续: 汽车后保杆三维扫描网格 (STL 档) 经逆向工程转换为 3D CAD 模型的示意图 (图片来源: 贝特三维 - 版权所有)

这大概是逆向工程应用最广的领域了。在电子产品及机动车配件市场中,需要进行大量的逆向工程,才能开展自身产品的设计。想像一下您若是 iPad 配件的生产商,想要开发生产一款 iPad 保护壳,试问该如何进行? 显然 Apple 将不大可能把 iPad 的原始 3D CAD 设计图纸提供给您,这时候您就只能靠逆向工程手段了; 唯有自己重构出 iPad 的 3D CAD 模型,您才能开展保护壳的设计。

同样地,如果您是汽车改装套件的产品设计师,您也需要使用逆向工程来取得一台汽车后保杆的 3D CAD 模型,才有办法在此基础上进行改造。

设计资料抢救

在一些特殊情况下,设计图纸的拥有方也可能需要进行逆向工程来重新取得 3D CAD 模型。不妨想像两个极端的例子:

  1. 甲公司是某笔记本电脑品牌的设计及制造商,由于人为疏失,导致其服务器所在的大楼因火灾而全毁,又因其数据备份不严密,致使所有 A 型号笔记本的原始 3D CAD 图纸在大火中全部丢失 。所幸该型号 A 型号笔记本已经量产,并有成品在市面上流通。工程师在吁了一口气后,赶紧找了一台外形完好的笔记本来进行逆向工程,最后重构出了相同的 3D CAD 模型,属实是不幸中的万幸。

  2. 乙公司是某知名音箱的制造商,但其经典 B 型号音箱的设计工作是委托给某设计公司 X 进行。由于合约拟定的过程出现疏失,最终该音箱的品牌虽仍为乙所有,但 3D CAD 设计图纸所有权却掌握在 X 手上。乙公司索要多次无果后,X 公司竟然因经营不善倒闭了,这款经典音箱的图纸从此就这样消失在世界上。好在,乙公司痛定思痛,决定采购三维扫描仪以及逆向工程软件,最终成功地重构出这款音箱的 3D CAD 图纸,让产品掌握权再度回到自己手中。

生产质量分析

有些时候,逆向工程并不是为了取得原始 3D CAD 图纸,而是希望能透过此一过程,比对各阶段模型的差异 (原始 3D CAD 模型 ↔ 扫描网格 ↔ 逆向 3D CAD 模型) ,进而判断生产过程造成的形变究竟为产品外形带来了多少影响。

要知道,生产环节往往会造成不少形变,因为模具的制造会产生误差,灌模过程也会产生误差 (最常见的是塑胶射出时的收缩率问题)。要评估这些误差,就得靠*高精度的三维扫描仪加上高阶逆向软件来取得准确的外形数据,并与原始 3D CAD 进行比对,如此才能对生产质量进行科学的分析。

*三维扫描过程本身也会产生误差,因此其仪器精度必需是高于生产误差的。精度愈高的扫描仪取得的数据愈可靠。

谁会需要进行逆向工程?

这些人的工作将会大量使用到逆向工程

包括但不限:

  • 产品设计师
  • 生产质量管控人员
  • 电影道具师
  • 艺术工作者
  • 科研人员
  • 军工企业

如何进行逆向工程? 具体流程是怎样的?

导入网格

逆向工程的第一步,往往是将点云或网格资料导入逆向工程软件/插件,使其成为我们建模的参考对象。在这之后,我们便称其为参考网格。

一张屏幕撷图展示三维逆向工程软件的多边形网格导入功能
一张屏幕撷图展示三维逆向工程软件的网格多边形选取功能

多边形选取

使用逆向工程软件/插件中的智能选取工具,选中参考网格上代表特定几何特征的多边形区域 (如图中的红色区域)。

创建几何特征

利用软件的特征辨识功能,在选中的区域上创建出与网格拟合的 CAD 特征如平面、圆柱体、球体或圆锥体等。

一张屏幕撷图展示三维逆向工程软件的几何特征创建功能
一张屏幕撷图展示三维逆向工程软件的网格对齐功能

对齐网格

利用创建出的特征 (如平面或圆柱) 与空间座标对齐,让网格处于摆正及对称的状态,以利后续建模的进行。

2D 草图

选中想要的截面,开始进行 2D 草图的绘制,并利用拉伸、旋转等指令创建出与网格表面贴合的 3D CAD 模型。

一张屏幕撷图展示三维逆向工程软件的 2D 草图功能
一张屏幕撷图展示三维逆向工程软件的剪裁功能

修剪

对绘制的 3D CAD 实体与曲面进行剪裁与布尔运算,进一步完善外形。

阵列

对工件上重覆出现的特征,进行阵列复制,以节省绘图工作量。

一张屏幕撷图展示三维逆向工程软件的阵列功能
一张屏幕撷图展示三维逆向工程软件的倒圆角/斜角功能

倒圆角/斜角

在工件的边缘导出圆角或斜角,并透过实时偏差分析工具确保其与参考网格能够拟合。

导出 CAD 模型

将完成的 3D CAD 导出为 STEP 或 IGES 格式供其他工业软件使用,以利后续的设计及加工。

一张屏幕撷图展示经三维逆向工程软件重构的 3D CAD 模型被导出至其他工业软件中的画面
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