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

在最近的一次登月任务中，宇航员打碎了月球车的挡泥板。起初，勇敢的探险者们认为他们并不需要这个挡泥板，于是他们驾驶着这辆微型飞行器在环形山和细沟中穿梭——其间，他们被月球的尘埃所覆盖。由于月球上没有月球车零件商店，而返回地球获取一个新的零件似乎不太可行，宇航员们就用笔记本和一些随机的夹子做了一个新的保险杠。的修复工作。

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，这是第一个在太空中生产的工具。从那时起，增材制造设施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。宇航员已经收到了小型卫星的数字化模型，为卫星打印电子电路，3D打印卫星发射到太空。

地球和太空中的逆向工程

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一个组件、组件或产品。通过逆向工程，一个工程师团队可以:

设计、开发和制造新的部件或组件
构建由原始设备制造商(OEM)生产的组件或组件的新数字模型
重新构建并替换不再存在的遗留组件
复制工件
识别组件的组成部分
确保部件符合质量和公差标准
维护外观设计专利。

逆向工程的一些最重要的好处可以是为那些看起来无法解决的问题、代价高昂的错误或无休止的供应商淘汰找到解决方案。

利用现有机械零件进行逆向工程

在对现有的机械部件进行实际的再设计之前，先建立一个基本的项目管理程序确定工程项目的范围和参数。例程考虑了项目的目的、市场、设计目标、约束条件和功能细节。参与再工程项目的设计团队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是如何生产该产品的，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，以及总体系统设计的概述。任何产品测试都应该披露产品在不同环境下的表现、耐久性问题以及原始制造商如何看待人体工程学。

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的文档，提供测量系统，并列出可能的约束条件。设计目标应该包括形式、功能和材料。设计团队审查逆向工程的机械部件时，应该列出材料、部件、程序集以及任何升级结果。

逆向工程逆向设计过程

逆向工程过程的流动方向与典型设计过程相反，产品设计规范作为过程的端点。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，生成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为多边形模型，保留了原始部分的形状和准确性。

镜头与照明的图像

你可能不会用你的手机摄像头来捕捉这些类型的数据。

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使用计算机辅助设计和工程软件，并符合初始图形交换规范(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式图形标准(PHIGS)。每个NURBS曲面或曲线表示由控制点建立的简单几何形状。

在细化和转换形状后，软件将图像输出到计算机辅助绘图(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2D基于矢量的图纸允许工程师选择最佳的概念设计，并绕过物理原型的使用。

从大型物品(如飞机或火箭助推器)上捕捉数据通过摄影测量法进行，或者通过数码单反相机(DSLR)拍摄的照片捕捉数据。摄影测量数据的输出可以采取地图、测量、或三维模型．摄影测量使用由多个数字图像定义的参考点。精确的3D扫描系统利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的信息为测试奠定了基础。逆向工程机械零件的偏差分析可以对原始设计和新设计进行精确的逐点比较。该分析可以检测到部件、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逆向工程产品将满足或超过性能目标。