逆向工程流程全解析

逆向工程是什麼?

 

傳統產品的開發流程從 “市場需求”、“產品發想”、據此“建立產品的工程圖後”開模”、 “驗證” 再 “轉換成產品” 的一系列過程;逆向工程(Reverse Engineering)的概念則相反,它是將既有的產品轉化回可編輯工程圖的技術。逆向工程是分析優秀產品設計的應用技術,主要目的在改善技術、提高生產效率、增強競爭力,在還原的基礎上進行二次創新。逆向工程技術為產品的改善設計提供了方便的途徑借助3D掃描及軟體,在已有產品的基礎上研發設計新產品,縮短開發週期,進而拉近與領先企業的技術差距。

 

為什麼要做逆向工程?

由於3D掃描得到的檔案並非工程圖,是由大量的網格資料所組成的立體圖形(三角網格檔,.stl格式檔案)無法直接進行開模,因此需要按照網格資料擷取特徵將其還原為可編輯工程圖。

 

逆向工程流程

逆向工程首先要將需要分析的物件進行3D掃描,掃描完成後將檔案導入至逆向工程專用的軟體視需求將其還原回原始的工程圖,並在此基礎下分析、最後進行二次設計。其中3D掃描到還原工程圖是逆向工程中最為關鍵的技術。本示範使用EinScan-SP桌上型3D掃描器進行3D掃描,Geomagic Essentials逆向軟體進行逆向截取特徵,Solidedge Shining3D Edition進行工程圖還原。

 

延伸閱讀:
淺談3D掃描分類
3D掃描應用及其潛力
光學式3D掃描流程解析

 

逆向工程流程圖

3D掃描

 

首先將要進行還原的模型擺上掃描器轉台。確定掃描過程中物件不晃動,周圍無強光且環境光穩定。

 

掃描物件

 

掃描過程物件穩定不晃動,無強光直射

 

新建工程

 

掃描前需先新建工程,掃描軟體會在指定路徑生成資料夾,掃描過程中產生的暫存檔案均會在保存在這個資料夾中。建議建立團隊成員都能理解的專案名稱方便日後想把工程叫回來時可以快速找到需要的工程檔案(格式.prj)。

新建工程畫面

 

掃描

 

進入掃描畫面後首先觀察螢幕左上方相機畫面調整曝光值,曝光值太高或太低都有可能影響到掃描資料的完整度。建議調整被掃描物件上至微微泛紅光為最佳。曝光值調整完成後即可點選右邊工具列 “掃描” 按鈕進行3D掃描。

掃描畫面

 

點選掃描按鈕後,轉台將自動旋轉一圈同時在指定角度進行掃描(預設為45度)。掃描得到的資料將會自動進行對位拼接。第一圈完成後可以掃描結果將物件反放,或使用黏土等改變物件擺放角度後接著進行第二圈掃描,掃描軟體會自動將已掃到的資料與後續掃描資料進行拼接。

 

掃描完成進行封裝

 

待物件掃描完成後點選工具列 “封裝” 按鈕,將點資料進行封裝。(Geomagic Essential可編輯點資料,也可輸出點資料檔案 “.asc” 至Essentials處理。)

 

封裝

 

3D掃描的原始檔為點資料,一般的軟體無法讀取並編輯。點選 “非封閉封裝” 將資料封裝為三角網格面後進入後處理功能頁面。

 

封裝完成後進入後處理畫面

 

簡化

 

3D掃描檔案容量普遍很大,若直接將其導入工程軟體處理起來會非常花時間,且容易當機,建議將檔案簡化至20Mb以下方便後續作業。點擊畫面右側的 “簡化” 按鈕,畫面左上方跳出簡化窗格,拉動拉桿將檔案容量減少至20Mb以下。

 

簡化窗格

儲存檔案

簡化完成後點選儲存檔案。再跳出的窗格中輸入路徑及需要的檔案格式後點選保存,將掃描完成的檔案輸出。

儲存窗口

延伸閱讀:
EinScan-SP 新版軟體操作說明

 

Geomagic Essentials

 

網格優化

 

將掃描圖檔導入Geomagic Essentials,軟體將自動提示是否進行網格優化。

網格優化後效果

 

世界座標對齊

 

剛完成3D掃描的檔案與世界座標不是對齊的,沒有對齊的檔案處理起來相當的麻煩,若將其直接將檔案輸出到建模軟體裡會發生掃描檔案飄在立體空間某一處的狀況。因此在進行逆向工程時第一步是將掃描物件的座標系與世界座標進行對齊。在對齊前會需要在掃描物件上創建幾個特徵,利用這些特徵來跟世界座標做對齊。

 

擷取平面特徵

利用平面擬合功能創建出要與世界座標XY、YZ、XZ平面約束的三個面,同時利用這三個面擷取出相交的點用來約束世界座標原點(0,0,0)。

 

世界座標對齊

 

擷取特徵

 

利用Geomagic Essentials自動擷取特徵的功能進行特徵擷取。各特徵將會以不同的顏色自動區分。

 

自動擷取特徵

 

特徵擷取後效果

 

Essentials自動擷取出包括平面、球體、錐體、圓柱體後將這些特徵輸出STEP、IGES檔案後導入SolidEdge。

 

SolidEdge Shining3D Edition

 

還原工程圖

 

首先整理模型主結構的外觀平面,將其餘特徵隱藏,利用Solidedge “結合曲面” > “相交”功能將多餘的邊進行切除。

 

將其餘特徵隱藏

 

相交選項選擇 “建立設計體”後,Solidedge會自動計算並生成一個由這些平面組成的實體。請注意平面需要相交成封閉狀態否則會出現錯誤。可以使用 “修改曲面”> “延伸” 功能將邊延伸使其相交。

 

自動計算後的實體

 

接著打開其他特徵。

 

將擷取的特徵進行布林處理

 

依造掃描圖檔將各個特徵進行相加(或相減)的布林運算處理。處理完成後接著進行包括倒角等的細部修整後即完成此樣品的逆向還原。

 

逆向還原完成後效果

 

比對分析

 

利用SolidEdge的偏差分析功能,將逆向還原的工程圖與3D掃描的圖檔進行比對。點選 “逆向工程” > “偏差分析”,後分別指定工程及掃描圖檔,SolidEdge即自動比對運算出色差比對圖。綠色代表逆向還原的圖檔在公差範圍內,越往上公差越大。

 

偏差分析

 

點擊工具列上 “顯示最大及最小偏差” 功能,工作畫面中自動顯示最大及最小偏差的位置及值。點擊 “偏差分析結果”,畫面跳出偏差分析報告跳出逆向還原後的工程圖及3D掃描的偏差值。

 

偏差分析結果

 

以上為3D掃描至逆向還原的基礎流程,若有興趣深入了解與我們聯絡。