數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測

本資料起源數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第1頁數(shù)字化工程:設(shè)計(jì)、制造和檢測高健教授機(jī)電學(xué)院14April.數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第2頁數(shù)字化工程

定義:

數(shù)字化工程普通是指在國家經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)實(shí)施領(lǐng)域上、中、下游作業(yè)數(shù)字化運(yùn)作，所需各種辦法集合。數(shù)字化工程又是一門工程學(xué)科，包括領(lǐng)域數(shù)字化需求、領(lǐng)域數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造、管理、運(yùn)作、應(yīng)用、評(píng)定、改進(jìn)等方面基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、和領(lǐng)域數(shù)字化人才培養(yǎng)和應(yīng)用等。數(shù)字化工程是推進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步，建立當(dāng)代化國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)生先進(jìn)技術(shù)源泉之一。數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第3頁數(shù)字化技術(shù)數(shù)字化技術(shù)指是利用0和1兩位數(shù)字編碼，經(jīng)過電子計(jì)算機(jī)、光纜、通信衛(wèi)星等設(shè)備來表示、傳輸和處理全部信息技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)普通包含數(shù)字編碼、數(shù)字壓縮、數(shù)字傳輸、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)等技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)是信息技術(shù)關(guān)鍵，信息媒體有各種，如字符、聲音、語言和圖像等。數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第4頁信息數(shù)字化技術(shù) ----實(shí)際上是由一群高技術(shù)綜合發(fā)展而實(shí)現(xiàn)。信息數(shù)字化技術(shù)包括到數(shù)字轉(zhuǎn)換（表示）、存取、處理、傳輸、控制等一系列高技術(shù)。比如，提升信息存取能力微電子技術(shù)；提升信息傳輸能力光纖技術(shù)，提升信息變換能力光電技術(shù)；提升信息轉(zhuǎn)換和控制能力計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)等等。數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第5頁數(shù)字化技術(shù)優(yōu)勢(shì)數(shù)字化技術(shù)作為一個(gè)通用信息工程技術(shù)，含有技術(shù)優(yōu)勢(shì):

這些重大技術(shù)優(yōu)勢(shì)給各個(gè)領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)改造、革新提供了嶄新伎倆。信噪比高傳遞可靠快速便于存放、提取和集成聯(lián)網(wǎng)分辯率高表述精度高可編程處理處理快速數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第6頁數(shù)字化制造技術(shù)數(shù)字化技術(shù)和各種專業(yè)技術(shù)相融合就形成了各種數(shù)字化專業(yè)技術(shù)，如數(shù)字化制造技術(shù)、數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)字化視聽技術(shù)等。相對(duì)傳統(tǒng)制造技術(shù)，數(shù)字化制造技術(shù)是一項(xiàng)融合數(shù)字化技術(shù)和制造技術(shù)，且以制造工程科學(xué)為理論基礎(chǔ)重大制造技術(shù)革新，是先進(jìn)制造技術(shù)關(guān)鍵，有遼闊應(yīng)用前景。數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第7頁數(shù)字化是制造技術(shù)創(chuàng)新伎倆

人類在20世紀(jì)取得了令人矚目標(biāo)制造技術(shù)成果，其中數(shù)控（NC）加工技術(shù)與生長型制造技術(shù)（或稱可控添加材料制造，RPM）是兩項(xiàng)突破性創(chuàng)新成果。面對(duì)二十一世紀(jì)，制造技術(shù)一樣受到可持續(xù)發(fā)展策略、知識(shí)經(jīng)濟(jì)、信息化數(shù)字化技術(shù)驅(qū)動(dòng)，并將以新面貌出現(xiàn)在世人面前，也迫使制造技術(shù)人員思索制造技術(shù)創(chuàng)新研究問題和創(chuàng)新策略：可持續(xù)發(fā)展是制造創(chuàng)新動(dòng)力與空間，知識(shí)化是創(chuàng)新資源，數(shù)字化是創(chuàng)新伎倆，可視化是創(chuàng)新虛擬檢驗(yàn)。數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第8頁數(shù)字制造關(guān)鍵是產(chǎn)品數(shù)字模型----只有建立了適應(yīng)產(chǎn)品全生命周期產(chǎn)品數(shù)字模型，并在數(shù)字制造每一個(gè)步驟都能夠采取該模型進(jìn)行數(shù)字設(shè)計(jì)、數(shù)字加工、數(shù)字裝配、數(shù)字檢測、數(shù)字維修和數(shù)字回收等，才能實(shí)現(xiàn)真正數(shù)字制造。數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第9頁數(shù)字化測量技術(shù)接觸式測量方式CMM(CoordinateMeasuringMachine)層析法

非接觸式測量方式LaserOpticalCT(ComputerTomography)X-Ray----獲取產(chǎn)品數(shù)字模型伎倆之一數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第10頁坐標(biāo)測量機(jī)

CMM

坐標(biāo)測量機(jī)是一個(gè)大型精密三坐標(biāo)測量儀器，能夠?qū)袕?fù)雜形狀工件空間尺寸進(jìn)行測量。普通采取觸發(fā)式接觸測量頭，一次采樣只能獲取一個(gè)點(diǎn)三維坐標(biāo)值。主要優(yōu)點(diǎn)是測量精度高，適應(yīng)性強(qiáng)，但普通接觸式測頭測量效率低，而且對(duì)一些軟質(zhì)表面無法進(jìn)行測量。

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第11頁CMMmachineMachinesinclude

Brown&Sharpe,CarlZeiss,ITP

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第12頁Machinesinclude:

Faro,Romer,Microscribe,Stinger

CMMArm數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第13頁Laserscanner:Kreon,Roland,Renishaw,Nextec,Opton

CMM+Laser

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第14頁層析法

層析法是將研究零件原形填充后，采取逐層銑削和逐層光掃描相結(jié)合方法獲取零件原形不一樣位置截面內(nèi)外輪廓數(shù)據(jù)，并將其組合起來取得零件三維數(shù)據(jù)。層析法優(yōu)點(diǎn)在于任意形狀，任意結(jié)構(gòu)零件內(nèi)外輪廓進(jìn)行測量，但測量方式是破壞性。

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第15頁非接觸式測量方法（1）

基于光學(xué)三角型原理激光掃描法(Laserscanner)這種測量方法依據(jù)光學(xué)三角型測量原理，以激光作為光源，其結(jié)構(gòu)模式能夠分為光點(diǎn)、單線條、多光條等，將其投射到被測物體表面，并采取光電敏感元件在另一位置接收激光反射能量，依據(jù)光點(diǎn)或光條在物體上成像偏移，經(jīng)過被測物體基平面、像點(diǎn)、像距等之間關(guān)系計(jì)算物體深度信息。

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第16頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第17頁LaserScannerMachinesinclude

3DScanners,Polhemus,Minolta,Perceptron,ScanTechnology

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第18頁非接觸式測量方法（2）基于相位偏移測量原理莫爾條紋法(OpticalScanner)

這種測量方法將光柵條紋投射到被測物體表面，光柵條紋受物體表面形狀調(diào)制，其條紋間相位關(guān)系會(huì)發(fā)生改變，用數(shù)字圖像處理方法解析出光柵條紋圖像相位改變量來獲取被測物體表面三維信息。

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第19頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第20頁

OpticalScanners

Breuckmann

GomAtosII數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第21頁非接觸式測量方法（3）基于工業(yè)CT斷層掃描圖像法

這種測量方法對(duì)被測物體進(jìn)行斷層截面掃描,以X射線衰減系數(shù)為依據(jù)，經(jīng)處理重建斷層截面圖像，依據(jù)不一樣位置斷層圖像可建立物體三維信息。該方法能夠?qū)Ρ粶y物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行無損測量。該方法造價(jià)高，測量系統(tǒng)空間分辨率低，獲取數(shù)據(jù)時(shí)間長，設(shè)備體積大。

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第22頁非接觸式測量方法（4）立體視覺測量方法

依據(jù)同一個(gè)三維空間點(diǎn)在不一樣空間位置兩個(gè)（多個(gè)）攝象機(jī)拍攝圖像中視差，以及攝象機(jī)之間位置空間幾何關(guān)系來獲取該點(diǎn)三維坐標(biāo)值。立體視覺測量方法能夠?qū)μ幱趦蓚€(gè)（多個(gè)）攝象機(jī)共同視野內(nèi)目標(biāo)特征點(diǎn)進(jìn)行測量，而無須伺服機(jī)構(gòu)等掃描裝置。立體視覺測量面臨最大困難是空間特征點(diǎn)在多幅數(shù)字圖象中提取與匹配精度與準(zhǔn)確性等問題。

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第23頁非接觸式測量方法（5）X-RayProvidesuniqueinsightsintotheinternalstructureofthetestobject.Usedfordifferencesofdensity,changeofmaterialormaterialfaultssuchaspores,cracks,inclusionsordelaminations數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第24頁數(shù)字模型應(yīng)用QualityControl(QC)ReverseEngineering(RE)RapidPrototyping(RP)andMilling(RM)3DVisualization數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第25頁質(zhì)量控制(QC)CAV(ComputerAidedVerification)ofaMobilePhoneHousingToolandMoldmakingcapturetheactualcontourofamoldcompensateshrinkagefrom"wrong"moldscompensatespringbackofthosepartsproductionprocessandremovalfromthemold.compensatethemoldsinproductionaresubjecttoabrasion.(模具加工過程中磨損)數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第26頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第27頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第28頁CMM-basedInspection數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第29頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第30頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第31頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第32頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第33頁ToolandMoldmakingVolkswagenAG數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第34頁車邊門數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第35頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第36頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第37頁數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第38頁反求工程（RE）在當(dāng)代機(jī)械制造領(lǐng)域中，反求技術(shù)是針對(duì)現(xiàn)有三維實(shí)物（樣品或模型），在沒有技術(shù)文檔情況下，利用三維數(shù)字化測量設(shè)備準(zhǔn)確、快速測得輪廓幾何數(shù)據(jù)，并加以建構(gòu)、編輯、修改生成通用輸出格式數(shù)字化模型，再送入通用CAD/CAM系統(tǒng)中，作深入處理，從而生成NC加工路徑或RP所需模型截面輪廓數(shù)，最終復(fù)制出實(shí)物或其原型過程。

數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第39頁基于反求工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)CAD模型重建(曲面重構(gòu))數(shù)字化測量實(shí)物/樣件凹凸模NC代碼STL文件快速原型產(chǎn)品/模具反求工程軟件:Polyworks,Imageware,Surfacer,Geomagic,Catia,freeform,Rapidform,以創(chuàng)新為目標(biāo)再設(shè)計(jì)CAE分析數(shù)字化工程的設(shè)計(jì)、制造與檢測第40頁RE廣泛應(yīng)用CharlesBridgesculptures.StateinstitutefortheCareofHistoricalMonumentsinPraguewiththesupportoftheCzechMinistryofCulturebeganalong-termproject,monitoringtheCharlesBridgesculptures,in1999.TheCharlesBridge,datingfromthe14thcentury,isnotonlyasignificanthistoricalmonument,butalsoagalleryofbaroqueplastics(巴洛克時(shí)期藝術(shù)和建筑格調(diào)).

APerfectHelmetforFormula1SchuberthEngineeringAGinBraunschweig(=Brunswick),Germany,developsandmanufactureshigh-techhelmetsthatarealsopreferredbymanyFormula1teams.MichaelSchumacher,RubensBarrichello,Ralf