数字化工程的设计制造与检测

本资料来源数字化工程:设计、制造和检测高健教授机电学院14April.2005数字化工程

定义:

数字化工程一般是指在国家经济各个领域，应用数字化技术实施领域上、中、下游作业的数字化运作，所需各种措施的集合。数字化工程又是一门工程学科，涉及领域数字化需求、领域数字化系统设计、建造、管理、运作、应用、评估、改进等方面的基础和应用基础研究、和领域数字化人才的培养和应用等。数字化工程是推动国家经济各个领域技术进步，建立现代化国家经济的技术基础和产生先进技术的源泉之一。数字化技术数字化技术指的是运用0和1两位数字编码，通过电子计算机、光缆、通信卫星等设备来表达、传输和处理所有信息的技术。数字化技术一般包括数字编码、数字压缩、数字传输、数字调制与解调等技术。数字化技术是信息技术的核心，信息的媒体有多种，如字符、声音、语言和图像等。信息数字化技术 ----实际上是由一群高技术综合发展而实现的。信息数字化技术涉及到数字的转换（表达）、存取、处理、传输、控制等一系列高技术。例如，提高信息存取能力的微电子技术；提高信息传输能力的光纤技术，提高信息变换能力的光电技术；提高信息转换和控制能力的计算机及其软件技术等等。数字化技术优势数字化技术作为一种通用信息工程技术，具有的技术优势:

这些重大技术优势给各个领域专业技术的改造、革新提供了崭新的手段。信噪比高传递可靠迅速便于存储、提取和集成联网分辩率高表述精度高可编程处理处理迅速数字化制造技术数字化技术和各种专业技术相融合就形成了各种数字化专业技术，如数字化制造技术、数字化设计技术、数字化视听技术等。相对传统制造技术，数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术，且以制造工程科学为理论基础的重大的制造技术革新，是先进制造技术的核心，有广阔的应用前景。数字化是制造技术创新的手段

人类在20世纪取得了令人瞩目的制造技术成果，其中数控（NC）加工技术与生长型制造技术（或称可控添加材料制造，RPM）是两项突破性创新成果。面对21世纪，制造技术同样受到可持续发展策略、知识经济、信息化数字化技术的驱动，并将以新的面貌出现在世人面前，也迫使制造技术人员思考制造技术创新研究问题和创新策略：可持续发展是制造创新的动力与空间，知识化是创新的资源，数字化是创新的手段，可视化是创新的虚拟检验。

数字制造的核心是产品数字模型----只有建立了适应产品全生命周期的产品数字模型，并在数字制造的每一个环节都能够采用该模型进行数字设计、数字加工、数字装配、数字检测、数字维修和数字回收等，才能实现真正的数字制造。数字化测量技术接触式测量方式CMM(CoordinateMeasuringMachine)层析法

非接触式测量方式LaserOpticalCT(ComputerTomography)X-Ray----获取产品数字模型的手段之一坐标测量机机CMM坐标测量机机是一种大大型精密的的三坐标测测量仪器，，可以对具具有复杂形形状的工件件的空间尺尺寸进行测测量。一般采用触触发式接触触测量头，，一次采样样只能获取取一个点的的三维坐标标值。主要优点是是测量精度度高，适应应性强，但但一般接触触式测头测测量效率低低，而且对对一些软质质表面无法法进行测量量。CMMmachineMachinesincludeBrown&Sharpe,CarlZeiss,ITPMachinesinclude:

Faro,Romer,Microscribe,StingerCMMArmLaserscanner:Kreon,Roland,Renishaw,Nextec,OptonCMM+Laser层析法层析法是将将研究的零零件原形填填充后，采采用逐层铣铣削和逐层层光扫描相相结合的方方法获取零零件原形不不同位置截截面的内外外轮廓数据据，并将其其组合起来来获得零件件的三维数数据。层析法的优优点在于任任意形状，，任意结构构零件的内内外轮廓进进行测量，，但测量方方式是破坏坏性的。非接触式测测量方法（（1）基于光学三三角型原理理的激光扫扫描法(Laserscanner)这种测量方方法根据光光学三角型型测量原理理，以激光光作为光源源，其结构构模式可以以分为光点点、单线条条、多光条条等，将其其投射到被被测物体表表面，并采采用光电敏敏感元件在在另一位置置接收激光光的反射能能量，根据据光点或光光条在物体体上成像的的偏移，通通过被测物物体基平面面、像点、、像距等之之间的关系系计算物体体的深度信信息。LaserScannerMachinesinclude3DScanners,Polhemus,Minolta,Perceptron,ScanTechnology非接触式测测量方法（（2）基于相位偏偏移测量原原理的莫尔尔条纹法(OpticalScanner)这种测量方方法将光栅栅条纹投射射到被测物物体表面，，光栅条纹纹受物体表表面形状的的调制，其其条纹间的的相位关系系会发生变变化，用数数字图像处处理的方法法解析出光光栅条纹图图像的相位位变化量来来获取被测测物体表面面的三维信信息。

OpticalScannersBreuckmannGomAtosII非接触式测测量方法（（3）基于工业CT断层扫描图图像法这种测量方方法对被测测物体进行行断层截面面扫描,以X射线的衰减减系数为依依据，经处处理重建断断层截面图图像，根据据不同位置置的断层图图像可建立立物体的三三维信息。。该方法可以以对被测物物体内部的的结构和形形状进行无无损测量。。该方法造价价高，测量量系统的空空间分辨率率低，获取取数据时间间长，设备备体积大。。非接触式测测量方法（（4）立体视觉测测量方法根据同一个个三维空间间点在不同同空间位置置的两个（（多个）摄摄象机拍摄摄的图像中中的视差，，以及摄象象机之间位位置的空间间几何关系系来获取该该点的三维维坐标值。。立体视觉测测量方法可可以对处于于两个（多多个）摄象象机共同视视野内的目目标特征点点进行测量量，而无须须伺服机构构等扫描装装置。立体视觉测测量面临的的最大困难难是空间特特征点在多多幅数字图图象中提取取与匹配的的精度与准准确性等问问题。非接触式测测量方法（（5）X-RayProvidesuniqueinsightsintotheinternalstructureofthetestobject.Usedfordifferencesofdensity,changeofmaterialormaterialfaultssuchaspores,cracks,inclusionsordelaminations数字模型的的应用QualityControl(QC)ReverseEngineering(RE)RapidPrototyping(RP)andMilling(RM)3DVisualization质量控制(QC)CAV(ComputerAidedVerification)ofaMobilePhoneHousingToolandMoldmakingcapturetheactualcontourofamoldcompensateshrinkagefrom"wrong"pensatethemoldsinproductionaresubjecttoabrasion.(模具加工过过程中的磨磨损)CMM-basedInspectionToolandMoldmakingVolkswagenAG车的边门反求工程（（RE）在现代机械械制造领域域中，反求求技术是针针对现有三三维实物（（样品或模模型），在在没有技术术文档的情情况下，利利用三维数数字化测量量设备准确确、快速测测得轮廓的的几何数据据，并加以以建构、编编辑、修改改生成通用用输出格式式的数字化化模型，再再送入通用用CAD/CAM系统中，作作进一步的的处理，从从而生成NC加工路径或或RP所需的模型型截面轮廓廓数，最后后复制出实实物或其原原型的过程程。基于反求工工程的产品品设计与开开发CAD模型重建(曲面重构)数字化测量实物/样件凹凸模NC代码STL文件快速原型产品/模具反求工程软件件:Polyworks,Imageware,Surfacer,Geomagic,Catia,freeform,Rapidform,以创新为目的的的再设计CAE分析RE的广泛应用CharlesBridgesculptures.StateinstitutefortheCareofHistoricalMonumentsinPraguewiththesupportoftheCzechMinistryofCulturebeganalong-termproject,monitoringtheCharlesBridgesculptures,in1999.TheCharlesBridge,datingfromthe14thcentury,isnotonlyasignificanthistoricalmonument,butalsoagalleryofbaroqueplastics(巴洛克时期艺艺术和建筑风风格的).APerfectHelmetforFormula1SchuberthEngineeringAGinBraunschweig(=Brunswick),Germany,developsandmanufactureshigh-techhelmetsthatarealsopreferredbymanyFormula1teams.MichaelSchuma