数字化工程的设计、制造与检测

本资料起源数字化工程的设计、制造与检测第1页数字化工程:设计、制造和检测高健教授机电学院14April.数字化工程的设计、制造与检测第2页数字化工程

定义:

数字化工程普通是指在国家经济各个领域，应用数字化技术实施领域上、中、下游作业数字化运作，所需各种办法集合。数字化工程又是一门工程学科，包括领域数字化需求、领域数字化系统设计、建造、管理、运作、应用、评定、改进等方面基础和应用基础研究、和领域数字化人才培养和应用等。数字化工程是推进国家经济各个领域技术进步，建立当代化国家经济技术基础和产生先进技术源泉之一。数字化工程的设计、制造与检测第3页数字化技术数字化技术指是利用0和1两位数字编码，经过电子计算机、光缆、通信卫星等设备来表示、传输和处理全部信息技术。数字化技术普通包含数字编码、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关键，信息媒体有各种，如字符、声音、语言和图像等。数字化工程的设计、制造与检测第4页信息数字化技术 ----实际上是由一群高技术综合发展而实现。信息数字化技术包括到数字转换（表示）、存取、处理、传输、控制等一系列高技术。比如，提升信息存取能力微电子技术；提升信息传输能力光纤技术，提升信息变换能力光电技术；提升信息转换和控制能力计算机及其软件技术等等。数字化工程的设计、制造与检测第5页数字化技术优势数字化技术作为一个通用信息工程技术，含有技术优势:

这些重大技术优势给各个领域专业技术改造、革新提供了崭新伎俩。信噪比高传递可靠快速便于存放、提取和集成联网分辩率高表述精度高可编程处理处理快速数字化工程的设计、制造与检测第6页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重大制造技术革新，是先进制造技术关键，有辽阔应用前景。数字化工程的设计、制造与检测第7页数字化是制造技术创新伎俩

人类在20世纪取得了令人瞩目标制造技术成果，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。面对二十一世纪，制造技术一样受到可持续发展策略、知识经济、信息化数字化技术驱动，并将以新面貌出现在世人面前，也迫使制造技术人员思索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动力与空间，知识化是创新资源，数字化是创新伎俩，可视化是创新虚拟检验。数字化工程的设计、制造与检测第8页数字制造关键是产品数字模型----只有建立了适应产品全生命周期产品数字模型，并在数字制造每一个步骤都能够采取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，才能实现真正数字制造。数字化工程的设计、制造与检测第9页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----获取产品数字模型伎俩之一数字化工程的设计、制造与检测第10页坐标测量机

CMM

坐标测量机是一个大型精密三坐标测量仪器，能够对含有复杂形状工件空间尺寸进行测量。普通采取触发式接触测量头，一次采样只能获取一个点三维坐标值。主要优点是测量精度高，适应性强，但普通接触式测头测量效率低，而且对一些软质表面无法进行测量。

数字化工程的设计、制造与检测第11页CMMmachineMachinesinclude

Brown&Sharpe,CarlZeiss,ITP

数字化工程的设计、制造与检测第12页Machinesinclude:

Faro,Romer,Microscribe,Stinger

CMMArm数字化工程的设计、制造与检测第13页Laserscanner:Kreon,Roland,Renishaw,Nextec,Opton

CMM+Laser

数字化工程的设计、制造与检测第14页层析法

层析法是将研究零件原形填充后，采取逐层铣削和逐层光扫描相结合方法获取零件原形不一样位置截面内外轮廓数据，并将其组合起来取得零件三维数据。层析法优点在于任意形状，任意结构零件内外轮廓进行测量，但测量方式是破坏性。

数字化工程的设计、制造与检测第15页非接触式测量方法（1）

基于光学三角型原理激光扫描法(Laserscanner)这种测量方法依据光学三角型测量原理，以激光作为光源，其结构模式能够分为光点、单线条、多光条等，将其投射到被测物体表面，并采取光电敏感元件在另一位置接收激光反射能量，依据光点或光条在物体上成像偏移，经过被测物体基平面、像点、像距等之间关系计算物体深度信息。

数字化工程的设计、制造与检测第16页数字化工程的设计、制造与检测第17页LaserScannerMachinesinclude

3DScanners,Polhemus,Minolta,Perceptron,ScanTechnology

数字化工程的设计、制造与检测第18页非接触式测量方法（2）基于相位偏移测量原理莫尔条纹法(OpticalScanner)

这种测量方法将光栅条纹投射到被测物体表面，光栅条纹受物体表面形状调制，其条纹间相位关系会发生改变，用数字图像处理方法解析出光栅条纹图像相位改变量来获取被测物体表面三维信息。

数字化工程的设计、制造与检测第19页数字化工程的设计、制造与检测第20页

OpticalScanners

Breuckmann

GomAtosII数字化工程的设计、制造与检测第21页非接触式测量方法（3）基于工业CT断层扫描图像法

这种测量方法对被测物体进行断层截面扫描,以X射线衰减系数为依据，经处理重建断层截面图像，依据不一样位置断层图像可建立物体三维信息。该方法能够对被测物体内部结构和形状进行无损测量。该方法造价高，测量系统空间分辨率低，获取数据时间长，设备体积大。

数字化工程的设计、制造与检测第22页非接触式测量方法（4）立体视觉测量方法

依据同一个三维空间点在不一样空间位置两个（多个）摄象机拍摄图像中视差，以及摄象机之间位置空间几何关系来获取该点三维坐标值。立体视觉测量方法能够对处于两个（多个）摄象机共同视野内目标特征点进行测量，而无须伺服机构等扫描装置。立体视觉测量面临最大困难是空间特征点在多幅数字图象中提取与匹配精度与准确性等问题。

数字化工程的设计、制造与检测第23页非接触式测量方法（5）X-RayProvidesuniqueinsightsintotheinternalstructureofthetestobject.Usedfordifferencesofdensity,changeofmaterialormaterialfaultssuchaspores,cracks,inclusionsordelaminations数字化工程的设计、制造与检测第24页数字模型应用QualityControl(QC)ReverseEngineering(RE)RapidPrototyping(RP)andMilling(RM)3DVisualization数字化工程的设计、制造与检测第25页质量控制(QC)CAV(ComputerAidedVerification)ofaMobilePhoneHousingToolandMoldmakingcapturetheactualcontourofamoldcompensateshrinkagefrom"wrong"moldscompensatespringbackofthosepartsproductionprocessandremovalfromthemold.compensatethemoldsinproductionaresubjecttoabrasion.(模具加工过程中磨损)数字化工程的设计、制造与检测第26页数字化工程的设计、制造与检测第27页数字化工程的设计、制造与检测第28页CMM-basedInspection数字化工程的设计、制造与检测第29页数字化工程的设计、制造与检测第30页数字化工程的设计、制造与检测第31页数字化工程的设计、制造与检测第32页数字化工程的设计、制造与检测第33页ToolandMoldmakingVolkswagenAG数字化工程的设计、制造与检测第34页车边门数字化工程的设计、制造与检测第35页数字化工程的设计、制造与检测第36页数字化工程的设计、制造与检测第37页数字化工程的设计、制造与检测第38页反求工程（RE）在当代机械制造领域中，反求技术是针对现有三维实物（样品或模型），在没有技术文档情况下，利用三维数字化测量设备准确、快速测得轮廓几何数据，并加以建构、编辑、修改生成通用输出格式数字化模型，再送入通用CAD/CAM系统中，作深入处理，从而生成NC加工路径或RP所需模型截面轮廓数，最终复制出实物或其原型过程。

数字化工程的设计、制造与检测第39页基于反求工程产品设计与开发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:Polyworks,Imageware,Surfacer,Geomagic,Catia,freeform,Rapidform,以创新为目标再设计CAE分析数字化工程的设计、制造与检测第40页RE广泛应用CharlesBridgesculptures.StateinstitutefortheCareofHistoricalMonumentsinPraguewiththesupportoftheCzechMinistryofCulturebeganalong-termproject,monitoringtheCharlesBridgesculptures,in1999.TheCharlesBridge,datingfromthe14thcentury,isnotonlyasignificanthistoricalmonument,butalsoagalleryofbaroqueplastics(巴洛克时期艺术和建筑格调).

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