Fraunhofer IPK弗劳恩霍夫：逆向工程｜3D扫描 几何搜索=高效识别
Fraunhofer IPK是德国弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer）的分支研究所之一，生产设备与设计技术研究所。弗劳恩霍夫应用研究促进协会（Fraunhofer）是欧洲最大的应用科研机构，为工业界，服务业及政府的公共管理提供应用研究服务。
Fraunhofer每年的科研经费达22亿欧元，下设66个研究所，遍布德国40个城市，每个所的研究重点不尽相同，但总体可分为7大领域：1、信息与通讯技术；2、生命科学；3、微电子；4、光学与表面；5、生产；6、材料；7、国防与安全。
在之前结束的奥格斯堡工业论坛（Augsburg Industry Forum）中，来自Fraunhofer IPK的Hendrik Grosser先生做了名为“通过3D扫描和几何搜索识别组件中的单个零件”的主题演讲，内容上聚焦于三维扫描与几何搜索技术在逆向工程中的运用，我们将演讲内容及其幻灯文件分享于此，以飨读者。
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Fraunhofer IPK的介绍
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三维模型的运用
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项目研发与应用场景
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测试情况与结果
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应用前景展望
作为同一屋檐下的两家机构，Fraunhofer IPK和柏林工业大学的生产工程专业有着对应关系。生产工程专业所有的课程都在柏林工业大学机械学院下属的数控机床及工厂运营系（IWF），IWF和Fraunhofer IPK同在一所大楼，大部分专业方向由同一个教授负责。很多时候同一个教授带领两个团队，一个隶属于大学IWF，一个隶属于Fraunhofer IPK。
虚拟产品研究部门主要聚焦于以下各领域：
1. 产品开发方法与流程研究：产品研发过程及其所属流程在方法与组织方面的分析。
2. 产品建模与功能验证：产品特性和特征建模（需求、结构、功能、几何生成，包括处理和修复和数据质量等）
3. 与虚拟原型的直观交互：为产品创建中的各种场景和参与者（开发人员、设计师、经理、分析师等）提供相关的信息支持
4. 产品研发数据管理：收集、管理、处理和提供在产品生命周期中生成并用于产品创建的信息。
5. 数字化制造管理和工厂流程规划：在产品研发背景下，对制造过程特征和特性（产品、制造/装配过程、设备、工厂布局等）进行建模，并根据具体目标审查每个生产过程
聚焦应用于逆向工程的三维扫描数据处理
应用领域
检查（3D测量、偏差分析）
备件生产（例如快速制造）
重新设计
质量控制（偏差分析）
遇到的挑战
3D模型不可用或不代表实际产品状况
缺少产品文档（BOM、产品结构、电气计划、维护历史）
缺乏逆向工程过程的标准规范
行为与解决方案
机电产品逆向工程的过程和软件开发
自动分析和处理几何图形
3D扫描技术使用研究
最初的状态 – 针对三维模型的需求
不断提高的维护需求
关键技术数据的缺乏
OEM厂商对信息的保留以及对其技术的保护考量
服务提供商无法提供准确的模型、BOM、电气计划和其他技术说明
产品的实际状态通常是未知的
标准化程度低，人工工作量大
需要长期积累的技术经验
工作流程中自动化程度较低
解决方案：三维搜索与逆向工程
检视 – 偏差分析 与 MRO计划
质量控制 – 外购件检验
再制造/翻新 – 几何模型的修改 以及 现有结构设计的迭代
生产 & 制造 – 备件的生产加工 与 报废管理
涉及行业 -涡轮机械、运输、工业生产、机加工、发动机
逆向工程所遇到的挑战
选择恰当的技术手段
三维扫描仪的运用
复杂的后处理软件
减少现场拆卸工作量
零件的逐个现场三维扫描
零件的准确标识与标记
零部件的结构标识
PDM系统中对零部件属性的配置与变更管理
从扫描到制造过程的标准化过程（CAD/CAM）
参数的自动化定义
几何体的评估定论
电气工程的重构
自动化程度低，人工干预度高
实际RE过程错误多发
基于数字化环境的MRO流程 – COSDIMRO项目
MRO: MRO是Maintenance, Repair & Operations 的缩写。即：Maintenance维护、Repair维修、Operation运行。
内容
开发用于自动生成复杂机器和设施三维装配模型的逆向工程过程
通过MRO规划和援助系统的信息技术促进3D模型的后续使用
挑战
MRO计划需要一个耗时的诊断过程，尤其是在产品状态未知的情况下
由于不存在或未更新产品模型，自动化潜力受限
解决方案
产品三维扫描
分离三维数字化模型的各组成部分
推导产品结构
实现IT系统的数据兼容性
装配体零部件的数字化过程 – COSDIMRO
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开发和原型实施RE方法，以有效支持MRO流程
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复杂产品和设施数字模型的半自动生成
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零件和组件及其关系的标识
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PLM和MRO计划和辅助系统的后续处理
细分结果
零部件识别
产品结构推导
细分的单体零部件被利用PARTsolutions进行几何搜索与归类，最终形成零部件识别数据集，继而进行产品结构的推导。
机械结构生成器的实现
装配体导入（STL格式的单体零部件模型）
用图论方法进行单个零件的接触分析
产品结构建议
人工重设的可行性分析
通过集成的GUI提供可视化用户支持
结合三维扫描利用几何搜索技术进行模型数据识别的应用场景
检视 – 执行偏差分析
翻新 – 表面处理及恢复产品原始状态
备件应用 – 三维扫描实现恰当备件的选择
设计迭代 – 自动生成原始装配模型 & 精确装配迭代零部件
准备阶段 – 实施阶段
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使用PARTsolutions创建零组件数据中心
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为8台交流发电机部件进行光学扫描
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几何搜索可识别表面缺损零部件
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提高几何搜索的质量与性能
❖针对特定几何特性和3D扫描数据质量级别的几何搜索的优势/劣势分析
❖搜索算法的具体改进（可能直接在点云中搜索）
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三维扫描零件的自动几何搜索
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将PARTsolutions集成到逆向工程过程中，以自动生成CAD装配模型
源 自 德 国
服 务 中 国
30年来PARTsolutions作为制造业信息化领域的软件解决方案，已成功部署和应用于国内外众多工业巨头，涵盖航天、防务、造船、轨道交通、自动化、能源、商用车、医药、冶金、化工、建筑、智能设备领域。
