美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）艾姆斯研究中心（加利福尼亞州莫菲特場(chǎng)）需要重新設(shè)計(jì)其系統(tǒng)集成評(píng)估遠(yuǎn)程研究飛機(jī)（SIERRA）的發(fā)動(dòng)機(jī)罩，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)阻力、改進(jìn)燃油經(jīng)濟(jì)性。SIERRA是一種無人駕駛飛機(jī)（UAV），用于完成邊遠(yuǎn)地區(qū)的日常環(huán)境數(shù)據(jù)收集任務(wù)。為設(shè)計(jì)出更符合空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩，NASA需要一種準(zhǔn)確的三維CAD模型，其中包括發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)罩安裝規(guī)格。由于SIERRA的發(fā)動(dòng)機(jī)是一種現(xiàn)成組裝集成產(chǎn)品，這種三維CAD模型過去并不存在。
NASA的工程師估計(jì)，采用傳統(tǒng)方法構(gòu)建三維CAD模型需要500個(gè)小時(shí)。這一過程十分繁瑣耗時(shí)，包括拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)、手動(dòng)測(cè)量各個(gè)部件，以及重建幾何CAD模型。由于原始部件測(cè)量的缺失或不準(zhǔn)確，建模過程通常需要多次反復(fù)進(jìn)行。 SIERRA無人駕駛飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)總成
為了加快設(shè)計(jì)過程，NASA與MACHT3 Engineering公司進(jìn)行了合作，該公司專門從事三維實(shí)體建模、有限元分析和機(jī)械設(shè)計(jì)。通過三維激光掃描儀RANGE7和Rapidform XOR軟件，MACH-T3對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了逆向工程設(shè)計(jì)，只花了NASA預(yù)估時(shí)間的一小部分就完成了任務(wù)。
憑借RANGE7能夠直接掃描金屬光澤表面，工程師可以在無需噴涂的條件下直接掃描發(fā)動(dòng)機(jī)獲得其高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以幫助其從現(xiàn)有部件生成CAD模型。MACH-T3采用了三維激光掃描儀捕獲原始掃描數(shù)據(jù)，并用Rapidform XOR將獲取的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成參數(shù)化CAD模型。
Rapidform
提取后的實(shí)體模型
由于表面質(zhì)地、顏色的差異，以及視線受阻的影響，光學(xué)三維掃描儀通常無法捕獲所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)并呈現(xiàn)完整掃描結(jié)果。 Rapidform可以識(shí)別幾何形狀，擬合功能使工程師能夠提取模型信息，即便在掃描數(shù)據(jù)缺失的情況下也不例外.這可以簡(jiǎn)化掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)至CAD實(shí)體模型的轉(zhuǎn)換過程，從而節(jié)省時(shí)間，提高準(zhǔn)確性。
雖然掃描儀無法捕獲SIERRA的完整發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)， 但是通過Rapidform強(qiáng)大的擬合功能，就可以實(shí)現(xiàn)用部分?jǐn)?shù)據(jù)去還原整體，來獲得SIERRA的一個(gè)完整CAD實(shí)體模型。
實(shí)際部件不可能全面無瑕，因此，工程師有權(quán)選擇盡量忠于掃描結(jié)果，做出不全面的設(shè)計(jì)，或是基于掃描結(jié)果，構(gòu)建理想化模型。 例如SIERRA發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器。 由于鑄造過程存在副產(chǎn)物，散熱片幾乎不可能均勻分布。 構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)CAD模型時(shí)，工程師需要決定保持散熱片不均勻分布，還是構(gòu)建均勻分布的理想化模型。
工程師花了50個(gè)小時(shí)（而非500小時(shí)）完成了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)罩重新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，因此通過三維掃描儀RANGE7和Rapidform XOR軟件，MACH-T3團(tuán)隊(duì)只用了傳統(tǒng)方法10%的時(shí)間就順利完成任務(wù)。