VDI 5620-2017 Reverse engineering of geometrical data.pdf

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1、ICS 35.140, 35.240.10 VDI-RICHTLINIEN Mrz 2017 March 2017 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Reverse Engineering von Geometriedaten Reverse engineering of geometrical data VDI 5620 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this

2、 standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP) Fachbereich Informationstechik VDI-Handbuch Produktentwicklung und Konstruktion VDI/VDE-Handbuch Automatisierungstechnik VDI-Handbuch I

3、nformationstechnik, Band 1: Angewandte Informationstechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:VDI5620Blatt1:2015-08Entwurf, deutschFormeredition:VDI5620 Part1:2015-08 Draft,in German onlyZu beziehen durch /Availabl

4、e atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2017Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Begriffe 5 3 3-D-Datenerfassung 8 3.1 Anforderungsanalyse . 9 3.2 Verfahren fr die 3-D-Datener

5、fassung . 12 3.3 Einsatzbereiche der vorgestellten Digitalisierungsverfahren . 18 3.4 Automatisierungsmglichkeiten und zuknftige Entwicklungen . 20 4 Postprocessing . 22 4.1 Datenaufbereitung 22 4.2 Flchenrckfhrung . 25 4.3 Datenformate 28 5 Datenfusion und Registrierung . 30 5.1 Durchfhrung der Dat

6、enfusion 30 5.2 Datenregistrierung 31 6 Datenmanagement 34 6.1 Verwaltung generierter Daten 34 6.2 Auswirkung von Reverse Engineering auf Produkt- und Konfigurationsdaten . 35 6.3 Gestaltung von Reverse Engineering Workflows und Kollaboration . 37 7 Anwendungsfelder 37 7.1 Inspektion und Qualittssic

7、herung . 37 7.2 Fertigung 38 7.3 Aufarbeitung 39 7.4 Engineering 39 7.5 Fabrik- und Produktionsplanung 40 8 Rechtslage . 40 Anhang Anwendungsbeispiele . 41 A1 Datenfusion 41 A2 Inspektion und Qualittssicherung . 45 A3 Aufarbeitung 49 A4 Engineering 53 Schrifttum 60 Preliminary note . 2 Introduction

8、2 1 Scope . 3 2 Terms and definitions 5 3 3D data capture . 8 3.1 Requirements analysis . 9 3.2 Methods for 3D data capture . 12 3.3 Fields of application of the digitization methods presented . 18 3.4 Automation options and future developments . 20 4 Postprocessing . 22 4.1 Data preparation 22 4.2

9、Reverse engineering of surfaces 25 4.3 Data formats 28 5 Data fusion and registration 30 5.1 Performing data fusion 30 5.2 Data registration 31 6 Data management . 34 6.1 Administration of generated data . 34 6.2 Effects of reverse engineering on product and configuration data 35 6.3 Designing of re

10、verse engineering workflows and collaboration . 37 7 Fields of application . 37 7.1 Inspection and quality assurance . 37 7.2 Manufacture . 38 7.3 Reconditioning . 39 7.4 Engineering 39 7.5 Factory and production planning . 40 8 Legal situation 40 Annex Example applications . 41 A1 Data fusion . 41

11、A2 Inspection and quality assurance . 45 A3 Reconditioning . 49 A4 Engineering 53 Bibliography 60B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04 2 VDI 5620 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.

12、V., Dsseldorf 2017 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sin

13、d vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Lis

14、te der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/5620. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those

15、 of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in

16、the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/5620. Einleitung Mit Reverse Engineering von Geometriedaten“ wird in dieser Richtlinie allgeme

17、in der Prozess zur dreidimensionalen digitalen Rekonstruktion der Ist-geometrie von physisch existierenden Bauteilen und Anlagen fr industrielle Anwendungen be-zeichnet. Dabei werden die 3-D-Daten je nach Anwendungsfall so weit wie ntig aufbereitet, so-dass sie den jeweiligen Anwendungsfeldern gen-g

18、en (siehe Abschnitt 8). Diese Geometriedaten stehen in Bezug zu einer Referenzgeometrie (Soll-geometrie) und werden in Form eines Benchmar-kings hinsichtlich der geometrischen Abweichun-gen beurteilt. Die Daten werden entweder mit opti-schen (z. B. Laserlicht), durchdringenden (z. B. Rntgenstrahlen)

19、 oder taktilen Verfahren erhoben (siehe Abschnitt 4). Eine detaillierte Erluterung der einzelnen Teilprozesse erfolgt in Abschnitt 5. Diese Richtlinie gibt Hilfestellung fr die 3-D-Datenerfassung und -verarbeitung sowie fr die richtige Technologieauswahl unter Bercksichti-gung unternehmensinterner I

20、T-Strukturen zum Datenmanagement. Dreidimensionale Geometriedaten von Produkten und Anlagen werden im Produktlebenszyklus in allen Phasen bentigt. Sie dienen im Wesentlichen als Grundlage fr Produktauslegung, Produktion, Qualittssicherung und Produktberarbeitung. In diesem Zusammenhang stellen dreid

21、imensionale Geometriedaten die Grundlage fr automatisierte Prozessablufe durch eine rechnergesttzte Verar-beitung dar. In der Entwicklungsphase werden diese mit Computer-Aided-Design-Systemen (CAD-Sys-temen) erstellt und Produktparameter anhand von Berechnungen und Simulationen ausgelegt. Die Introd

22、uction In this standard, “reverse engineering of geomet-rical data” generally describes the process used for the three-dimensional digital reconstruction of the actual geometry of physically existing components and systems for industrial applications. Depending on the case of application in hand, th

23、e 3D data are prepared as far as necessary to make them adequate for the various fields of application in each case (see Section 8). These geometrical data are put in relation to a reference geometry (target geometry) and assessed in the form of benchmarking with regard to the geometrical deviations

24、. The data are collected using either optical (for example laser light), penetrative (for example X-rays) or tactile methods (see Section 4). A detailed description of the individual subprocesses is given in Section 5.This standard gives an aid for 3D data capture and processing, as well as for the

25、selection of the cor-rect technology while taking internal company IT structures for data management into account. Three-dimensional geometrical data of products and systems are required in all phases of the prod-uct lifecycle. They mainly serve as a basis for product design, production, quality ass

26、urance and product revision. In this connection, three-dimensional geometrical data are the foundation for automated process flows using computer-assisted processing. In the development phase, these are prepared using Computer Aided Design (CAD) systems, and product parameters are de-signed with the

27、 help of calculations and simula-tions. However, the physically prepared prototypes B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 5620 3

28、 physisch erstellten Prototypen zur Produktvalidie-rung sowie die marktfertigen Produkte entsprechen jedoch nicht mehr exakt dem digitalen Ausgangs-modell, was beispielsweise an Fertigungstoleranzen oder Nutzungserscheinungen (z. B. Verschlei) liegt. Um diese meist geringen Abweichungen zu erfassen

29、und zu visualisieren bieten sich 3-D-Messverfahren an. Die digital erfasste Istgeometrie wird dabei ber einen Soll-Ist-Vergleich mit dem CAD-Modell berlagert, um die Abweichungen in einem Falsch-farbenbild darzustellen. Damit geht die Anwendung ber das reine Messen hinaus. Neben der Nutzung fr Inspe

30、ktionszwecke werden dreidimensionale Produktmodelle zur konstruktiven berarbeitung bentigt, z. B. von physisch gefertig-ten Prototypen oder langlebigen Produkten, die einer Modernisierung unterzogen werden sollen. Digitale Daten sind jedoch insbesondere in der Nutzungs-phase hufig nicht oder nicht m

31、ehr vorhanden oder stehen nicht zur Verfgung. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn nicht der Originalhersteller die Instandhaltung bernimmt, sondern ein Kunde oder ein Dienstleistungsunternehmen. Dies fhrt in der Praxis zu aufwendigen Digitalisierungsprozessen, die hohe Kosten verursachen und

32、 sich aufgrund der individuellen Problemstellungen nur schwer auto-matisieren lassen. Wegen hufig stark unterschiedli-cher Zielsetzungen in der Anwendung von Reverse Engineering (RE) variiert der Aufarbeitungsauf-wand der Daten individuell bezglich Komplexitt und Zeitinvestition. Bild 1 fast die wes

33、entlichen Themenfelder des RE zusammen. for product validation and the ready-for-market products no longer correspond exactly with the initial digital model, for example due to manufac-turing tolerances or usage phenomena (for example wear). 3D measuring techniques are used in order to acquire and v

34、isualize these usually low devia-tions. The digitally captured actual geometry is overlaid with the CAD model using a target/actual comparison in order to display the deviations in a pseudo-colour image. The application thus goes beyond the confines of measurement itself. In addition to use for insp

35、ection purposes, three-dimensional product models are required for design revision, for example of physically manufactured prototypes or long-lived products which are to undergo modernization. However, in the usage phase in particular, digital data are often not (or no longer) present or are not ava

36、ilable. This is the case, for example, when the party carrying out maintenance is not the original equipment manu-facturer but a customer or a service provider. In practice, this leads to complex digitization process-es which cause high costs and are difficult to au-tomate as a result of the individ

37、ual problems to be addressed. Due to the often extremely differing aims in the application of reverse engineering (RE), the effort required for processing the data varies individually in terms of complexity and time invested. Figure 1 sums up the main fields of RE. 1 Anwendungsbereich Das Reverse En

38、gineering findet sich zunehmend in allen Phasen des Produktlebenszyklus wieder, was die Vielfalt der Anwendungsflle und deren Kom-plexitt erhht. Die Beschreibung potenzieller An-wendungsszenarien und die Auswahl einer Tech-nologie zur 3-D-Datenerfassung und -aufarbeitung, die den jeweiligen Anwendun

39、gsfllen gerecht wird, stehen im Zentrum dieser Richtlinie. In diesem Zusammenhang werden wichtige Begriffe erlu-tert. Der Stand der Technik, die ntige Qualifika-tion des Nutzers sowie die Prozesse der 3-D-Datenerfassung und der Generierung digitaler Pro-duktmodelle werden mit Bezug auf die Anwen-dun

40、gsflle beschrieben. Insbesondere wird auf technologische Charakteristika, die Anwender bei der Systemwahl bercksichtigen sollten, eingegan-gen, wie: Genauigkeit, Geschwindigkeit und Automatisierungsmg-lichkeiten, 1 Scope Reverse engineering is increasingly to be found in all phases of the product li

41、fecycle, thus in-creasing the variety of cases of application and their com-plexity. This standard focuses on the description of potential application scenarios and the selection of a 3D data capture and pro-cessing technology suit-able for each case of application. Important terms are explained in

42、this connection. The state of the art, the necessary qualification of the user and the processes of 3D data capture as well as the genera-tion of digital product models are described with reference to the cases of application. Particular attention is paid to technological characteristics which users

43、 should take into account when select-ing a system, such as: accuracy, speed and automation options, B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04 4 VDI 5620 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieur

44、e e.V., Dsseldorf 2017 Flexibilitt und Mobilitt, Softwareschnittstellen oder vertragliche Rahmenbedingungen und Service. Zudem werden Schnittstellen zum Datenmanage-ment, richtungsweisende Prozessablufe im Pro-duktlebenszyklus sowie Reverse Engineering Stra-tegien behandelt. In diesem Zusammenhang w

45、er-den Automatisierungsmglichkeiten zur Effizienz-steigerung dargestellt. Um den Rahmen dieser Richtlinie nicht zu weit zu fassen, wird lediglich die Erzeugung von Geometriedaten im Maschinen- und Anlagenbau adressiert und nicht das Reverse Engineering von Elektronikkomponenten oder von Software. In

46、 dieser Richtlinie werden weder Vorgehenswei-sen zur Ermittlung der Funktions- und Fertigungs-prinzipien von Produkten aufgezeigt, noch werden Hilfestellungen zur exakten Nachbildung der in der ursprnglichen Produktenentwicklungsphase mo-dellierten CAD-Daten gegeben. flexibility and mobility, softwa

47、re interfaces, or basic contractual conditions and service. In addition, interfaces for data management, trail-blazing process flows in the product lifecycle as well as reverses engineering strategies are dealt with. Automation options for increasing efficiency are displayed in this connection. In o

48、rder not to give this standard an excessively wide area of ap-plication, only the generation of geometrical data in mechanical and plant engineering is addressed and not the reverse engineering of electronic com-ponents or software. This standard neither indicates procedures for de-termining the fun

49、ctional and manufacturing princi-ples of products nor provides aids for the exact simulation of the CAD data modelled in the origi-nal product development phase. Bild 1. Inhalte und Themenfelder des Reverse Engineerings B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1C29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 5620 5 Figure 1. Contents and thematic fields of rev