重現福特經典跑車GT 40的迷人風采

逆向工程 by Rexcan 4

背景說明

Brian Coombs在全球最跑得最快的汽車、配有火箭噴射動力的英國超音速尋血獵犬號(Bloodhound SSC,時速超過1000英哩)擔任機械設計首席工程師,閒暇則正在複製一台福特經典跑車GT40。1963年首度問世,福特GT40的4升V8引擎協調得令人拍案叫好,但Coombs解釋說「因更換變速箱要價高昂,所以再重新打造時,拆下自己原有的Reynard印第賽車變速箱,改成適合的變速箱,同時讓它部分構造升級、提升操控能力」。

工作間位於愛爾蘭的自家裡,順利連上Siemens NX軟體後,他開始建構一個CAD模型,以便製造各個新零件。但變速箱的設計考倒了他,要如何確定重新設計的變速箱,可以分毫不差地裝進引擎室?還得跟其他零組件無縫密合?他可以先打樣實體,用人工土法煉鋼裝到定位,再進行必要量測。但這太耗時間…

solutionix 車輛應用案例

解決方案

3D掃描

一開始使用Rexcan 4 2.0結構光3D掃描器,搭配承重可達70公斤的Solutionix自動化轉盤,擷取變速箱的外形。把變速箱放到轉盤上後,掃描器設定為朝下45度,運用Solutionix Ezscan軟體控制協調轉盤動作和掃描數據擷取過程,轉盤每轉360度,掃描範圍就累進10度,完成上半部箱體的掃描後。

接著翻過箱體,重覆前述步驟,取得下半部掃描數據。整個過程共進行72次掃描(約花1小時)。當進行建構變速箱3D點雲資料模型時,Solutionix Ezscan軟體自動把個別掃描互相連結記錄,再由掃描軟體將其轉換成合併後的單一多邊形模型。

3D表面模式

把多邊形模型從Solutionix掃描系統匯出到Geomagic Studio 3D造像和逆向工程軟體,轉換成3D數位表面模型,供CAD系統使用。 運用Geomagic Studio裡的標準工具,可以把掃描時沒能擷取到的箱體數據,且造成模型上的空洞補起來。這個過程僅花不到十分鐘,即可確保未來的3D多邊形模型「滴水不漏」。

下一步,在軟體中的「建構特徵(Create Features)」功能選項下,選出需要哪些幾何形狀,如圓筒、洞和平面。接著,用自動形成表面(AutoSurface)指令,把多邊形模型和這些幾何形狀組合成非均勻有理基底雲形線(NURBS,non-uniform rational b-spline)表面模型,接下來,多邊形模型和表面模型間就直接做「3D比較(3D Compare)」,確認定版表面模型的幾何完整性。

完成上述步驟後,將定版模型匯出到Coombs的CAD系統,成為一個STEP (.stp)檔,在車架、次車架和懸吊系統的CAD模型裏,做為極佔空間模型。如此一來當實際安裝新的變速箱時,就能保證尺寸完全吻合。

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停在車道上的福特GT40複製車。

福特GT40零組件CAD模型。

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經Geomagic軟體逆向工程後得到的變速箱全貌。

Geomagic Studio的變速箱3D模型。

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成效

從開始掃描變速箱體、到做出精確的3D數位表面模型,整個過程大概只花了2小時。

利用Solutionix掃描器和轉盤,搭配Solutionix Ezscan和Geomagic Studio 3D造像與逆向工程軟體,每個步驟只需要點一、兩次滑鼠,就能搞定近自動化掃瞄過程。

掃描數據的解析度和精確度,以及數位表面模型雲能輕鬆匯到CAD模型,這些都讓他印象深刻。

憑著對快車的這股熱情,當所有工作都完成後,Coombs顯然打算把他這輛成功再造的福特GT 40複製車駛入賽車場,不時與人一較高下。