图1 在Astro公司的零件逆向工程法生产中，便携式测量设备已取代了游标卡尺、千分表和其他常见的测量装置

Astro多功能车间，利用便携式测量设备，使其逆向工程部分的业务持续稳步发展。

在过去5年中，Astro公司的年销售额已达创纪录的水平。该公司总裁Eric Blow先生将部分功劳归功于其多元化的客户群，以及工厂内部所拥有的生产能力。

Astro公司成立于1984年，专门从事零件的精密加工和专用机械的生产，以满足一系列应用领域的需求。这个拥有75名员工的车间，为客户提供增值服务，其中包括机械维修和翻修、焊接和钣金加工，以及面板布线和控制系统的设计。Blow先生说，这类业务使该公司成了一个名副其实的一站式加工车间，可以根据其客户的需要，尽可能多地为客户提供各种生产资源。

Astro公司还提供逆向工程服务，这是其业务的其中一个部分，在过去几年中得到了稳步的发展和增长。最初，其员工使用车间中传统的测量装置，用手工方式绘制需要生产的零件图纸。今天，Astro公司利用便携式测量设备，加快和简化了零件的测量，因此它可以更快和更准确地执行逆向工程任务。

图2  由便携式测量设备获取的测量数据被转换成CAD图纸，通过这一图纸就可创建加工代码

逆向工程发展初期

1993年，现有的一家客户促进了Astro公司深入到逆向工程领域之中。该客户希望Astro公司能够为其欧洲制造的加工设备制订一项零配件更换计划。这是因为有些零件已经不再适用，OEM已不再提供。相反，如果这类零件仍从OEM进货，其费用昂贵，交货时间长达12个星期，这必将导致设备长时间的停机。

随着零配件更换计划的启动，客户开始运用逆向工程和现有的加工方式提供新的（在有现货可供的时候）和旧的零配件。该车间将每一个需要重新制造的零件记录在案，一旦需要，它就可迅速地再次生产这个零件。数据库内存有每个零件的编号、图纸和其他信息，该数据库由客户和车间共享，以备今后零配件订货之需。

客户还将这项逆向工程计划看作是Astro公司提供的另一项增值服务。当看到了其他很多客户的维修也面临着类似的挑战时，Astro公司也与他们一起制订了零配件更换计划。在执行这些计划的早期，Astro公司使用游标卡尺、千分表和其他常见的测量装置，以逆向工程法生产所需零件。采用这种方法虽然可以为客户降低替换零件的成本并缩短交货时间，但某些复杂零件的逆向工程法生产仍需要花费40h。很明显，手工测量和图纸限制了该车间执行这些项目的速度。此外，该车间所碰到的零件越来越复杂，并且测量问题也面临着新的挑战。

为了解决这一问题，Astro公司考虑采用独立式和便携式两种测量设备，以便于员工可以用它们来测量零件的各个数据。该车间对便携式设计的多功能测量设备十分赞赏。2003年，Astro公司决定购买由Faro公司提供的FaroArm测量机。FaroArm测量机是一种配有6个自由角度的测量设备，当其探针接触到被测零件的表面时，利用一个已知直径的接触式探针记录各测量点。由于探针的直径是已知的，因此FaroArm测量机的软件将会记录探针中心的位置，并在记录测量值过程中精确地对其直径进行补偿。FaroArm测量机每次以这种方式采集一个测量点，直到它的软件采集到足够的数据来确定其长度、直径、角度和其他几何元素。

图3  这家车间的新型便携式测量设备具有激光扫描功能，与接触式探针相比，它可以在更短的时间采集更多的数据点

Astro公司在使用FaroArm测量机以后，以逆向工程法生产零件，过去需要40h的生产，现在只需要8h。此外，用便携式测量设备测量和记录关键零配件测量值的时候，可最大程度地减少人为误差。另一个优点是其能够将测量数据输出到SolidWorks CAD软件或Mastercam CAM软件之中。这使得设计人员能够创建3D模型和打印零件图纸，而且使编程人员能够快速地创建刀具路径。因此，现在用逆向工程法生产的新零件可以在几个星期内交货，其成本往往要比OEM收取的费用低40%。

挑战与机遇

客户并不总是有新的零件提交给Astro公司进行逆向工程生产。相反，该车间有时候不得不重新加工从设备上拆卸下来的旧零件或磨损的零件。在这种情况下，必须让客户确信，该零件已按照原先的规格要求重新制造，说明这一点是十分重要的。新零件的沟槽或平面特点与之前零件基本相同，但在修整过程中可能会出现磨损现象。

图4  Astro公司最近还购置了一套FaroGage 测量机，它可以使车间里的员工们在松开夹紧系统和卸载零件之前，直接测量零件上的各种数据

逆向工程也将通过提供可制造概念的设计来加速和简化零件的生产。Astro公司Ephrata车间的销售经理Brian Hess先生列举了一个实例：“这是一个由铝板轧制和焊接而成的铝制套管。该套管需要有一个向内弯曲的贴标签窗口。

因为该套管安装在与其相配合的元件内，因此其整体的正圆度是非常重要的。”该车间的客户曾试图用原先的生产方法重新制造这一套管，然而它无法精确地轧制这种铝板套管，无法保证其足够稳定的正圆度。在研究设计图纸之后，Astro公司建议使用铝制管材制造这一零件。该车间使用其CNC车削加工中心加工该套管两端的外径和内径，包括套管内标签所在位置的这一个点上。然后，它使用一台EDM线切割机，在该套管的侧面加工一个贴标签的窗口。虽然该生产方法非常困难，但其产生的效果与原先钣金元件的弯曲标签相同。

最新的加工步骤

Astro公司已采用逆向工程法为其客户设计并生产了几百种供更换用的零配件。事实上，用逆向工程法生产的产品已增长到该公司年销售额的8%。2012年初，Astro公司决定将其逆向工程测量的能力进行升级——采用一台新的便携式测量设备，即Faro公司的Edge测量臂，该测量臂具有激光扫描功能。虽然以前的测量臂，只用一个接触式探针就可测量复杂的几何形状，但采用激光扫描却可使该车间在更短的时间内采集更多的数据点。Edge测量臂对测量不规则表面的零件有很好的效果。该测量臂发射的激光条纹约4in（1in=25.4mm），可使逆向工程零件生产所需的扫描次数降低到最低限度。

与以前的测量臂相比，Astro公司正在采用不同的方法与Edge测量臂配套使用。在那个时候，虽然该车间有一组固定的员工，但不想让车间里的每一个人操作Edge测量臂。相反，只有一个人经过培训而被允许操作这一测量设备。该车间认为，这种做法将可减少设定值或参数的改变。现在看来，这可能会限制其实施新技术的进度。现在，配有激光设备的测量臂已经交付使用。Astro公司计划培训12名员工，使他们能够正确地使用该设备，更好地发挥其现有人力资源的优势。

新设备提高生产能力

除了新的便携式CMM以外，Astro公司已整合了其他许多新的加工技术，包括5轴加工中心、车铣复合机床、大型车削加工中心和一台EDM线切割机。事实上，仅在过去短短两年中，该车间已添置了15台新的机床。其下一步的计划是准备引进一套3D打印机。新添置的生产设备，将能够使该车间在加工实际生产的零件之前，通过“打印”塑料原型，进一步证明其通过逆向工程制造的零件的实际生产能力。

其他测量优点

虽然之前FaroArm测量臂的购置，主要是用于逆向工程生产，但Astro公司已从其便携式CMM认识到了其他的好处。其中一个例子是，FaroArm测量臂在一套专用设备生产中所起到的作用，它拥有一套16ft（1ft=304.8mm）长的导轨系统。导轨系统的高度从一端到另一端不能有百分之几毫米的变化。在组装过程中，为了确保这一精度，该车间将这一测量臂安装到一个三脚架上，并在安装的时候，用它来测量导轨元件。同样，该测量臂也被连接到设备的框架上，使装配人员能够在元件安装的时候，检查它们的平直度、平行度或叠加尺寸。如果该车间没有独立的测量设备，这一切将是不可能实现的。

Astro公司也使用该测量臂来检验加工件。事实上，这一配有激光扫描仪的新型Faro Edge测量臂，将能够使该车间更有效地检验一些零件。通过将激光扫描数据叠加在3D CAD模型上，该设备的软件就会显示出该加工件超出公差的确切位置和超过公差的数值。