逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用 第3版 課件全套 陳雪芳 項目1-4 逆向工程技術(shù)認(rèn)識-快速成型技術(shù)認(rèn)知

逆向工程與快速成型

技術(shù)應(yīng)用2課程介紹該課程是偏機(jī)類專業(yè)的一門拓展課，是面向從事產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)人員崗位的職業(yè)技術(shù)技能學(xué)習(xí)課程。為學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計、利用先進(jìn)手段開展機(jī)械設(shè)計和制造打下良好的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)要求：掌握逆向工程和快速成型的基本理論，具備使用三維測量設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)測量的技能，應(yīng)用Geomagic軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理技能，利用快速成型設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品制作的技能主要內(nèi)容：項目一逆向工程技術(shù)認(rèn)知——逆向工程技術(shù)內(nèi)涵和應(yīng)用領(lǐng)域項目二

三維數(shù)據(jù)掃描——數(shù)據(jù)采集方法及掃描案例項目三

數(shù)據(jù)處理及數(shù)模重構(gòu)——Geomagic軟件中數(shù)據(jù)處理及數(shù)模重構(gòu)的方法項目四

快速成型技術(shù)認(rèn)知——快速成型技術(shù)內(nèi)涵、成型工藝及應(yīng)用項目五原型的制作——快速成型的前處理及典型工藝的原型制作逆向工程快速成型內(nèi)容選取

模擬工作環(huán)境，按照產(chǎn)品逆向設(shè)計與快速制造流程，用合理的數(shù)據(jù)掃描設(shè)備，采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)模重構(gòu)，用合理的快速成型工藝，快速制造出新產(chǎn)品。產(chǎn)品快速成型產(chǎn)品模型重構(gòu)產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)掃描產(chǎn)品逆向設(shè)計與快速制造產(chǎn)品新產(chǎn)品課程考核以過程考核為主，理論考查+實操考核。評分標(biāo)準(zhǔn)：（1）平時（課堂表現(xiàn)、課堂發(fā)言、課堂參與、出勤）15%（2）實驗（實驗參與、實驗報告、實驗結(jié)果）45%，（3）書面理論考查40%6市場環(huán)境的變化

——企業(yè)競爭加劇，產(chǎn)品市場壽命縮短設(shè)計環(huán)境的變化

——開發(fā)新產(chǎn)品成功率要高，而設(shè)計周期要短制造環(huán)境的變化

——多品種、小批量（大規(guī)模的定制化）呼喚產(chǎn)品快速開發(fā)技術(shù)！

產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境的變化7

設(shè)計

樣機(jī)

生產(chǎn)工程需求圖檔工業(yè)設(shè)計？樣品？試驗如何快速制造？產(chǎn)品小批量？逆向工程、快速成形、快速模具是產(chǎn)品快速開發(fā)技術(shù)！任務(wù)一初識逆向工程任務(wù)二再識逆向工程任務(wù)三了解逆向工程應(yīng)用項目一逆向工程技術(shù)認(rèn)知9掌握逆向工程技術(shù)的概念和工作流程，理解逆向工程技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)及實施的軟硬件條件，了解逆向工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用方法。能力目標(biāo)知識要點了解逆向工程技術(shù)的基本概念逆向工程、正向設(shè)計了解逆向工程的流程逆向工程技術(shù)工作流程了解逆向工程的應(yīng)用和意義逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)W習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)要求傳統(tǒng)正向設(shè)計方法－過程N(yùn)o需求分析詳細(xì)設(shè)計初步設(shè)計概念設(shè)計工藝規(guī)劃可行性分析？Yes樣機(jī)試制

制造設(shè)計與制造信息描述

是從構(gòu)思到數(shù)字模型，再到產(chǎn)品（實物）的演化過程任務(wù)一初始逆向工程傳統(tǒng)正向設(shè)計方法－表達(dá)設(shè)計信息可用參數(shù)精確描述12我國引進(jìn)的產(chǎn)品如何深入研究、消化、吸收這些先進(jìn)技術(shù)，探索引進(jìn)產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)、創(chuàng)新、開發(fā)出符合我國國情的先進(jìn)產(chǎn)品，形成自己的技術(shù)體系。

逆向工程技術(shù)產(chǎn)生的背景背景之一13復(fù)雜產(chǎn)品（如飛機(jī)、汽車等主模型）型面構(gòu)成復(fù)雜，現(xiàn)階段必須制造出實物原型，在實物原型的基礎(chǔ)上開展開發(fā)。

逆向工程技術(shù)產(chǎn)生的背景背景之二概念設(shè)計效果圖油泥模型風(fēng)洞試驗修改模型定型數(shù)字化測量模型重構(gòu)制造模型符合空氣動力學(xué)性能的流線性14逆向工程（ReverseEngineering，簡稱RE）是將實物模型轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型的相關(guān)數(shù)字化測量技術(shù)、幾何模型重構(gòu)技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。逆向工程的定義15概念設(shè)計汽車儀表板開發(fā)流程16效果圖汽車儀表板開發(fā)流程17油泥模汽車儀表板開發(fā)流程18測量汽車儀表板開發(fā)流程19點云數(shù)據(jù)汽車儀表板開發(fā)流程20CAD模型汽車儀表板開發(fā)流程21

最終產(chǎn)品汽車儀表板開發(fā)流程23任務(wù)二再識逆向工程——工作流程24數(shù)據(jù)測量——是指通過特定的測量方法和設(shè)備，將物體表面形狀轉(zhuǎn)換成幾何空間坐標(biāo)點，從而得到逆向建模以及尺寸評價所需數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)測量是逆向工程的第一步，也是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)處理——包括了雜點的刪除、多視覺數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)簡化、數(shù)據(jù)補(bǔ)缺、數(shù)據(jù)平滑等。模型重構(gòu)——根據(jù)實物樣件的特征重構(gòu)出三維模型的過程。兩種重構(gòu)方法：對于精度要求較低、形面復(fù)雜的如玩具、藝術(shù)品等的逆向設(shè)計，常采用基于三角面片直接建模；對于精度要求較高的，形面復(fù)雜產(chǎn)品的逆向開發(fā)，常采用擬合NURBS或參數(shù)曲面建模的方法。任務(wù)二再識逆向工程——實施的條件硬件條件軟件條件1）專用的逆向軟件：Imageware、GeomagicStudio等

2）基于正向的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件：CATIA、UG、Pro-E三維掃描設(shè)備產(chǎn)品制造設(shè)備——切削加工設(shè)備、快速成型設(shè)備26涉及到的主要技術(shù)：數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、模型重構(gòu)技術(shù)27

當(dāng)設(shè)計無法直接在設(shè)計軟件中準(zhǔn)確表示，或需要通過實驗測試才能定型的工件模型（比如航天航空、汽車等領(lǐng)域），通常首先做成油泥、木?；蚺菽芰献龀僧a(chǎn)品的比例模型，模型用逆向工程技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的三維CAD模型及其模具。新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用(1)任務(wù)三了解逆向過程的應(yīng)用28產(chǎn)品的仿制和改型設(shè)計

應(yīng)用(2)29模具快速制造應(yīng)用領(lǐng)域破損模具的制成控制與快速修補(bǔ)(3)30模具快速制造應(yīng)用(3)模具測量重構(gòu)模型31應(yīng)用于產(chǎn)品檢測應(yīng)用(4)32顱骨修補(bǔ)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用(5)

利用CT、MRI數(shù)據(jù)，利用逆向工程技術(shù)將斷層掃描信息轉(zhuǎn)換為三維數(shù)字模型，為醫(yī)學(xué)教學(xué)、手術(shù)輔助提供數(shù)據(jù)參考，與快速成型結(jié)合，定制組織器官、骨架等模型。33特種服裝、頭盔的制造要以使用者的身體為原始設(shè)計依據(jù)，此時，需首先建立人體的幾何模型。服裝、頭盔、鞋子設(shè)計等應(yīng)用(6)3435逆向工程也廣泛用于修復(fù)破損的文物、藝術(shù)品，或缺乏供應(yīng)的損壞零件等。此時，不需要復(fù)制整個零件，只是借助逆向工程技術(shù)抽取原來零件的設(shè)計思想，用于指導(dǎo)新的設(shè)計。藝術(shù)品文物復(fù)制，博物館藏品、古建筑的數(shù)字化應(yīng)用(7）36影視動畫角色、場景、道具等三維虛擬物體的設(shè)計和創(chuàng)作制造應(yīng)用(8）動漫&游戲?qū)⑺囆g(shù)家的概念模型做成三維數(shù)據(jù)模型，以用于電腦游戲和電影動畫的制作．37

逆向工程是將實物樣件或手工模型轉(zhuǎn)化為數(shù)模，包含了數(shù)據(jù)掃描、數(shù)據(jù)處理與數(shù)模重構(gòu)、模型制造幾個階段。逆向工程技術(shù)應(yīng)用的重大意義在于：逆向工程不是簡單地把原有物體還原，它還要在還原的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次創(chuàng)新。逆向工程作為一種新的創(chuàng)新技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，并取得了重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。小結(jié)38思考題思考題1-1何謂逆向工程？與傳統(tǒng)的正向設(shè)計相比有何區(qū)別聯(lián)系？1-2簡述逆向工程的主要技術(shù)工作流程和應(yīng)用意義。課外任務(wù)1-3上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，以某一產(chǎn)品開發(fā)為例，闡述逆向設(shè)計的流程，并完成項目報告。三維數(shù)據(jù)掃描項目二了解逆向工程數(shù)據(jù)掃描系統(tǒng)的分類及相應(yīng)的測量原理，掌握接觸式測量與非接觸式測量的不同技術(shù)特點。通過三個不同的數(shù)據(jù)掃描案例，了解三維數(shù)據(jù)掃描的流程及方法。能力目標(biāo)知識要點了解逆向工程數(shù)據(jù)掃描方法及種類數(shù)據(jù)掃描方法及分類掌握接觸式測量與非接觸測量技術(shù)特點接觸式測量和非接觸測量了解數(shù)據(jù)掃描的流程掃描前處理、掃描規(guī)劃、掃描了解掃描儀使用的基本方法及技巧三種非接觸光學(xué)掃描設(shè)備基本操作學(xué)習(xí)目標(biāo)主要內(nèi)容任務(wù)一了解三維數(shù)據(jù)掃描任務(wù)二儲蓄罐外形測量任務(wù)三車燈燈罩外形測量任務(wù)四風(fēng)扇外形測量表面數(shù)據(jù)測量非接觸式接觸式光學(xué)式非光學(xué)式觸發(fā)式機(jī)械手臂三角形法結(jié)構(gòu)光法激光干涉法計算機(jī)視圖法

CT測量法MRI測量法層切法超聲波法一、數(shù)據(jù)獲取方法的分類任務(wù)一了解三維數(shù)據(jù)掃描接觸測量，點測量精度幾個μm測量速度慢二、接觸式數(shù)據(jù)掃描——三坐標(biāo)測量機(jī)CMM

接觸式測量特點測量精度高與被測物體表面的顏色、外形無關(guān)，對光強(qiáng)無要求可直接測量特征尺寸測量速度慢適用于硬質(zhì)表面，軟質(zhì)表面易變形球頭半徑補(bǔ)償測量時需要固定和定位基準(zhǔn)非接觸測量，線測量精度幾十個μm測量速度較快三、非接觸式光學(xué)掃描——激光掃描測量三、非接觸式光學(xué)掃描——結(jié)構(gòu)光掃描測量采用的照相式三維掃描技術(shù)。利用相位和立體視覺技術(shù)的結(jié)合，在物體表面投射光柵。利用相位和外極線實現(xiàn)兩幅圖像上的點的匹配，利用定標(biāo)了的攝像機(jī)系統(tǒng)，計算點在三維空間坐標(biāo)，以實現(xiàn)物體表面三維輪廓的測量。以德國Gom公司為代表的Atos三維光學(xué)掃描儀是基于雙目式光柵投影測量技術(shù)的設(shè)備。國外稱為whitelightscanner,白光3D掃描儀非接觸掃描儀—結(jié)構(gòu)光三維掃描儀

（北京天遠(yuǎn)上海數(shù)造機(jī)電蘇州西博）北京天遠(yuǎn)OKIO-I/II/V3DSSLED白光掃描儀3DSS藍(lán)光掃描儀XTOM型三維光學(xué)面掃描儀

三、非接觸式光學(xué)掃描——特點

(1)測量速度快，不必逐點測量，測量面積大，數(shù)據(jù)較為完整。

(2)可以直接測量材質(zhì)較軟以及不適合直接接觸測量的物體，如橡膠、紙制品、工藝品、文物等。（3）須進(jìn)行測頭半徑補(bǔ)償。

(4）對零件表面的反光程度、顏色等有較高要求，工件表面的明暗程度會影響測量的精度。

(5)測量精度一般，特別是相對于接觸式測頭測量數(shù)據(jù)而言。

(6)對于一些細(xì)節(jié)位置，如邊界、縫隙、曲率變化較大的曲面容易丟失數(shù)據(jù)。

(7)陡峭面不易測量，激光無法照射到的地方便無法測量。三、非接觸式非光學(xué)掃描——斷層掃描可以測量物體表面、內(nèi)部和隱藏結(jié)構(gòu)特征

破壞性測量——層去掃描法非破壞性測量——CT測量法——MRI測量法

——超聲波測量法結(jié)構(gòu)光、激光掃描儀和三坐標(biāo)測量機(jī)比較

結(jié)構(gòu)光（白光）激光掃描儀三坐標(biāo)測量機(jī)系統(tǒng)體積小一般大系統(tǒng)重量輕、方便移動一般、可移動重、不可移動掃描方式面點、線點測量精度高較高高測量范圍大一般小測量時間小于5秒10分鐘--數(shù)小時數(shù)小時--數(shù)天安裝設(shè)置簡單一般需調(diào)試維護(hù)難度容易一般難、嚴(yán)格工作環(huán)境不嚴(yán)格一般嚴(yán)格適用范圍所有物體廠家不同而不同硬物體的測量掃描精度應(yīng)滿足實際的需要；掃描速度快，盡量減少測量在整個逆向過程中所占有的時間；數(shù)據(jù)掃描要完整，以減少數(shù)模重構(gòu)由于數(shù)據(jù)缺失帶來的誤差；數(shù)據(jù)掃描過程中不能破壞原型；降低數(shù)據(jù)掃描成本。數(shù)據(jù)掃描滿足以下要求：對自由曲面形狀物體的數(shù)據(jù)掃描一般用非接觸光學(xué)測量的方法，對規(guī)則形狀物體的數(shù)據(jù)掃描一般用接觸式測量。非接觸光學(xué)掃描的前處理

表面處理

（1）噴亞光漆、白色顯像劑：黑色銹蝕表面、透明表面、反光面（2）清洗：工件表面的灰塵、鐵屑等更會帶來測量數(shù)據(jù)的噪聲，造成點云數(shù)據(jù)不佳。

非接觸光學(xué)掃描的前處理

貼標(biāo)記點或標(biāo)識點

(1)對于一些大型物體（比如汽車覆蓋件），或者需要多幅測量進(jìn)行拼接時，需要根據(jù)視角在物體的表面貼上一些標(biāo)記點。

(2)標(biāo)記點用來協(xié)助坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的，是多視覺注冊拼合的特征點。(3)標(biāo)記點可以是掃描物體本身的特征點、可以用筆畫在紙上的標(biāo)記、或用橡皮泥捏成的標(biāo)記點。如果自動拼合，標(biāo)記點是一個個黑白的專用標(biāo)記點掃描規(guī)劃精確掃描——對曲率變化大的地方數(shù)據(jù)盡量采集完整；高效掃描——數(shù)據(jù)掃描的次數(shù)少、數(shù)據(jù)量盡量小、縮短掃描時間。任務(wù)二儲蓄罐外形測量任務(wù)分析

儲蓄罐造型為一卡通龍形狀，細(xì)節(jié)特征多且不規(guī)則，較好的掃描方法應(yīng)選非接觸式的，儲蓄罐造型只需處理外形數(shù)據(jù)后抽殼即可?？履峥滥苓_(dá)三維掃描儀VIVID９10i

ＲＡＮＧＥ7VIVID９10

儲蓄罐形如卡通龍，在表面有足夠明顯的細(xì)節(jié)特征，這些特征作為多視覺數(shù)據(jù)掃描拼合時的標(biāo)記點已足夠，所以不需再加標(biāo)記點。但表面金色反光，所以噴上白色的顯像劑。儲蓄罐掃描前處理按圖所示的姿態(tài)，從上往下掃描時，脖子里及招財牌子下面的數(shù)據(jù)都掃不到，先掃一圈，然后再倒過或橫過來掃描脖子和牌子下面的數(shù)據(jù)，最后再掃描頭頂和腳底。在掃描頭頂和腳底時，要把側(cè)面的特征也帶上，便于數(shù)據(jù)的拼合。儲蓄罐掃描規(guī)劃任務(wù)三車燈外形測量任務(wù)分析車燈燈罩形狀，由幾個大的流線曲面組成，且內(nèi)外特征不同，需要掃描內(nèi)、外兩面，細(xì)節(jié)過渡特征不明顯，最好能夠自動拼接，為此通過貼專用的標(biāo)記點，自動拼合。

優(yōu)勢：連續(xù)掃描、自動拼接，實時渲染、操作簡單，小巧玲瓏、便于攜帶（0.98KG)技術(shù)參數(shù)重量

0.98kg(2.1磅)尺寸

160x260x210mm(6.2x10.2x8.2英寸)測量速度

18,000點/秒激光等級II(眼睛安全)XY軸精度高達(dá)0.05mm(高達(dá)0.002英寸)Z軸精度

0.1mm(0.004英寸)數(shù)據(jù)接口

Firewire電源接口

Firewire車燈掃描前處理1）表面銀色反光，所以噴上白色的顯像劑。2）自動拼合，所以需要在貼專用的標(biāo)記點貼標(biāo)記點合適的標(biāo)記點不合適的標(biāo)記點

為了使內(nèi)外表面數(shù)據(jù)自動歸到同一坐標(biāo)下，可采用以下兩種掃描方式：（1）為了內(nèi)外面自動數(shù)據(jù)拼合，先掃描標(biāo)記點。借助內(nèi)、外表面標(biāo)記點，再掃描零件的內(nèi)、外表面，這樣內(nèi)外表面掃描數(shù)據(jù)會地自動拼合在一起。（2）先完成一個表面的掃描，轉(zhuǎn)動掃描件，借助貼有標(biāo)記點的底板上的輔助點獲取被測物體另一表面的標(biāo)識點，完成另一面的掃描。

掃描規(guī)劃（1）數(shù)據(jù)掃描方法可以分為接觸式和非接觸式兩大類。非接觸光學(xué)掃描是逆向數(shù)據(jù)采集的主要方法。非接觸光學(xué)掃描設(shè)備很多，不同的掃描設(shè)備，雖然由于掃描的原理不同，掃描軟件操作方法不同，但掃描的宗旨是相同的，就是使在不同視覺的掃描數(shù)據(jù)能夠拼合成所要的數(shù)據(jù)模型。小結(jié)（2）在非接觸光學(xué)掃描時，首先要做好掃描件的預(yù)處理。為了達(dá)到更好的掃描效果，任何發(fā)亮的、黑色的、透明的或反光的（鏡子、金屬面）都應(yīng)該噴涂白色粉末。為了能實現(xiàn)手工注冊拼合或掃描過程中自動拼合，在物體表面合理粘貼標(biāo)記點。其次要做好掃描規(guī)劃，以提高掃描效率。掃描時按照一定的順序（朝一個方向）旋轉(zhuǎn)掃描件或移動掃描設(shè)備，保證相鄰兩幅掃描圖像有相同的拼合標(biāo)記點；當(dāng)正、反面（或上下面）掃描時，要注意區(qū)域過渡，可直接掃描區(qū)域過渡或采用正反面標(biāo)記點的方法。小結(jié)2-1簡述逆向工程中數(shù)據(jù)測量的方法及分類。2-2簡述接觸式測量和非接觸式測量的特點。2-3在物體掃描前需要做哪些前處理？2-4如何提高掃描數(shù)據(jù)的精度？思考題項目三數(shù)據(jù)處理及數(shù)模重構(gòu)能力目標(biāo)知識要點掌握GeomagicStudio逆向建?；玖鞒誊浖墓ぷ髁鞒?、主要功能、基本操作掌握點階段技術(shù)命令注冊、合并、減少噪音、采樣、封裝、聯(lián)合點對象、選擇并刪除體外孤點等掌握多邊形階段的技術(shù)命令填充孔、簡化、砂紙、修復(fù)、減少噪音、創(chuàng)建邊界、編輯邊界、擬合孔、創(chuàng)建流形、網(wǎng)格醫(yī)生等掌握曲面階段的技術(shù)命令自動曲面化、探測輪廓線、細(xì)分/延伸輪廓線、構(gòu)造曲面片、升級/約束輪廓線、移動面板、松弛面板、構(gòu)造格柵、擬合曲面等學(xué)習(xí)目標(biāo)了解GeomagicStudio2012軟件處理數(shù)據(jù)的基本流程，掌握各階段的主要功能及操作指令，完成掃描數(shù)據(jù)的處理和數(shù)模的重構(gòu)。任務(wù)一了解GeomagicStudio軟件任務(wù)二儲蓄罐的數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)任務(wù)三凸臺的數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)任務(wù)五

車燈燈罩的數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)任務(wù)拓展

風(fēng)扇的逆向造型主要內(nèi)容任務(wù)四自行車擋泥板的曲面重構(gòu)GeomagicStudio由美國Raindrop公司出品的逆向工程和三維檢測軟件，可輕易地從掃描所得的點云數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網(wǎng)格，并可自動轉(zhuǎn)換為NURBS曲面。除了Imageware以外應(yīng)用最為廣泛的逆向工程軟件任務(wù)一了解GeomagicStudio軟件工作流程掃描對齊掃描整理噪音減小采樣基于曲率的孔填充多邊形編輯邊界修補(bǔ)特征構(gòu)建特征識別特征線選取邊界構(gòu)建面片組織目標(biāo)組合掃描光滑數(shù)據(jù)目標(biāo)光滑曲面整理邊界目標(biāo)規(guī)則化形狀調(diào)整3D掃描點階段多邊形階段形狀/Fashion階段CAD/CAM/CAE三階段法1GeomagicStudio模塊簡介基礎(chǔ)模塊點處理模塊多邊形處理模塊形狀模塊Fashion模塊參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將定義的曲面數(shù)據(jù)發(fā)送到其他CAD軟件中進(jìn)行參數(shù)化修改定義曲面特征類型、探測輪廓線、創(chuàng)建NURBS曲面擬合曲面、探測輪廓線、構(gòu)建曲面片、構(gòu)造柵格、松弛等表面光順、細(xì)化、簡化、加厚、抽殼、浮雕、創(chuàng)建邊界等對導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，刪除噪點、采樣、合并、封裝提供基礎(chǔ)的操作環(huán)境，包括文件保存、顯示控制、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)六大模塊視圖名稱工具條視窗坐標(biāo)軸指示器計時器時鐘覆蓋狀態(tài)文本管理器面板菜單欄

三、GeomagicStudio基本操作MB3：子菜單

MB3

+Ctrl：旋轉(zhuǎn)

MB3

+Alt：移動

MB3

+Shift：放大或縮小滾輪：縮放MB2：旋轉(zhuǎn)MB2

+Ctrl：激活多個對象

MB2

+Alt：平移

MB2

+Shift+Ctrl

：移動模型MB1：選擇

MB1+Ctrl：放棄選擇MB1+Alt：調(diào)整光源的入射角度和亮度MB1+Shift：設(shè)置激活模型鼠標(biāo)控制基本操作實例

管理器面板——模型管理器

管理器面板——顯示管理器

選擇工具

任務(wù)二儲蓄罐的數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)【任務(wù)要求】對項目二任務(wù)二提供的儲蓄罐掃描數(shù)據(jù)點云進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得符合原模型特征的曲面模型。

【任務(wù)分析】由于儲蓄罐為工藝品，外形特征較多，對其所重構(gòu)模型的精度要求不高，因此，可通過GeomagicStudio軟件點階段、多邊形階段的數(shù)據(jù)處理，在獲得多邊形模型的基礎(chǔ)上，通過精確曲面的自動曲面化完成模型重構(gòu)即可。

對每一個單片點數(shù)據(jù)進(jìn)行除噪利用選擇工具手動刪除選擇非連接項（刪除）選擇體外孤點（刪除）對位置不匹配的數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)注冊手動注冊在兩點云數(shù)據(jù)上選擇相同的特征點進(jìn)行注冊全球注冊把位置基本匹配的數(shù)據(jù)，進(jìn)行全局性配合，適用于多點配合一、點階段的處理目的：GeomagicStudio點階段是從硬件設(shè)備獲得點云后進(jìn)行一系列的技術(shù)處理，在保留幾何形狀的同時，用各種取樣命令來降低點數(shù)，從而得到一個完整而理想的點云數(shù)據(jù)。合并

合并多片點云，可以自動消除層差，但對于壁厚很小很薄的數(shù)據(jù)會據(jù)兩片數(shù)據(jù)默認(rèn)成為一片數(shù)據(jù)，如果遇到這種情況，應(yīng)該先將兩片點分開進(jìn)行單片封裝后，再進(jìn)行相加。封裝對單片點云進(jìn)行三角面片化

合并、封裝完成點云向三角面片的轉(zhuǎn)化，這時就可能導(dǎo)出*.stl等多邊形格式的文件了。但一個完好的三角面片還需要進(jìn)行其它的處理工作。掃描數(shù)據(jù)（有序點云數(shù)據(jù)）注冊合并1.手動注冊點云【對齊】→注冊模式：“1點注冊”“n點注冊”，注冊的點可以是物體上本身的特征點，也可以是加的標(biāo)記點注意：當(dāng)使用“1點注冊”時，接近的方位很重要，否則不能正確工作。盡量選擇好的點是對齊的關(guān)鍵，以使他們幾乎正確地在零件的相同位置。如果選的點不理想，可以單節(jié)Ctrl+Z組合鍵來撤銷上一次選擇2.全局注冊對手動注冊后的點云進(jìn)行一次全面的、整體的位置調(diào)整【對齊】→【】全局注冊對話框有兩個工作模塊：注冊模塊：用于數(shù)據(jù)全局注冊時的偏差控制，對之前注冊的兩個或兩個以上對象進(jìn)行重定位分析模塊：用于分析被注冊對象的偏差指標(biāo)3.合并數(shù)據(jù)（【點】→）該命令用于合并兩個或兩個以上的點云數(shù)據(jù)為一個整體，并且自動執(zhí)行點云減噪、統(tǒng)一采樣、封裝、生成可視化的多邊形模型，多用于注冊完畢之后的多塊點云之間的合并。二、多邊形階段處理技術(shù)

目的：多邊形階段是在點云數(shù)據(jù)合并或封裝后進(jìn)行一系列的技術(shù)處理，從而得到一個完整的理想的多邊形數(shù)據(jù)模型，為多邊形高級階段的處理以及曲面的擬合打下基礎(chǔ)。多邊形階段基本操作流程補(bǔ)充模型缺失的數(shù)據(jù)模型表面光順

光滑邊界擬合、提取特征修復(fù)數(shù)據(jù)模型網(wǎng)格醫(yī)生、創(chuàng)建流型等命令填充孔（全部填充、部分填充）去除特征、刪除釘狀物、減少噪音、砂紙打磨、松弛多邊形、光滑表面等命令編輯邊界、松弛邊界、平面截面、投影邊界到平面等填充孔用于多邊形階段由于數(shù)據(jù)基本點稀疏所造成的空缺，此功能還能探測空洞、構(gòu)造多邊形網(wǎng)格、修補(bǔ)周邊區(qū)域?？椎奶畛浞椒ㄓ腥N：（1）填充完整孔：該方法用于填充由完整的封閉邊界線形成的孔（2）填充邊界孔：該方法用于填充部分孔（邊界缺口或圓周孔的一部分）（3）生成橋填充：該方法可以通過生成跨越孔的橋梁從而將長窄孔分割成多個孔并分別填充?？梢灾苯犹畛鋺铱詹糠值膮^(qū)域，不需指定邊界，只需指定橋的兩個端點或兩條邊即可簡化多邊形——該命令用于在不妨礙表面細(xì)節(jié)和顏色的前提下減少三角形數(shù)量，在數(shù)據(jù)量比較大時該命令尤為重要。注意（1）簡化時選中“基于曲率優(yōu)先”復(fù)選框，這樣能保證簡化后，模型的特征與原型保持一致，防止變形（2）簡化程度不要太大，防止模型失真變形表面光順的處理：減噪處理

(ReduceNoise)——可以使數(shù)據(jù)平滑，降低模型的這些偏差點的偏差值，更好地表現(xiàn)真實的物體形狀“自由曲面”選項適用于模型表面比較平滑和曲率比較小的平面，如果模型的表面有棱邊或者曲率急劇變化的特征，則用“棱柱形(保守)”或“棱柱形(積極)”選項。

“平滑級別”的值越大，模型表面就越平滑，但是如果平滑級別過大，模型的一些小特征就會被忽略。表面光順的處理：砂子打磨——該命令是用重建多邊形網(wǎng)格的方法來去除污點以及用不規(guī)則的三角形網(wǎng)格來使表面更加平滑，使三角形網(wǎng)格更加整齊去除特征——用于刪除模型中不規(guī)則的三角形區(qū)域，插入一個更有秩序且與周邊三角形連接更好的多邊形網(wǎng)格。松弛多邊形——用于調(diào)整選定三角形的抗皺夾角，使三角形網(wǎng)格更加平坦和光滑。邊界處理編輯邊界——用于通過重建多邊形網(wǎng)格來使鋸齒狀或不規(guī)則自然邊界變得平滑。通過直接輸入控制點個數(shù)和張力大小來使邊界變得順滑。松弛邊界——用于通過重建多邊形網(wǎng)格來放松鋸齒狀或不規(guī)則自然邊界，使邊界變得更加平滑。通過設(shè)置迭代次數(shù)，迭代的次數(shù)越多邊界越光滑平面截面——用于用構(gòu)造的平面來截取不規(guī)則曲線圍成的邊界，從而生成規(guī)則的平面邊界構(gòu)建精確曲面的主要步驟曲面劃分-構(gòu)造輪廓線（探測曲率/輪廓線）構(gòu)建四邊曲面片構(gòu)建格柵構(gòu)建NURBS曲面三、曲面階段——精確曲面構(gòu)建三、曲面階段——精確曲面構(gòu)建★【精確曲面】→【自動造面】【精確曲面】→【開始】→【精確曲面】在Geomagic軟件有自動和手動兩種做法：任務(wù)三

凸臺的數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)【任務(wù)要求】利用GeomagicStudio軟件，對所提供的凸臺掃描數(shù)據(jù)點云進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得符合原模型特征的曲面模型。【任務(wù)分析】本任務(wù)的原始數(shù)據(jù)是對齊的多片無序點云，有別于任務(wù)二的數(shù)據(jù)點云。本凸臺是比較典型的零部件，具有比較明顯的特征。因此，在每個階段的數(shù)據(jù)處理時，要注意對特征的保留。

封裝凸臺點云數(shù)據(jù)凸臺模型管理器一、點階段處理選擇非連接項點：該命令選擇那些偏離主點云的點束，選擇后，執(zhí)行刪除命令去除所有非連接項參數(shù)設(shè)置：【分隔】這個菜單有低、中間、高三個選項，由低到高排列，表示點束距離主點云多遠(yuǎn)并選中，一般選擇為低?！敬笮　繘Q定了多大點束能被選中。 例如，設(shè)置為5.0即表示所要選的云數(shù)量是點云總量的5％或更少，并分離這些點束。非連接項點容易辨別，也可以用工具欄的選擇圖標(biāo)來選擇，通過手動刪除選擇體外孤點體外孤點是指模型中偏離主點云距離比較大的點云數(shù)據(jù)，通常是由于掃描過程在不可避免地掃到背景物體，如桌面、墻、支撐結(jié)構(gòu)等物體，必須刪除?！懊舾行浴钡闹颠x擇越大捕捉到的體外孤點就越多。封裝–創(chuàng)建一個多邊形的物體該命令將圍繞點云進(jìn)行封裝計算，使點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形模型(1)【多邊形】→【修補(bǔ)】→【網(wǎng)格醫(yī)生】；(2)【多邊形】→【填充孔】→【填充單個孔】；(3)【多邊形】→【平滑】→【刪除釘狀物】；(4)【多邊形】→【平滑】→【減少噪音】；(5)【多邊形】→【邊界】→【移動】→【投影邊界到平面】；(6)【多邊形】→【修補(bǔ)】→【簡化】；(7)【多邊形】→【修補(bǔ)】→【流形】→【開流形】。二、多邊形階段處理手動構(gòu)建NURBS曲面的主要步驟三、曲面階段處理探測輪廓線延伸輪廓線構(gòu)建曲面片構(gòu)建格柵擬合曲面

用到的主要命令【輪廓線】——探測輪廓線【輪廓線】——細(xì)分/延伸輪廓線【曲面片】——構(gòu)建曲面片【輪廓線】——升級/約束輪廓線【曲面片】——移動——面板（編輯輪廓線、重新分布曲面片）【曲面片】——松弛曲面片【曲面片】——編輯曲面片【格柵】——構(gòu)建格柵【格柵】——編輯格柵【NURBS】——擬合曲面探測曲率升級/約束輪廓線構(gòu)建曲面片移動面板編輯曲面片松弛曲面片輪廓線構(gòu)建格柵擬合曲面

任務(wù)四自行車擋泥板曲面重構(gòu)用到的主要命令【輪廓線】——探測——探測曲率【輪廓線】——升級/約束【曲面片】——構(gòu)建曲面片【曲面片】——移動——面板【輪廓線】——擬合輪廓線【曲面片】——編輯曲面片【輪廓線】——松弛所有輪廓線【曲面片】——松弛曲面片——直線【格柵】——構(gòu)建格柵【NURBS】——擬合曲面任務(wù)五

車燈燈罩的數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)【任務(wù)要求】使用GeomagicStudio軟件所提供的指令，完成燈罩掃描數(shù)據(jù)的處理。通過完成該任務(wù)，熟悉多邊形階段、曲面階段數(shù)據(jù)處理的主要指令及流程，重點掌握輪廓線探測及編輯、區(qū)域的分類和編輯、曲面的擬合和編輯、連接部分的擬合、分類和編輯、偏差分析、修復(fù)曲面、裁剪并縫合等主要數(shù)據(jù)處理新指令?！救蝿?wù)分析】燈罩是比較典型的零部件，所構(gòu)建的曲面不僅要求光滑，而且要滿足實際生產(chǎn)工藝。因此，需采用參數(shù)曲面的模塊指令來構(gòu)建曲面，使每個曲面片都符合設(shè)計和工藝要求。用到的主要技術(shù)命令：

(1)【多邊形】→【裁剪】→【用曲線裁剪】；

(2)【多邊形】→【裁剪】→【用平面裁剪】；

(3)【多邊形】→【去除特征】；

(4)【多邊形】→【填充孔】；

(5)【多邊形】→【網(wǎng)格醫(yī)生】；

(6)【多邊形】→【松弛多邊形】；

(7)【多邊形】→【簡化】。

(8)【參數(shù)曲面】→【參數(shù)曲面】。裁剪，刪除掉多余的數(shù)據(jù)填補(bǔ)缺失的數(shù)據(jù)處理多邊形表面，使數(shù)據(jù)更光滑均勻數(shù)據(jù)減少思路一、多邊形面階段處理技術(shù)二、曲面階段處理技術(shù)區(qū)域探測編輯，并進(jìn)行區(qū)域分類主曲面擬合及編輯

連接擬合分類并編輯修復(fù)曲面、偏差分析裁剪并縫合，生成CAD格式的模型數(shù)據(jù)項目四快速成型技術(shù)的認(rèn)知

任務(wù)一認(rèn)識快速成型技術(shù)任務(wù)二了解快速成型的典型工藝任務(wù)三了解快速成型技術(shù)的應(yīng)用任務(wù)四

了解快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢快速成型（RapidPrototype，簡稱RP)又稱快速原型“增材制造”（additivemanufacturing，AM)“材料累加制造”(materialincresemanufacturing)“分層制造”(layeredmanufacturing，LM)“實體自由制造”(solidfree－formfabrication)

“3D打印”(3Dprinting)等開始，3D打印本是特指一種采用噴墨打印頭的快速成型技術(shù)，演變至今，3D打印成了所有快速成型技術(shù)的通俗叫法。任務(wù)一認(rèn)識快速成型技術(shù)物體成型方式有四種基本去除成形受迫成形堆積成形生長成形一、

成型的分類去除成型：運(yùn)用分離的方法，把一部分材料有序地從基體上分離出去而成型的方法。傳統(tǒng)的車、銑、刨、磨、鉆、電火花加工、激光切割等都屬于去除成型。是目前最主要的成型方式。受迫成型：利用材料的可成型性在特定的外界約束（邊界約束或外力約束）下成型。傳統(tǒng)的鍛壓、鑄造、粉末冶金等成型方式。

現(xiàn)代的沖壓成型、注塑成型等成型方式堆積成型：把材料（液、固相）有序地堆積起來的成型?？焖俪尚蛯儆诙逊e成型（先離散再堆積）近凈成型工藝。生長成型：利用材料的活性進(jìn)行成型的方法。自然界中的生物（植物、動物）個體發(fā)育均屬于生長成型。這是最高層次的成型方法。

快速成型基于離散/堆積的思想，將一個物理實體復(fù)雜的三維加工，離散成一系列二維層片,然后逐點、逐面進(jìn)行材料的堆積成型。

是一種降維制造或者稱增材制造技術(shù)。二、

快速成型技術(shù)的原理CAD模型STL模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型分層生成支撐和加工路徑快速原型后處理

快速成型的過程堆積成型快速成型包括了前處理、堆積成型、后處理三個階段前處理三、

快速成型技術(shù)的特點1）可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實體。離散/堆積成型的原理，將十分復(fù)雜的三維制造過程簡化為二維過程的疊加2）快速原型產(chǎn)品單價與原型的復(fù)雜程度和原型的數(shù)量均無關(guān)

產(chǎn)品單價產(chǎn)品單價傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法RPRP復(fù)雜程度制造數(shù)量3）高度柔性。成型過程無需專用工具或夾具，通過對CAD模型的修改重組就可獲得新零件的設(shè)計和加工信息

。4）快速性。從CAD設(shè)計到原型(或零件)加工完畢，只需幾十分鐘至幾十小時5）成形過程中信息過程和材料過程的一體化，尤其適合成形材料為非均質(zhì)的原型。6）良好的經(jīng)濟(jì)效益。（降低小批量產(chǎn)品的周期、減少零件的數(shù)量）7）技術(shù)的高度集成。集成了CAD、CNC、激光、材料等技術(shù)。（對設(shè)計約束越來越小、零件制造技能低、與反求工程（RE）實現(xiàn)精確復(fù)制）熔融沉積制造(FDM)光固化成型（SLA）分層實體制造(LOM)三維印刷(3DP)BasicRPTechnologies選擇性激光燒結(jié)(SLS)任務(wù)二了解快速成型的典型工藝

利用紫外光照射在液態(tài)的光敏樹脂使其凝固的原理進(jìn)行工作的。由計算機(jī)控制激光束以模型各分層截面輪廓為軌跡逐點掃描,使被掃描區(qū)內(nèi)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)后固化，從而形成制件的一個薄層截面。每固化一層，

工作臺就下降一精確的距離，在剛剛固化的樹脂表面布放一層新的樹脂以便進(jìn)行在前一層已固化的樹脂上，直到形成零件實體。

1.立體印刷成型SLA用SLA成型的零件零件支撐平板優(yōu)點1)尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以達(dá)到±0.1mm。2)成型過程自動化程度高。SLA系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始后，成型過程可以完全自動化，直至原型制作完成。3）表面質(zhì)量較好。雖然在每層固化時側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果。4）可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型。5）可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。

缺點1）尺寸穩(wěn)定性差。2）需要設(shè)計工件的支撐結(jié)構(gòu)，否則會引起成型件變形。3）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高。4）可使用的材料種類較少。5）液態(tài)樹脂具有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)6）需要二次固化。7）液態(tài)樹脂一般較脆、易斷裂，不便進(jìn)行機(jī)加工。

LOM方法采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。通過加熱的滾筒紙使紙張一層層粘在一起。每粘一層由激光按照零件形狀將紙切斷，最后由每一層疊起來的紙張形成零件

2.分層實體制造(LOM)

用LOM成型的零件零件去除的材料切成小方格便于剝離

優(yōu)點1）成型速度較快,因而常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單的大型零件。2）原型精度高，翹曲變形較小。3）制件能承受高達(dá)200°C的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能。4）可進(jìn)行切削加工。5）無需后固化處理。6）無須設(shè)計和制作支撐結(jié)構(gòu)。7）廢料易剝離。8）可制作尺寸大的制件。9）原材料價格便宜，原型制作成本低缺點1）不能直接制作塑料工件。2）工件（特別是薄壁件）的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好。3)工件易吸濕膨脹。因此，成型后應(yīng)盡快進(jìn)行表面防潮處理（樹脂、防潮漆涂覆等）。4)工件表面有臺階紋理，難以構(gòu)建形狀精細(xì)、多曲面的零件

利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。

3.選擇性激光燒結(jié)(SLS)

用SLS成型的零件在內(nèi)腔和孔未燒結(jié)的粉末作為支撐非常容易移除優(yōu)點1）可以采用多種材料（包括類工程塑料、蠟、金屬、陶瓷等）。2）過程與零件復(fù)雜程度無關(guān)，制件的強(qiáng)度高。3）材料利用率高，未燒結(jié)的粉末可重復(fù)使用，材料無浪費。4）無需支撐結(jié)構(gòu)。5）與其他工藝相比，能生產(chǎn)較硬的模具。缺點1）成型件結(jié)構(gòu)疏松、多孔，且有內(nèi)應(yīng)力，制件易變形。2）生成陶瓷、金屬制件的后處理較難。3）需要預(yù)熱和冷卻，后處理麻煩。4）成型表面粗糙多孔，并受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。5）成型過程產(chǎn)生有毒氣體和粉塵，污染環(huán)境

絲材在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)。每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當(dāng)前層起到定位和支撐的作用。

4.熔融擠出成型（FDM/MEM）

4.熔融擠出成型（FDM/MEM）

優(yōu)點1）成本低(設(shè)備費用低；原材料便宜）的3）原材料以材料卷的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換。4）可選用多種材料，如各種色彩的工程塑料ABS、PC、PPSF以及醫(yī)用ABS等。5）原材料在成型過程中無化學(xué)變化，制件的翹曲變形小。6）用蠟成型的原型零件，可直接用于熔模鑄造。

缺點1）成型件的表面有較明顯的條紋。2）沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱。3）需要設(shè)計與制作支撐結(jié)構(gòu)。4）需要對整個截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時間較長。5）支撐去除比較麻煩（如采用水溶性支撐技術(shù)，使得去除支撐結(jié)構(gòu)簡單易行

材料的類型及固化方式，3D可分為：粉末材料三維噴涂粘結(jié)成型熔融材料噴墨三維成型5.三維印刷(3DP)

與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。

5.三維印刷

——粉末材料三維噴涂粘結(jié)成型三維噴涂粘結(jié)成型特點1）成形速度快，成形材料價格低，適合做桌面型的快速成形設(shè)備；2）在粘結(jié)劑中添加顏料，可以制作彩色原型，這是該工藝最具競爭力的特點之一；3）成型過程不需要支撐，多余粉末的去除比較方便，特別適合于做內(nèi)腔