基于逆向工程和SLA的产品实验报告

第1页共8页深圳大学考试答题纸(以论文、报告等形式考核专用)二○一四～二○一五学年度第1学期课程编号1101260004课程名称机械制造技术基础主讲教师程涛评分学号2012110307姓名龙睛专业年级12级交通运输03教师评语：题目：基于逆向工程和SLA的产品三维设计造型及加工操作第2页共8页深圳大学实验报告实验项目名称：基于逆向工程和SLA的产品设计造型及加工操作学院：机电与控制工程学院专业：交通运输指导教师：程涛报告人：龙睛学号：2012110307班级：交通3班实验时间：实验报告提交时间：教务处制第3页共8页［机械工程／mechanicalengineering］基于逆向工程和SLA的产品三维设计造型龙睛[e-mail]深圳大学机电与控制工程学院深圳518000摘要：随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多年的原型设计方法。关键词：机床技术；逆向工程；快速成型；固化；分层；三维技术中图分类号：TH164；TG669文献标志码：B3DdesignmodelingproductbasedonreverseengineeringandSLALongJingCollegeofMechatronicsandControlEngineering,ShenzhenUniversityAbstract：Withthewideapplicationofcomputertechnologyinmanufacturingfield,especiallytherapiddevelopmentofdigitalmeasurementtechnology,productmodelingtechnologyofmeasurementdatabecomethemainobjectofattentionbasedonReverseEngineeringtechnology.Thesurfaceoftheobjectofspatialdataobtainedbydigitalmeasuringequipment,needtobeprocessedtoreverseengineeringtechnologytoobtaindigitalmodelofproductmanufacturinganddeliverytotheCAMsystem,completeproduct.Inrecentyears,intheautomotive,electronicsandotherfieldsmoreandmorepeopleusingthereverseengineeringtechnologytoreplacetheprototypedesignmethodusedforyears.Keywords：machinetool；reverseengineering；rapidprototyping；solidifying；lamination；three-dimensionaltechnology随着测量技术和计算机技术的发展，以实体为研究对象，利用逆向工程技术对产品进行建模、仿真、优化及新产品开发成为现代设计的一大热点。逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进第4页共8页行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。原理是针对已有样件（尤其是包含有复杂不规则自由曲面的样件），可利用三维数字化测量仪器准确、快速地测量出产品外形数据，在逆向软件中构建曲面模型，再输入CAD/CAM系统进一步编辑修改，由CAM生成刀具NC代码（加工路径）送至数控机床（CNC）制作所需模具，或者由快速成型机（RP）将样品模型制作出来。工作流程分为四步，第一步是曲线处理过程：决定索要创建的曲线类型，曲线可以设计得与点的片段相同，或让曲线更光滑些，由已存在的点创建出曲面；第二步是检查、修改曲线，检查曲线与点或者其他曲线的精确度、平滑度与连续的相关性。第三步是误差分析：可以考虑被测物对机构引起的综合轨迹误差、逆向工程设计所依据的数据值存在的测量误差、设计中的被测物存在的加工误差、设计中的曲线拟合存在的拟合误差等方面；第四步是点处理过程：主要包括点云分块、多视点云的拼合、点云过滤和数据精简。最重要的技术有两项，零件的数字化和计算机反向辅助建模。1课程设计的主要内容介绍1.1课程设计目的1)了解、熟悉和掌握逆向工程（反求工程）的概念、基本原理、主要过程及其在产品设计开发中及其他诸多领域（如医疗、文物修复、样品复制等）的重要作用和意义2)了解逆向工程的主要扫描仪器（如三坐标测量机、三维激光扫描仪、白光光栅扫描仪等）的工作原理、主要结构、操作方法与步骤，学会使用数码白光光栅三维扫描仪对实物进行三维扫描、反求，获取点云数据3)了解几种典型的逆向工程软件如Imageware、GeomagicStudio、CopyCAD以及RapidForm等，学会其中一种，并能够利用其进行实物三维模型的重构、修复（也可利用ProE或UG、SolidWork等来修复）4)了解、熟悉和掌握快速成形（重点是光固化快速成形工艺SLA）的概念、基本原理、主要工艺方法及工艺流程，及快速成形在产品设计、加工制造、快速制模中的重要作用与意义5)了解光固化快速成形（SLA）系统——西安交大SPS450B光固化快速成形系统的工作原理、组成、结构、操作方法与步骤，学会使用快速成形数据准备软件RPData和SPS450B进行快速成形加工、制作出实物的样件6)学会基于逆向工程和SLA的方法以快速进行产品的三维反求、样品制作1.2课程设计实验内容1）三坐标测量机的认知与操作(了解和学习三坐标测量机的工作原理、结构、操作流程与规范及其用途等)2）三维扫描仪——数码白光光栅三维扫描仪的认知与操作（学习、掌握白光光栅三维扫描仪的工作原理、结构，操作流程、步骤、规范，以及主要用途等，学会白光光栅三维扫描仪的操作使用）3）产品实物的三维反求扫描（选取意见产品实物，利用白光光栅三维扫描仪对其进行三维反求扫描，获取建立其3D模型所需的点云数据）4）三维模型重构与修复（了解、学习和掌握Imageware或GeomagicStudio软件，并利用该软件对产品实物的点云数据进行三维模型重构与修复）5）光固化快速成形系统——SPS450B的认知与操作（学习、掌握SPS450B系统的工作原理、结构，操作流程、步骤、规范，以及主要用途等，学会SPS450B系统的操作使用）6）三维模型切片（学习和掌握光固化快速成形系统数据准备软件RpData的使用，及利用该软件对产品实物的三维模型进行切片，以能够进行快速成形、制作）7）产品样件的加工制作（利用SPS450B系统进行产品样件的快速成形加工、制作）8)撰写“基于逆向工程和SLA的XXXX产品设计造型及加工”的课程论文，课程论文格式见附件。1.3课程设计实验设备表1实验设备Table1Equipment名称型号规格数量三坐标测量机蔡司1数码白光光栅三维扫描仪德国SteinbichlerOptotechnik公司1第5页共8页COMET-7.5光固化快速成形系统（光固化成型机、快速成形数据准备软件RpData等）SPS450B1逆向工程软件Imageware或GeomagicStudio计算机辅助设计软件UG、ProE1.4课程设计培养能力1)现代先进设计方法与技术——逆向工程的定义、原理、主要流程与处理方法、应用领域；主要反求扫描仪器设备（三坐标测量机、三维扫描仪）及其工作原理、主要结构、扫描方法、处理过程；几种典型逆向工程软件的功能、使用；2)操作使用三坐标测量机进行精密测量和三维反求的基本技能；3)操作使用数码白光光栅三维扫描仪进行精密测量和三维反求的基本技能；4)使用逆向工程软件Imageware或GeomagicStudio以及UG、ProE等进行三维模型重构与模型修复的基本能力；5)现代先进加工制造方法、制造工艺与技术——快速成形的内涵、原理、典型工艺及其工艺流程和处理方法、应用范围；光固化快速成形工艺的原理、技术路线、特点与应用；光固化成形设备的工作原理、结构与组成、操作使用等；6)使用光固化快速成形系统数据准备软件RpData对三维模型进行分层、切片的技能；7)操作使用光固化快速成形系统SPS450B进行产品、零部件快速成形加工、制作的能力；7)基于逆向工程和SLA的产品三维反求、样品制作、快速制模方法、工艺、软硬件系统、操作使用和实际应用的能力。2课程设计的实施与结果分析处理2.1对样件或实物进行反求2.1.1样件或实物介绍及其照片我们小组选择了红色的DHH挂件，在实验前我们在挂件表面喷上一层防反光漆，如下：图1物件原型图2喷涂防反光漆过程图3喷漆后物件Fig1OriginalobjectFig2Spurtinganti-reflectionsprayFig3Afterspurting2.1.2对样件进行反求所用到的主要设备及参数本实验室3D白光扫描仪是由德国的SteinbichlerOptotechnikGmbH所设计制造，型号为COMET5/2M，系统由电脑主机、控制器、投影及照相模块、旋转台、升降三角架及操作软件组成，属于非接触式三维测量系统，可快速获取复杂曲面的表面点云数据，能提供多种通用格式的输入与输出功能（如STL、IGES、VDA、ac、ASCII等）。目前广泛应用于产品的逆向设计、模具制造、批量生产的检验等多方面。仪器配备有二个测量场镜头，100和200，技术参数如下表2：表2技术参数Table2technicalparameter100测量场第6页共8页量测范围(x*y)：85x65x60mm³量测距离(z)：450mm以上(具有半导体雷射点导引距离)量测资料的点距(x,y)：0.055mm点云数据数量1600x1200200测量场量测范围(x*y)：180x135x140mm³量测距离(z)：850mm以上(具有半导体雷射点导引距离)量测资料的点距(x,y)：0.115mm点云数据数量1600x12002.1.3对样件扫描数据的主要处理过程1）打开电脑主机开关，将控制器电源打开，并将光源按扭打开，这时光源灯的绿光会一闪一闪，直至光源灯呈稳定的绿光2）打开测量软件3）将测量工件安稳放置在旋转台中间位置，调整照相模块使光源对准工件，调整焦距，将红色焦点对准白色十字交叉点，并且使这个红色焦点是对准工件中点位置。4）扫描工件，如图4，旋转扫描，设定一圈照六次即每60度照一次，扫描完成后去除杂点。图4扫描工件Fig4Scanningobject5）单张扫描，将其与前面扫描部分叠合6）优化数据，将数据库缩小7）输出文档STL格式8）关闭扫描仪，先将控制器上光源按扭按下，绿灯会一闪一闪，直至完全熄灭，再关闭控制器电源开关，然后关闭扫描软件和电脑。2.2基于SLA对样件进行快速成型处理2.2.1逆向工程软件介绍与切片过程1）打开逆向工程软件GeomagicStudio，打开3D扫描文件2）去除杂质、修补漏孔3）点击多边形-填充孔-全部填充4）在挂件双脚底部挖两个孔，便于制造时树脂流出5）点击多边形-抽壳，留不超过2mm厚度，制造时只造外壳，而非实心，节省树脂材料6）简化后，输出文件，STL文件格式图5修补Fig5Repairing2.2.2分层软件RPData介绍与分层过程1）打开RPData软件，加载逆向工程文件2）调整摆放位置，旋转一定角度将物件摆正3）点击处理-自动支撑-选择模型4）点击显示2-支撑数据-全部显示5）点击显示2-模型数据-显示，在左侧数据栏中删除空腔中不必要的支撑数据，将内部基本处理干净6）点击处