增材制造工藝與應(yīng)用教案課程名稱增材制造工藝與應(yīng)用課題名稱（項目、任務(wù)、情境）項目二認(rèn)識增材制造前處理任務(wù)2認(rèn)識三維掃描及逆向建模授課地點理實一體實訓(xùn)室課時教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)掌握逆向建?；玖鞒棠芰Γ寄埽┠繕?biāo)能正確使用掃描儀進行逆向建模。情感目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神。教學(xué)重點難點重點掌握掃描儀的分類難點掌握掃描儀的使用方法教學(xué)資源多媒體教學(xué)課件、教材能力訓(xùn)練任務(wù)及案例使用掃描儀進行逆向建模課堂反思

步驟時間分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動舊課復(fù)習(xí)正向建模的常規(guī)流程：（1）產(chǎn)品功能設(shè)計（2）概念設(shè)計（3）細(xì)節(jié)設(shè)計（4）cad模型的創(chuàng)建（5）模型導(dǎo)出提問法PPT展示問題，引發(fā)學(xué)生思考搶答，贏得平時成績告知本節(jié)課我們學(xué)習(xí)項目二認(rèn)識增材制造前處理任務(wù)2認(rèn)識三維掃描及逆向建模講授法引入任務(wù)描述：學(xué)習(xí)并認(rèn)識三維掃描儀的種類、特性及使用方式，總結(jié)各類掃描儀的特點，能夠針對實際情況選擇合適的掃描儀；了解逆向建模的定義及簡單操作。講授法操練1.什么是掃描儀3D掃描儀(3DScanner)是一種科學(xué)儀器，用來偵測并分析現(xiàn)實世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀數(shù)據(jù)(如顏色、表面反照率等性質(zhì))。收集到的數(shù)據(jù)常被用來進行三維重建計算，在虛擬世界中創(chuàng)建實際物體的數(shù)字模型。2.掃描儀的分類3D掃描儀的制作并非依賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點，成本與售價也有高低之分。儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面，而激光技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面。掃描儀的分類如圖2-1掃描儀的分類所示：接觸式接觸式測量又稱為機械測量（圖2-2所示），這是目前應(yīng)用最廣的自由曲面三維模型數(shù)字化方法之一。三坐標(biāo)測量機是接觸式三維測量儀中的典型代表，它以精密機械為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用了電子技術(shù)、計算機技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等先進技術(shù)。根據(jù)測量傳感器的運動方式和觸發(fā)信號產(chǎn)生方式的不同，一般將接觸式測量方法分為單點觸發(fā)式和連續(xù)掃描式兩種。圖2-1掃描儀的分類圖2-2三坐標(biāo)測量儀接觸式三維掃描的優(yōu)點：適用性強、精度高(可達微米級別)，不受物體光照和顏色的限制，適用于沒有復(fù)雜型腔、外形尺寸較為簡單的實體測量。缺點:由于采用接觸式測量，可能損傷探頭和被測物表面，故不能對軟質(zhì)的物體進行測量，應(yīng)用范圍受到限制；精度受環(huán)境溫度、濕度影響；同時采集速度受到機械運動的限制，測量速度慢、效率低；無法實現(xiàn)全自動測量;接觸測頭的掃描路徑不可能遍布被測曲面的所有點，它獲取的只是關(guān)鍵特征點，因而，它的測量結(jié)果往往不能反映整個零件的形狀，在行業(yè)中的應(yīng)用具有一定的限制。(2)非接觸式現(xiàn)代計算機技術(shù)和光電技術(shù)的發(fā)展使得基于光學(xué)原理、以計算機圖像處理為主要手段的三維自由曲面非接觸式測量技術(shù)得到了快速發(fā)展。各種各樣的新型測量方法不斷產(chǎn)生，它們具有非接觸、無損傷、高精度、高速度，以及易于在計算機控制下實施自動化測量等一系列特點，已經(jīng)成為現(xiàn)代三維面形測量的重要途徑及發(fā)展方向（如圖2-3所示）。3D激光掃描儀的特點:①非接觸式測量，主動掃描光源；②數(shù)據(jù)采樣率高；③高分辨率、高精度；④數(shù)字化采集、兼容性好；⑤可與外置數(shù)碼相機、GPS系統(tǒng)配合使用，極大地擴展了三維激光掃描技術(shù)的使用范圍。圖2-3光學(xué)線性手持掃描儀講授法PPT課件筆記記錄深化3.光學(xué)掃描儀的使用流程（1）前處理①檢查物體表面是否反光、太暗或為透明材質(zhì)，物體表面如出現(xiàn)這三種情況中的任意一種，都將影響掃描儀的掃描質(zhì)量，需進行顯現(xiàn)劑噴涂處理；②針對不同的零件，需要進行標(biāo)記點的粘貼，用來提高掃描精度及掃描拼接；③針對特征的復(fù)雜程度，選擇合理的解析度；④根據(jù)現(xiàn)場實際的環(huán)境光強度，選擇合理的曝光度。（2）掃描細(xì)節(jié)掃描過程中注意掃描儀到掃描物體之間的掃描距離與掃描儀的移動速度，這將直接影響掃描最終結(jié)果的質(zhì)量。在掃描中，需靈活的使用手肘，手腕等關(guān)節(jié)，且使用者目光需時刻關(guān)注電腦中所顯示的掃描情況。（3）掃描后處理掃描的后處理主要是對計算機采集到的數(shù)據(jù)進行處理，需要對掃描文件中無用的雜點、噪點、掃描缺陷進行簡單修補及處理，對于彩色掃描儀，可直接在掃描軟件內(nèi)完成貼圖工作。最終，將掃描完成的數(shù)據(jù)生成為.STL格式即可打印或進行逆向建模。4.點云處理及逆向建模掃描儀在掃描物體后，所得到的數(shù)據(jù)多為點云（.asc.iges）及三角面片體（.stl.obj），部分掃描儀軟件可對掃描的文件進行簡單的處理及封裝，但大部分效果不盡人意，因此需要專業(yè)的對點云及面片處理的軟件來優(yōu)化掃描點云，國內(nèi)市場常用的軟件有：Geomagic、imageware等。(1)點云數(shù)據(jù)處理點云數(shù)據(jù)處理的一般流程（如圖2-4所示），對于特征相對簡單，經(jīng)過圖2-4所示流程后，基本可以達到3D打印的要求，如有更高的要求或修改意向，可進行更深程度的逆向建模或?qū)呙枘Ｐ瓦M行雕刻處理。（2）逆向建模逆向建模（ReverseModeling），是基于現(xiàn)實中存在的人物、物品等進行逆向建模的一種方式。逆向建模的技術(shù)發(fā)展日新月異，目前逆向建模技術(shù)逐漸的成熟。逆向建模技術(shù)中包括：點云逆向建模、照片逆向建模、三維掃描逆向建模等技術(shù)。逆向建模是一種不同的建模思路，無論采用哪種逆向建模的技術(shù)，最終都將轉(zhuǎn)化為多邊形或者三角面的數(shù)字模型。生成的模型可用于數(shù)字可視化、影視、游戲及其他科研使用。逆向為一種建模思路，因此對于軟件的要求并不高，理論上所有正向建模軟件均可進行逆向設(shè)計，以三維掃描逆向建模技術(shù)為例，如圖2-5為逆向常規(guī)流程。

圖2-5逆向工程實施流程（3）STL格式文件STL是一種利用三角面片表達三維實體表面模型的文件格式，由美國3DSystems公司于1988年制定，在工業(yè)界被廣泛應(yīng)用。目前，幾乎所有的增材制造系統(tǒng)和大部分CAE系統(tǒng)都采用STL文件作為數(shù)據(jù)交換格式。大多CAD軟件都可以導(dǎo)出STL文件格式,但不能對STL文件編輯處理。STL文件從其產(chǎn)生之初就應(yīng)用于增材制造領(lǐng)域中，被作為制件切片、大制件分割、支撐生成等數(shù)據(jù)處理的主要數(shù)據(jù)模型。另外，由于增材制造成形空間有限等原因，對于尺寸較大的制件需要對其STL模型進行分割處理。盡管STL文件從其產(chǎn)生至今，不論是在研究方面還是在應(yīng)用方面都取得了可喜的進展,但仍存在明顯不足，其中最突出的就是STL文件可編輯性差。為了解決STL文件可編輯性差的問題，增材制造系統(tǒng)大多采用自行開發(fā)的軟件系統(tǒng)，目前可用的，可編輯性高的stl編輯軟件有：UG（1926后的版本）、MaterialiseMagics、Geomagic及部分不通用的獨立切片軟件。講授法講授法PPT展示圖片PPT展示圖片筆記記錄筆記記錄訓(xùn)練 分組討論：正、逆向建模的區(qū)別是什么？光學(xué)掃描儀的優(yōu)點與缺點分別是什么？搶答法PPT展示搶答，為小組得分總結(jié)1.什么是掃描儀2.掃描儀的分類3