1、實(shí)驗(yàn),實(shí)踐環(huán)節(jié)一：三維測(cè)量操作,采用FARO（關(guān)節(jié)臂）+KREON（激光掃描儀）系統(tǒng)進(jìn)行三維測(cè)量。 操作過程： 1 準(zhǔn)備并擺好工件 2 安裝好掃描系統(tǒng) 3 接通電源并開始激光掃描 4 注意觀察電腦屏幕里的工件實(shí)時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成 5 掃描點(diǎn)云處理 6生成逆向工程軟件需要的數(shù)據(jù)格式或RP系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)格式,實(shí)驗(yàn)一：逆向工程技術(shù)實(shí)驗(yàn) 編 號(hào)： 課程名稱：快速原型與逆向工程技術(shù) 英文名稱：Rapid Prototyping And Reverse Engineering 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書名稱：逆向工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 一、學(xué)時(shí)學(xué)分 總學(xué)時(shí)：32 學(xué)分：2 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8 開課學(xué)期：7 二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握產(chǎn)品

2、的逆向設(shè)計(jì)過程，掌握激光三坐標(biāo)掃描的基本方法和樣件三維重構(gòu)的過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的能力。 三、實(shí)驗(yàn)基本原理 激光測(cè)量的三角法原理。 運(yùn)用逆向工程技術(shù)，對(duì)樣件的外形進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行樣件的三維重構(gòu)造型。 四、實(shí)驗(yàn)基本要求 1.每次實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生要進(jìn)行預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由指導(dǎo)教師講授有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意的事項(xiàng)等； 2.實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生之間要相互配合，在老師指導(dǎo)下進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的采集及分析處理、三維模型的重構(gòu)。 五、考核與報(bào)告 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，學(xué)生要按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求和實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由指導(dǎo)教師簽字確認(rèn)后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 六、主要儀器設(shè)備

3、柔性關(guān)節(jié)臂式三坐標(biāo)激光掃描系統(tǒng)（Kreon KZ-50） 計(jì)算機(jī)（需裝有IMAGEWARE軟件） 七、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與內(nèi)容提要 八、適用專業(yè),實(shí)驗(yàn)一：逆向工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,課程編號(hào)：2550317 課程名稱：快速原型與逆向工程技術(shù) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解逆向工程的基本原理和工作流程，初步掌握使用柔性關(guān)節(jié)臂式三坐標(biāo)掃描儀系統(tǒng)對(duì)樣件進(jìn)行測(cè)量的方法，并了解利用測(cè)量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)的過程。 二、實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容 樣件外形測(cè)量與三維重構(gòu)。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具 柔性關(guān)節(jié)臂式三坐標(biāo)掃描系統(tǒng) 裝有IMAGEWARE軟件的計(jì)算機(jī),實(shí)驗(yàn)一：逆向工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,四、實(shí)驗(yàn)原理 1、三維測(cè)量的方法簡(jiǎn)介 不同的測(cè)量對(duì)象和

4、測(cè)量目的，決定了測(cè)量過程和測(cè)量方法的不同。 2、非接觸式測(cè)量的三角測(cè)量原理 激光探頭的測(cè)量原理目前均以三角法為主。如下圖所示，激光由激光二氧化碳激光發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)聚光透鏡（F1）投射到工件表面，由于光束反射作用，部份光源經(jīng)固定透鏡（F2）聚焦后投射在光傳感器（D）上。當(dāng)物體沿y方向上下運(yùn)動(dòng)或者探頭沿y方向移動(dòng)，其散射光投射在光傳感器的位置（X）亦將改變。 2、柔性關(guān)節(jié)臂式三坐標(biāo)掃描儀系統(tǒng)簡(jiǎn)介 柔性關(guān)節(jié)臂式三坐標(biāo)掃描儀系統(tǒng)由柔性關(guān)節(jié)臂式（FARO）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和Kreon激光掃描系統(tǒng)構(gòu)成。 Kreon激光掃描系統(tǒng)是基于激光截面三角測(cè)量的原理，對(duì)工件表面進(jìn)行非接觸式的掃描，在激光線條上采集非常密集

5、的數(shù)字化(坐標(biāo))點(diǎn)，通過與電子控制器(ECU)的連接，記錄激光線與工件相交的位置。攝像機(jī)攝取激光線位置獲得立體影像，ECU電子控制器對(duì)每條激光線條上所記錄的600個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)在Z軸方向的位置，以初始校正時(shí)所記錄的絕對(duì)零位為依據(jù)作重復(fù)計(jì)算。 3、三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)在逆向工程上的應(yīng)用 測(cè)量數(shù)據(jù)的三維實(shí)體重構(gòu)是目前逆向工程領(lǐng)域研究的“瓶頸”，實(shí)際應(yīng)用中，因原始數(shù)據(jù)的獲取方式、三維重構(gòu)支撐環(huán)境、三維重構(gòu)方法和目標(biāo)不同，其理論依據(jù)、技術(shù)路線、算法和工作內(nèi)容有較大差異。 數(shù)據(jù)壓縮、曲線曲面的光順處理噪聲去除、數(shù)據(jù)勻化數(shù)據(jù)預(yù)處理曲面重構(gòu)特征提取與數(shù)據(jù)分塊,實(shí)驗(yàn)一：逆向工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟 1、Kr

6、eon激光掃描系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理”-“SELECT MACHINE”，在對(duì)話框中選“FARO Arm.par”，按OK，跟著會(huì)出現(xiàn)一個(gè)讀取ECU的進(jìn)程。 “Services”-“Positioning” 將工件放在臺(tái)面上使掃描頭能掃到所有要掃的面。被掃工件應(yīng)先噴上顯像劑 Digitization - Add digitization：Name(Path) 按Run digitization定義步距、頻率等 按Record開始掃描，一個(gè)方向掃完后，可用Face檢查，未掃到部分再換方向局部補(bǔ)掃。 將已掃的結(jié)果點(diǎn)云過濾。 將結(jié)果輸出，保存為逆向工程軟件所用的格式文件。 2、在逆向工程軟件中處理測(cè)量所得的數(shù)

7、據(jù)，并進(jìn)行曲面重構(gòu)，得到計(jì)算機(jī)三維模型，最后在三維CAD軟件中完成樣件的三維造型設(shè)計(jì)。 三維實(shí)體重構(gòu)的任務(wù)是： 將測(cè)量數(shù)據(jù)按實(shí)物原型的幾何特征進(jìn)行分割， 針對(duì)不同數(shù)據(jù)塊采用不同的曲面建構(gòu)方案（如初等解析曲面、B-spline曲面、Bezier曲面、NURBS曲面等）進(jìn)行造型， 將這些曲面塊拼接成實(shí)體。,實(shí)驗(yàn)一：逆向工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容及要求 1、本次針對(duì)樣件進(jìn)行三維掃描重構(gòu)實(shí)驗(yàn)的步驟及注意事項(xiàng)。 2、回答思考題： 獲取實(shí)物的表面數(shù)據(jù)的方法一般有哪幾種？ 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用可用于哪些方面？ 被掃描的物體的表面特性（軟、硬，特征大、小，有無內(nèi)部深孔式特征等）對(duì)于掃描有無影響？

8、是否每一種物體都適用同一種方式進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)？ 七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 設(shè)備必須接地良好 插拔連接線一定要先斷開電源 先開FARO，并將FARO回零 打開ECU電源 等待ECU的發(fā)光二極管閃爍后，再啟動(dòng)POLYGONIA軟件 掃描結(jié)束時(shí)先退出POLYGONIA，再關(guān)閉ECU和FARO的電源。連接掃描頭的電纜不能被重壓及強(qiáng)力扭轉(zhuǎn) 掃描頭不用時(shí)必須停放于指定位置，不可隨意放置。,實(shí)踐環(huán)節(jié)二：LOM快速成型機(jī)操作,一、 零件快速成型的原理 快速成型技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，快速制造任意復(fù)雜形狀的三維物理實(shí)體的技術(shù)。其核心是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，其基本過程包括； 1 CAD模型設(shè)計(jì)：主要解決零件的幾何造型，

9、因此需有較強(qiáng)的實(shí)體造型或曲面造型功能，并與后續(xù)的軟件具有良好的數(shù)據(jù)接口。目前大多數(shù)商業(yè)軟件均配有STL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，如PRO/E，UG，MDT，CATIA等。 2 Z向離散化：這是一個(gè)分層過程，它將CAD模型在Z向上分成一系列具有一定厚度的薄層，厚度在0.050.3mm之間。離散化破壞了零件在Z向的連續(xù)性，使之在Z向產(chǎn)生了“臺(tái)階”。但從理論上講，只要將分層厚度定得合理，就可以滿足零件的加工精度要求 3 層面信息處理：為控制成型機(jī)對(duì)層面的加工軌跡，就必須把層面的幾何形狀信息轉(zhuǎn)換成控制成型機(jī)運(yùn)動(dòng)的數(shù)控代碼。 4 層面加工與粘接：成型機(jī)根據(jù)控制指令進(jìn)行二維掃描。同時(shí)進(jìn)行層與層的粘接。 5 層層堆積：

10、當(dāng)一層制造完畢后，成型機(jī)工作臺(tái)下降一個(gè)層厚的距離，再加工新的一層，如此反復(fù)進(jìn)行直至整個(gè)原型加工完畢。對(duì)完成的原型進(jìn)行后處理，如深度固化、去除支撐、打磨、著色等，使之達(dá)到要求,實(shí)踐環(huán)節(jié)二：LOM快速成型機(jī)操作,二、 零件分層數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方法 首先由CAD三維造型軟件生成產(chǎn)品三維曲面模型或?qū)嶓w模型；然后將CAD數(shù)據(jù)模型網(wǎng)格化處理后生成三角形面化數(shù)據(jù)模型，即STL數(shù)據(jù)模型；然后再利用切片軟件，將所表達(dá)的三維數(shù)據(jù)模型用一系列平行于XY平面，在Z方向有一定間距的平面來切割，以生成一層一層的截面輪廓信息，每一層的邊界是由許多小線段組成，同時(shí)對(duì)輪廓截面網(wǎng)格劃分；最后再對(duì)分層信息進(jìn)行NC后置處理，生成控制成型機(jī)

11、的數(shù)控成型代碼，并進(jìn)行分層制造，層層迭加，最后形成產(chǎn)品的三維原型。 三、 LOM型激光快速成型設(shè)備的組成 計(jì)算機(jī)、原料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)、熱粘壓機(jī)構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、可升降工作臺(tái)和數(shù)控系統(tǒng)、模型取出裝置和機(jī)架等組成。,實(shí)踐環(huán)節(jié)二：LOM快速成型機(jī)操作,四、 LOM型激光快速成型技術(shù)原理及所制造的快速成型零件的最終獲得 1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 （1） 加載STL文件 （2） 修改系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 （3） 零件縮放和定位 （4） 分層切片、加網(wǎng)格和邊框 （5） 檢查 （6）退出系統(tǒng) 2快速成型制作 （1） 設(shè)備準(zhǔn)備 （2） 啟動(dòng)成型軟件 （3） 選擇工藝參數(shù) （4） 數(shù)控系統(tǒng)初始化 （5） 手工制作工藝基礎(chǔ)層 （6）

12、 造型 （7） 退出系統(tǒng) 3下件及后處理 （1） 下件 （2） 用夾具固定冷卻 （3） 剝除廢料 （4） 零件表面涂清漆并烘開 （5） 按用戶要求進(jìn)行其它后處理步驟,實(shí)驗(yàn)二：快速成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,課程編號(hào)：課程名稱：快速原型與逆向工程技術(shù) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握激光快速制造技術(shù)，了解薄型材料選擇性切割（LOM：Laminated Object Manufacturing 分層物體制造）機(jī)理，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的能力。 二、實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容 樣件的快速成形制造 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具 本實(shí)驗(yàn)采用ZIPPY-I-b型激光快速成型機(jī)。該設(shè)備采用二氧化碳激光發(fā)生

13、器。,實(shí)驗(yàn)二：快速成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,四、實(shí)驗(yàn)原理 激光快速原型制造技術(shù) 激光快速原型制造技術(shù)生產(chǎn)的基本思路，起源于任何一個(gè)三維物體都可以看成是由一系列連續(xù)薄切片組成的。也就是說，只要用二維制造的方法獲得一系列連續(xù)薄切片，將其按順序堆疊，就可以的到所需要的三維實(shí)體，故快速原型制造技術(shù)又稱為生長(zhǎng)型制造技術(shù)。該方法的成型本質(zhì)是一個(gè)由漸變、積累到質(zhì)變的材料生長(zhǎng)制造過程，其生長(zhǎng)模式為“漸增”式。這是一種完成不同于傳統(tǒng)“去除”式加工模式的新型制造理念，從根本上改變了制造的傳統(tǒng)模式。 快速原型集成制造系統(tǒng) 快速原型制造技術(shù)是一種涉及多學(xué)科的新型綜合制造技術(shù)。它綜合應(yīng)用了現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、CAD

14、/CAM技術(shù)、激光技術(shù)和新型材料領(lǐng)域的最新成果。 ZIPPY-I-b型激光快速成型系統(tǒng)按其功能可分為：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)大體分為成型機(jī)成型執(zhí)行部分和掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)；軟件系統(tǒng)包括分層軟件、支撐軟件和系統(tǒng)控制軟件。 ZIPPY-I-b型激光快速成型機(jī)成型執(zhí)行部分 ZIPPY-I-b型激光快速成型機(jī)的固化成型執(zhí)行部分主要包括光路部分和機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分，分別完成光束的聚焦、傳輸以及工作臺(tái)在三維方向上的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)樹脂有序固化，完成從三維CAD模型到實(shí)體即原型/零件的制作過程。 掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu) ZIPPY-I-b型激光快速成型機(jī)的掃描系統(tǒng)采用XY坐標(biāo)掃描方式，它是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制下作二維運(yùn)動(dòng)的

15、工作臺(tái)。當(dāng)需切割輪廓線時(shí)，掃描系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)給出的模型，帶動(dòng)激光頭做XY平面運(yùn)動(dòng)，以掃描速度完成二維掃描成型；當(dāng)不切割輪廓線時(shí)，激光頭快速移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)分層加工，周而復(fù)始完成原型（即三維實(shí)體的制作）。 LOM：Laminated Object Manufacturing 分層物體制造機(jī)理 零件外表面是由簡(jiǎn)單或復(fù)雜曲面構(gòu)成的。只要按紙的厚度測(cè)出零件相應(yīng)高度平面上的外輪廓線，就可以據(jù)此在每一層紙上切割出大小、形狀各異的曲邊平面（當(dāng)前切割的紙位于所測(cè)高度處），層疊的效果，就得到了逼真的零件模型 二氧化碳激光發(fā)生器所發(fā)出的激光經(jīng)折射、聚焦，可以在紙上切出輪廓。理論及實(shí)驗(yàn)證明，只要適當(dāng)控制激光的功率和激

16、光頭運(yùn)動(dòng)的速度，就可以達(dá)到每次只切割一層紙的目的，經(jīng)迭加成形后去除廢料，即可得到紙質(zhì)樣件。 分層軟件的使用 由三維CAD模型得到的數(shù)據(jù)格式，目前通常用STL文件格式來表達(dá)。STL文件（即三角形面片信息文件）是三維實(shí)體模型經(jīng)過三角化處理之后得到的數(shù)據(jù)文件，它將實(shí)體表面離散化為大量的三角形面片，從而完成對(duì)三維實(shí)體模型的理想逼近，達(dá)到近似表述制件整體信息的目的。 在生產(chǎn)過程中STL文件無法提供成型機(jī)直接使用，必須使用分層軟件將STL文件轉(zhuǎn)化為二維層片輪廓信息。分層軟件可對(duì)由制作模塊已經(jīng)確定好大小、方向的三維制件CAD模型進(jìn)行分層切片處理，生成加工必須的二維層片輪廓信息，供成型機(jī)加工使用。,實(shí)驗(yàn)二：快

17、速成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟 1、前處理： 調(diào)用CAD系統(tǒng)中的STL文件格式轉(zhuǎn)化模塊將三維CAD模型轉(zhuǎn)化為STL標(biāo)準(zhǔn)格式文件； 用MagicRP軟件對(duì)STL文件進(jìn)行檢查處理； 在MagicRP軟件中確定加工方向并進(jìn)行加工模擬。 2、原型制作： 此實(shí)驗(yàn)中獲得的制件為紙件； 3、后處理： 剝件（去除廢料），紙件表面涂清漆，烘干。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容及要求 1、本次實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)步驟及注意事項(xiàng)。 2、回答思考題： 在ZIPPY-I-b型激光快速成型機(jī)加工制件時(shí)，零件當(dāng)前加工高度是怎樣獲得的？ 成型高度方向?qū)埣膹?qiáng)度有無影響？ 激光頭的功率和激光頭加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)成型精度有無影響？對(duì)剝件

18、有無影響？ 是否每一次切割只能加工一層紙？,實(shí)驗(yàn)二：快速成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1、開機(jī)時(shí)的操作步驟是： 主電源開關(guān)ON MAINSYSTEMON（按下狀態(tài)） 按下CONTROL ON（按下狀態(tài)） 按下HEAT ON（按下狀態(tài)） PAUSE-AUTO-MANUALMANUAL（手動(dòng)） 溫度控制器的溫度為200左右 冷卻器正常工作，溫度為2025 開啟激光器，兩個(gè)綠色激光器電源指示燈亮 2、啟動(dòng)ZIPPY系統(tǒng)軟件后首先調(diào)入待加工的STL文件，注意在“Open STL File”對(duì)話框中的選擇： 單擊“Yes”，選擇“File”菜單下的“Open”，再選定要用的STL文件并選擇適當(dāng)?shù)募庸?shù)，可以制作新件； 單擊“No”，系統(tǒng)將自動(dòng)裝入未完成件的STL文件及原來的成形數(shù)據(jù)記錄，并可繼續(xù)進(jìn)行成形工作，所有參數(shù)均不需重新設(shè)置。 3、所設(shè)置的參數(shù)需在激光快速成形紙基件做件記錄表如實(shí)記錄，同時(shí)加工過程中也必須對(duì)所進(jìn)行的操作進(jìn)行記錄。 4、正常關(guān)機(jī)步驟如下： 如成型件未完成則疊加一層成形材料（Adding One Layer）。 PAUSE-AUTO-MANUAL