基于逆向工程和SLA的产品实验报告
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 学 号 2012110307 课程名称 机械制造技术基础
姓名 龙睛
专业年级
主讲教师
程涛
评分
12级交通运输03
题目：
基于逆向工程和SLA 的产品三维设计造型及加工操作
深 圳 大 学 实 验 报 告
实验项目名称：
学 院：
专 业：
指 导 教 师：
报 告 人：
实 验 时 间：
实 验 报 告 提 交 时 间：
教务处制
［机械工程／mechanical engineering］
基于逆向工程和SLA 的产品三维设计造型
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：TH 164；TG 669 文献标志码：B
3D design modeling product based on reverse engineering and SLA
Long Jing
College of Mechatronics and Control Engineering , Shenzhen University
Abstract ：With the wide application of computer technology in manufacturing field,especially the rapid development of digital measurement technology, product modeling technology of measurement data become the main object of attention based on Reverse Engineering technology. The surface of the objectof spatial data obtained by digital measuring equipment, need to be processed to reverse engineering technology to obtain digital model of productmanufacturing and delivery to the CAM system, complete product. In recent years, in the automotive, electronics and other fields more and more peopleusing the reverse engineering technology to replace the prototype design method used for years.
Key words ：machine tool ；reverse engineering ；rapid prototyping ；solidifying ；lamination ；three-dimensional technology
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 、Geomagic Studio 、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Geomagic Studio 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
Table 1Equipment
型 号 规 格
蔡司
德国Steinbichler Optotechnik公司
COMET-7.5
光固化快速成形系统（光固化成型机、SPS450B 快速成形数据准备软件RpData 等）
逆向工程软件 Imageware 或Geomagic Studio 计算机辅助设计软件 UG 、ProE
1.4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
Geomagic Studio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；
名 称 三坐标测量机
数码白光光栅三维扫描仪 数 量 1 1 1
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 Fig 1 Original object Fig 2 Spurting anti-reflection spray Fig 3 After spurting
2.1.2对样件进行反求所用到的主要设备及参数 件组成，属于非接触式三维测量系统，可快速获
本实验室3D 白光扫描仪是由德国的取复杂曲面的表面点云数据，能提供多种通用格Steinbichler Optotechnik GmbH所设计制造，式的输入与输出功能（如STL 、IGES 、VDA 、ac 、型号为COMET5/2M，系统由电脑主机、控制器、ASCII 等）。目前广泛应用于产品的逆向设计、投影及照相模块、旋转台、升降三角架及操作软模具制造、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 Table 2 technical parameter
100测量场
量测范围 量测距离 量测资料的点距 点云数据数量
200测量场
量测范围 量测距离 量测资料的点距 点云数据数量
(x * y)：85 x 65 x 60 mm³
(z)：450 mm以上(具有半导体雷射点导引距离)
(x, y)：0.055mm 1600 x 1200 (x * y)：180 x 135 x 140 mm³
(z)：850 mm以上(具有半导体雷射点导引距离)
(x, y)：0.115mm 1600 x 1200
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Geomagic Studio，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
2.1.3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5 修补
图4 扫描工件 Fig 4 Scanning object
Fig 5 Repairing
2.2.2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
5）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。
6）点击处理-分层处理-选择模型，进行分层处理
7）处理完成后，若检查左侧栏中有没有红色项目，若没有则证明没有问题，输出SLC 文件
图6 分层 Fig 6 Lamination
图7 挖空 Fig 7 Digging a hole
2.2.3基于SLA 系统进行快速成型制造的主要过程
1）打开电源总闸 2）依次按下机床右侧绿色电源键及加热键，启动机床
3）按下主机POWER 键，启动电脑，按F2进入系统
4）按下伺服电源按钮
5）打开软件，并按下照明按钮打开灯光 6）点击工作台移动控制，将板调至高于液面0.3mm 处，并设置当前为零位
7）转动钥匙，到机床背后将功率调整为13A ，再回到机床前点击软件开启激光灯，并调整激光参数，关闭照明灯光
8）点击文件，加载SLA 数据文件
9）关闭软件，点击关机关闭电脑
10）依次按下伺服系统、加热、电源按钮，
图8 实验中-1
Fig 8 During the experiment-1
拉下总闸。
实验中图片如下：
图9 实验-2
Fig 9 During the experiment-2
3 总结
通过本次课程设计-基于逆向工程及SLA 的产品设计造型实验，我学到了很多，从白光扫描到分层到制作产品，我接触到了很多以前从未接触过的机床以及高新技术。实验的每一步都需要自己动手，首先，选择物件，我们在众多物品中 选择了一个表面凹凸较少、较为光滑的物件，但因表面反光，所以喷上了一层漆；其次我们需要进行扫描，扫描分六个面自动旋转，完成后再对每个面未扫描到处进行单面扫描；最后是到机床操作，在师兄的指导下，我们每人操作了一次机床。虽然实验过程中也遇到一些问题，例如扫描软件比较难操作，有些英文的看不懂，但每一次的动手都让我学到了更多，为今后的学些打下了基础。
参考文献/References:
[1] 深圳大学课程设计实验指导书 -程涛
[2] 逆向工程的发展历程与崛起之路 -模具联盟网 [3] 逆向工程 -百度百科
注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。