逆向工程与快速成型技术教案龚海军.docx
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逆向工程与快速成型技术教案龚海军
逆向工程技术与快速成型技术课程教案
主讲教师:
龚海军
机电与汽车工程学院机械系
2014.09
逆向工程与快速成型技术课程教案
第1讲绪论教学内容和时间布置
教师工作
学生活动
备注
一.引导学生,激发兴趣
逆向工程与快速成型技术国内外应用现状、课程的重要性、该技术是就业时的敲门砖。
与学生互动,通过提问他们对该课程的认识达到让其知晓该课程的重要。
用电影《十二生肖》片段生动演示工程与快速成型技术的现实应用。
关于本课程的教程及参考书说明,如何学习本课程。
二.讲授本次课的主要内容
逆向工程的概念、逆向工程的应用及发展趋势、逆向工程设计制造的工作流程、逆向工程的关键技术、逆向工程常用软件。
逆向工程(ReverseEngineering,RE),也称反求工程、反向工程、抄数,指对存在的模型和零件进行实物测量,根据测量结果重构CAD模型的一个过程。
该模型可以用于分析、修改、制造和检验等多种目的。
根据反求对象的不同可分为
1.实物逆向:
在有产品实物的条件下,通过测绘分析,从而再创造。
2.软件逆向:
通过产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、有关规范和标准等一些技术软件去分析设计。
3.影像逆向:
设计者无产品实物,也无技术软件,仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等,设计者需要从这些影像资料去构思设计产品。
逆向工程是对现有产品模型的再设计,从现实产品原型到最终形成CAD模型是一个推理、逼近的过程。
一般可分为4个阶段:
(1)零件原型的三维测量和数字化
通常采用三坐标测量机或激光扫描装置来获得零件原型表面点的三维坐标值。
(2)从测量数据中提取零件原型的几何特征
按测量数据的几何数据对其进行分割,采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原型所具有的设计与加工特征。
(3)零件原型的三维重构
在分割后的三维数据CAD系统中分别做表面模型的拟合,并通过各表面的求交与拼接获取零件表面的CAD模型。
(4)CAD模型的分析及改进,校验与修正
快速成型技术概论、快速成型技术加工方法和设备、快速成型技术的应用、快速成型技术中的问题、快速成型技术的发展前景。
快速成型技术的工作原理
零件数据CAD模型的建立
数据转换文件的生成由三维造型系统将零件CAD数据模型转换成一种可被快速成型系统所能接受的文件。
分层切片分层切片处理是根据成型工艺要求,按照一定的离散规则将实体模型离散为一系列有序的单元按一定的厚度进行离散。
层片信息处理根据每个层片的轮廓信息,进行工艺规划,选择合适成型参数,自动生成数控代码。
快速堆积成型快速成型系统根据切片的轮廓和厚度要求,用片材、丝材、液体或粉末材料制成所要求的薄片,通过一片片的堆积,最终完成三维形体原型的制备。
1.硬件问题
快速成型技术的设备昂贵成为了制约其推广和应用的主要原因,尤其是中小型企业不具备雄厚的资金。
2.软件问题
快速成型技术中的软件分为成型系统的控制软件和成型系统与CAD模型的接口软件。
面对比较复杂的模型时,处理的速度和精度都不高。
3.材料问题
目前快速成型技术中的材料的成型性能大多不理想,成型件的物理性能还不能完全满足功能性、半功能性零件的要求。
必须借助二次开发和后处理才能达到比较理想的结果。
4.成型工艺的问题
由于树脂的收缩在在层层堆积时所产生的层间粘接应力和未固化的残留液态树脂在固化中的收缩导致了成型过程中零件的变形。
三.布置本周学生学习和创作任务,提出具体的作品要求
1.尽快消化本周所讲的技术。
2.预习下次课的内容。
四.课下工作:
1.检查学生学习情况,发现其中的优点和不足点,为下一次课做好点评准备。
2.辅导学生完成软件安装工作,帮助他们学会安装大型软件,鼓励学生尽早熟悉软件使用。
3.对有兴趣的学生进行单独辅导和讲解,帮助他们对课程做更深入的了解。
听课并简要做好记录
听课并对理解相关技术,随时对技术问题进行质疑。
鼓励学生提出针对性的问题。
1.明了本周要学习和消化的技术。
2.建立团队合作交流意识并在学习和创作中发挥作用。
30
分钟
30
分钟
20
分钟
10
分钟
第2讲第一章Imageware基本操作
教师工作
学生活动
备注
一、回顾总结上次课学习的内容
逆向工程的概念、逆向工程的应用及发展趋势、逆向工程设计制造的工作流程、逆向工程的关键技术、逆向工程常用软件。
快速成型技术概论、快速成型技术加工方法和设备、快速成型技术的应用、快速成型技术中的问题、快速成型技术的发展前景。
二、巩固逆向工程的工作流程,介绍逆向工程的点云形成设备
用视频演示三坐标测量机、激光扫描成像
国内逆向工程的研究情况
检查学生软件安装情况,指导学生安装软件
三、讲授本次课的主要内容
Imageware用户界面
Imageware功能模块
1、基础模块
包含诸如文件存取、显示控制及数据结构。
2、点处理模块
点处理模块包含处理点云数据的工具
3、曲线、曲面模块
提供完整的曲线曲面建立和修改的工具,包括扫掠、放样及局部操作用到的圆角、翻边及偏置等曲面建立命令。
4、多边形造型模块
提供完美的三角形数据处理,提供处理任何大小的多边形模型的能力,能够处理以下的数据源和数据类型:
STL数据、有限元数据和VRML数据。
Imageware基本操作
1、鼠标左键
鼠标左键用于选择几何体、拖动对象以及选择菜单和对话框中的命令和按钮。
常用功能如下:
(1)选取浮动工具条上的命令图标。
(2)在视图区中选取几何对象。
(3)在对话框中单击几何对象的名称,会选中该对象。
(4)按住shift+鼠标左键,拖动鼠标可以对视图进行旋转。
二、快捷键的应用
三、功能设置
四、View的操作
Imageware实体管理
1、实体类型
所有实体的共有特征:
名称:
系统提供唯一的名称。
可见性:
可见性可以决定实体的可选性。
颜色:
每个实体被分配有默认的颜色,可被改变。
当前激活的:
使实体成为所有操作默认的实体。
层:
每个实体都必须位于一个层中。
2、图层管理
图层操作:
1、新建图层:
在树目录的子项中增加一个新图层。
2、删除图层:
删除被选择的图层。
3、合并图层:
将所选中的图层拖到另一个图层上,即可把这两个图层合并。
4、在图层之间移动实体:
选择一个实体并将其拖到另一个图层上,即可把所选择的实体放到另一个图层上。
四、布置本周学生学习和创作任务
1.尽快消化本周所讲的技术。
2.预习下次课的内容。
问答形式
听课并对理解相关技术,随时对技术问题进行质疑。
鼓励学生提出针对性的问题。
参照课本对实例逐个操作,熟练掌握
1.明了本周要学习和消化的技术。
5
分钟
15
分钟
68
分钟
2分钟
第1讲逆向工程技术概论和学习以及创作任务(主任讲)
教师工作
学生活动
备注
一.逆向工程这门课简介
二.讲授本次课的主要内容(对16次课的安排)
1逆向工程概念及流程。
2逆向工程的关键技术及应用
逆向工程的关键技术(数据采集、处理、模型重建)?
流程初步介绍。
3.每一个关键技术点包含哪些具体操作技术?
三.演示以为做好的逆向工程范例,展示整个逆向工程实例的创建过程。
1摩托车逆向工程实例。
2发动机关键部件的逆向实例。
全程操作实例,并提示学生注意关键技术点。
3到实验室参观,初步接触硬件设备。
对数据采集进行演示,让学生亲身感受具体的操作。
四.布置本周学生要思考的问题,明确教学大纲要求的学习和创作任务,提出具体的作品要求(强调以作品创作为主线,边学习边创作,团队合作学习和创作。
“集中培训,分散练习、定期讨论总结”原则)
注重记录和整理学习和创作过程(一些质疑的学习问题和创作过程中的问题以及解决方法)和数据(截取的图片或动画),保存成规范档案,
五.给学生提问质疑的机会,对本次课程内容和布置的学习和创作任务有什么疑问,需要什么帮助。
(以小组为单位轮流,组长负责组织组员事先准备)
听课并做好记录
听课并对理解相关技术,随时对技术问题进行质疑。
鼓励学生提出针对性的问题。
听课并明了实例的操作顺序和关键要素,以便在自己练习过程中顺利完成对实例的操作。
1.明了本周要学习和消化的技术。
2.明确本课程要进行的创作任务。
尽快找到载体进行数据采集,对作品进行最终目标的描述,准备ppt作为开题。
3.明确要提交阶段性学习成果的具体内容和形式。
4.明了在遇到技术问题的时候如何取得技术支持和帮助。
5.建立团队合作交流意识并在学习和创作中发挥作用。
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第2讲逆向工程软件GeomagicStudio介绍和硬件技术培训
教师工作
学生活动
备注
一.介绍逆向工程软硬件技术
二.讲授本次课的主要内容
1软件工程流程介绍
2基于点云的建模过程介绍
3软件用户界面介绍
4选择工具
5菜单和图标
6关节臂技术介绍并演示
三.演示本次课程的技术实例操作过程
1练习实例—geomagicstudio学习入门。
2软件包含几部分?
(从演示界面说明)
3全程操作,并提示学生注意关键技术点。
四.布置本周学生学习和创作任务,提出具体的作品要求,按时将规范作品提交。
老师辅导学生完成样件的数据提取过程。
1尽快消化本周所讲的操作技术,通过反复操练实例来熟悉对软件操作命令。
2针对各自的点云,按照实例的操作顺序进行演练,开始作品的创作。
3记录和整理学习和创作过程中的文字(一些质疑的学习问题和创作过程中的问题以及解决方法)和数据(截取的图片或动画),保存成规范档案,周五之前提交给老师。
五.给学生提问时间,谈学习和创作之前有什么打算和准备如何运用团队学习方式进行学习和创作。
组长带头发言,组员补充。
准备好自己的作品样件(载体),用于逆向工程技术应用的研究对象
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第3讲GeomagicStudio点阶段处理技术(点云编辑和甲壳虫实例)
教师工作
学生活动
备注
一.回顾、总结、点评前一阶段工作
二.讲授本次课的主要内容
1点阶段概述,点云的知识讲述。
2点云编辑
①统一、曲率和有序采样
②减少噪声时显示偏差
③孔填充
④体外孤点和边界选择
3数据注册扫描注册工具
①处理有序和无序数据点
②加载/保存变换矩阵
③1点和n点手动注册
④目标(加工球)注册
⑤全局注册
⑥自动合并多个扫描
4点云合并
三.演示本次课程的技术实例操作过程
1采用练习实例—点云编辑和甲壳虫实例
2本实例所要使用的命令
a点〉删除
b编辑〉选择select〉非连接项
c编辑〉选择〉体外孤点
d点(points)〉减少噪音(reducenoise)
e点〉统一采样
f点〉封装
3实例--点云数据注册&合并
4所用的命令
a点〉删除
b工具〉注册〉手动注册
c工具〉注册〉全局注册
d点〉合并
5全程操作,并提示学生注意关键技术点。
四.布置本周学生学习和创作任务,提出具体的作品要求
五.给学生上台分享学习和创作中遇到的问题以及经验。
(以小组为单位轮流,组长负责组织组员事先准备)
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第4讲开题报告
教师工作
学生活动
备注
一.组织评委,宣读开题规则
二.讲授本次课的主要内容
1听取各小组每一位学生的开题陈述
2对开题内容进行质疑,帮助理清研究思路,有哪些创新点?
3对每一件作品创作历程的计划
4每个开题报告预备进行的创作材料归档切实计划
三.演示本次课程的技术实例操作过程
1由学生进行开题报告演示
四.帮助学生对本课程教学模式的认识,参与全程的培训,为留在实验室参与未来的科研工作做好铺垫。
1对全体学生陈明继续参与培训的机会,说明还有哪些技术需要进行培训,让学生能有机会继续学习和创作作品。
2根据学生本人在本门课程的表现来确定是否继续对学生进行指定计划的技术培训,与学生本人达成一个合作式的协议。
3对学生进行各样深度的技术培训和作品创作培训,为本门课程的建设和发展创造更多的实例素材。
为开展创新协会D维时代做好铺垫工作
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第5讲GeomagicStudio多边形初级和高级阶段处理技术
教师工作
学生活动
备注
一.回顾、总结、点评前一阶段工作
二.讲授本次课的主要内容
(A)多边形初级阶段
1多边形阶段概述
2封装
a使用曲面封装
b使用体积封装
3多边形创建和修复
a基于曲率的孔填充
b填充部分孔和生成桥
c基于容差和形状的抽选
d多对象平均计算
e固定交叉
f创建开放/闭合的多边形
4多边形编辑
a布尔运算
b抽壳和偏移
c通过平面或曲线做截面
d交互松弛/清除
e平滑、拟合、裁减、投影和扩展边界线
解释每一个细节技术或方法含义。
(B)多边形高级阶段
1多边形阶段高级
2锐化多边形
a锐化技术
b锐化的向导
3多边形高级编辑
三.演示本次课程的技术实例操作过程
1实例—多边形基本编辑
本实例使用到的技术命令:
a工具(tool)〉基准(datums)〉切换所有基准(togglealldatums)
b多边形(polygons)〉修复相交区域(fixintersetions)
c多边形〉填充孔(fillholes)
d多边形〉平面截面(sectionbyplane)
e边界(boundary)〉编辑(edit)
f多边形〉简化(decimate)
g多边形〉松弛(relax)
h轮廓线(contours)〉自动曲面化(autosurface)
2实例--多边形高级编辑
a多边形〉填充孔
b多边形〉去除特征
c多边形〉砂纸
d多边形〉锐化导向工具
e多边形〉基本几何形状〉拟合到平面
f多边形〉创建/拟合孔
g多边形〉投影边界到平面
h多边形〉平面截面
全程操作,并提示学生注意关键技术点。
四.布置本周学生学习和创作任务,提出具体的作品要求
1尽快消化本周所讲的技术,通过反复操练实例来完成对软件命令的熟悉。
2针对各自的点云载体,进行本周所学习的技术进行应用,
3记录和整理学习和创作过程中的文字(一些质疑的学习问题和创作过程中的问题以及解决方法)和数据(截取的图片或动画),保存成规范档案,
五.给学生上台分享学习和创作中遇到的问题以及经验。
(以小组为单位轮流,组长负责组织组员事先准备)
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第6讲GeomagicStudio形状初级和高级阶段处理技术
教师工作
学生活动
备注
一.回顾、总结、点评前一阶段工作
二.讲授本次课的主要内容
(A)形状初级阶段
1形状阶段概述;
2自动曲面;
3探测曲率;
4探测轮廓线;
5构造曲面片;
6构造格栅;
7构造NURBS;
8曲面验证。
(B)形状高级阶段
1编辑边界技术;
2移动面板技术;
3高级曲面编辑技术;
4高级铺面技巧;
a解释每一个细节技术或方法含义。
b运用这个技术来解决什么问题?
三.演示本次课程的技术实例操作过程
1实例练习--基本曲面创建(探测曲率)实例含有哪些基本命令?
2实例练习--基本曲面创建(探测轮廓线)
3实例--高级曲面编辑
4实例--用特征裁减曲面
5实例--使用边界的高级铺面
全程操作,并提示学生注意关键技术点。
四.布置本周学生学习和创作任务,提出具体的作品要求
五.给学生上台分享学习和创作中遇到的问题以及经验。
(以小组为单位轮流,组长负责组织组员事先准备)
课下工作:
1整理学生作品,检查作品质量,发现其中的闪光点和不足点。
2辅导学生完成学习和创作工作,帮助他们按照既定的规范整理出合格的作品,对好的作品要加以提升,鼓励各为有心的学生将自己的创新点展示出来。
3对有作为的学生进行单独辅导和培训,帮助他们做更深入的研究工作。
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第7讲GeomagicStudiofashion新处理技术
教师工作
学生活动
备注
由杰魔公司培训工程师进行技术培训
听课并做好记录(以便对作品进行相应的修改)
听课并对理解相关技术,随时对技术问题进行质疑。
鼓励学生提出针对性的问题。
听课并明了实例的操作顺序和关键要素,以便在自己练习过程中顺利完成对实例的操作。
1.明了本周要学习和消化的技术。
2.明确本周要进行的创作任务。
基于前阶段工作继续创作
3.明确要提交阶段性学习成果的具体内容和形式。
4.明了在遇到技术问题的时候如何取得技术支持和帮助。
5.建立团队合作交流意识并在学习和创作中发挥作用。
1.提前准备好要讲的ppt文件,包括问题和创作心得。
2.5分钟之内将内容叙述完毕。
3.记录同学交流的经验,为改进作品服务。
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第8讲GeomagicStudio全面回顾和总结
教师工作
学生活动
备注
一.回顾、总结、点评前一阶段工作
二.讲授本次课的主要内容
回顾studio的全程学习
点评优秀作品
三.演示本次课程的技术实例操作过程
由学生演示优秀作品,并提示学生注意关键技术点。
四.给学生上台分享学习和创作中遇到的问题以及经验。
(以小组为单位轮流,组长负责组织组员事先准备)
课下工作:
1整理学生作品,检查作品质量,发现其中的闪光点和不足点,为下一次课做好点评准备。
2辅导学生完成学习和创作工作,帮助他们按照既定的规范整理出合格的作品,对好的作品要加以提升,鼓励各为有心的学生将自己的创新点展示出来。
3对有作为的学生进行单独辅导和培训,帮助他们做更深入的研究工作,并帮助他们整理出更好的作品。
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第9讲Imageware逆向软件介绍
教师工作
学生活动
备注
一.回顾、总结、点评前一阶段工作
二.讲授本次课的主要内容
1Imageware简介(主要功能模块、技术知识点)
2用户界面介绍
3菜单栏介绍
4常用工具介绍
5常用快捷键介绍
说明运用这个软件来解决什么问题,与studio的区别。
三.演示本次课程的技术实例操作过程
1介绍以上内容的同时对软件进行演示。
2各个知识点的例子有相应的点云文件。
全程操作,并提示学生注意关键技术点。
四.布置本周学生学习和创作任务,提出具体的作品要求
五.给学生上台分享学习和创作中遇到的问题以及经验。
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第10讲Imageware点阶段处理技术
教师工作
学生活动
备注
介绍点阶段技术要点
一、点云处理
1.读入点云
2.点云的显示
3.点云对齐
(1)对齐的目的
(2)对齐的模式
二、生成点
1.创建点
2.构建点
构建点的方式包括:
取样三角网格面的中心点、平均点云、取样曲线、投影曲线到点云、投影点云到曲面、取样曲面、工具补偿和取样对比特征等。
3.特征提取
(1)边缘特征
(2)颜色特征(ColorBased)
三、编辑点云
1.析出点云
(1)框选点云(Circle-SelectPoints)
(2)曲线选取点云(PointWithinCurves)
(3)立方体框选(PointinBox)
(4)点云相减(SubtractCloudfromClouds)
(5)点云切片(Slice)
(6)析出扫描线(ScanLines)
(7)打散点云为XYZ扫描线(BreakIntoXYZScans)
(8)以距离设定分离点云(BreakintoDistinctClouds)
2.删除杂点
3.剖断面
(1)平行剖断面
(2).放射状剖断面
(3)交互式剖断面
(4)沿线剖断面
4.偏置点云
5.多边形化点云
6.标签点
四、分析点云数据
1测量点坐标
2测量点-点距离
3点云曲率
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第11讲Imageware线阶段处理技术
教师工作
学生活动
备注
介绍线阶段技术要点
一、曲线概述
1.曲线的要素
2.曲线的类型
3.曲线的显示
二、生成曲线
(A)3D曲线
1.3DB样条曲线(3DB-Spline)
2.控制顶点曲线(ControlPoints)
3.多折线(3DPolyline)
(B)直线
无约束直线
矢量直线
垂直于曲线的直线
相切于曲线的直线
沿曲面法线方向的直线
(C)圆弧
圆弧(Arc)
过三点作圆弧(Arcw/3Points)
过圆弧中心和两点作圆弧(Arcw/Centerand2Points)
过两点指定半径作圆弧(Arcw/2Points&Radius)
(D)圆
(E)椭圆
(F)长方形
(G)槽形
(H)多边形
(I)由点拟合曲线
a拟合成基本曲线
b依公差构造曲线
c插值曲线
(J)由面析出曲线
a由面析出3D曲线
b圆柱或圆锥曲面的中心轴线
三、编辑曲线
3.1混成曲线
3.2倒圆角
3.3偏置曲线
3.4两曲线交点
3.5匹配两曲线(Match)
3.6重新参数化曲线
3.7插入或删除节点
3.8重定义B样条曲线
3.9插入或删除控制点
3.10延伸
3.11平顺
3.12剪断曲线
313改变曲线方向
四、分析曲线
4.1控制顶点
4.2曲率
4.3连续性
4.4曲线-点云差异
4.5曲线-曲线差异
4.6测量曲线-点距离
30分钟
40分钟
30
20
30分钟
第12讲Imageware面阶段处理技术
教师工作
学生活动
备注
一、曲面概述
1.1曲面的要素
1.2生成曲面的一般方法
1.3曲面的显示
二、生成曲面
2.1平面
用平面中心和法向确定平面(Center/Normal)
过3点作平面
垂直视图方向的平面
建立等间距的数个平面
创建工作平面
2.2基本曲面
圆柱
球体
XX文库-让每个人平等地提升自我圆锥
过4点作曲面
中心点和过点确
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
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- 逆向 工程 快速 成型 技术 教案 海军
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