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
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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）
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