蚌埠学院-三维逆向实验

1、快速成型与三维逆向实验指导书 蚌埠学院机电系 2015年2月修订实验一 零件多视角扫描实验一、实验目的1、熟练掌握3DScan三维扫描系统的操作2、学会零件的多视角扫描与拼接二、实验设备1）天远三维扫描系统2）SDScan软件3）校正板、工件、标记点、显影剂三、实验内容1）零件扫描前预处理。2）完成零件的多视角扫描，获取零件的点云数据。四、实验原理：拍照式三维扫描仪扫描原理类似于照相机拍摄照片而得名，它集高速扫描与高精度优势，可按需求自由调整测量范围。测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上，周围的4个摄像头同步采得相应图像，然后对图像进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测

2、量原理解算出视区内像素点的三维坐标。测量数据可实时自动拼合。三维扫描仪采用的是白光光栅扫描，以非接触三维扫描方式工作，全自动拼接。具有高效率、高精度、高寿命、高解析度等优点，特别适合于复杂自由曲面逆向建模。五、实验步骤1、了解三维扫描仪的主要结构；2、系统启动1）启动计算机，启动光栅发射器；2）启动程序，显示的有主程序界面以及两个摄像机图像实时显示界面；3）根据需要调整摄像机的参数，得到满意的图像质量；3、系统预调整1）确认左右摄像机拍摄场景打开2）调整好测量头到物体的距离，点击工具栏上的“光栅”按钮，观察光栅的清晰度，如果模糊，调整光栅发射器的焦距，至清晰为止。4、摄像机定标1）摆放标定块；

3、2）调整测量头的方向；3）十字线对中；4）选择工具栏中“标定”按钮；5）进行24次标定；注意：在每次标定时，标定块需逆时针转动90度，第一次标定，标定块放置的位置是四个大点中，共线的三个大点在另一个大点的下方，这样做的目的是使最后得到的三维坐标的默认显示位置与在图像中看到的基本相同。6）计算标定结果注意：如果定标的定标点精度不高，需要重新定标！摄像机定标是得到三维世界中物体点的三维坐标与其图像上对应点的函数关系的过程，也就是校准过程。摄像机定标的精度是决定系统扫描精度的重要因素！5、扫描1）喷涂显影剂、贴标志点注：标志点只能贴在物体平面部分或曲率均匀变化的位置上；每两次扫描的公共标志点个数不少

4、于四个。如果公共标志点个数少于4个，系统会提示拼接错误。2）新建文档3）确定扫描参数设置4）确定最佳扫描位置5）点击“扫描”按钮，执行扫描功能6）二次扫描完成后，点击“拼接”按钮。7）再次变换物体的位置或改变扫描仪的位置，点击“扫描”，完成后点击“拼接”，如此反复，直到将整个物体扫描完成。注：系统会把每次测量的结果写入工程名称下的*.spc,自动保存每次测量结果。8）扫描完成后，在点云显示窗口中右击，选择“导出所有点云” ，弹出保存路径对话框。注：如果最后扫描的数据质量达不到要求，可点击“全局拼接”进行进一步的计算。6、关闭光栅发射器，扫描摄像头及测量程序，切断电源。六、实验报告要求1、说明三

5、坐标扫描仪的结构组成。 2说明扫描工件的操作步骤。 将所得的点云图样附在实验结果中；七、思考题 思考：分析本次实验所用的天远扫描系统的优缺点。实验二 快速原型制作一、实验目的1、了解快速成型的原理及其与传统加工工艺的区别；2、了解不同快速成型方式的优点、缺陷和应用范围；3、学习快速成型机的使用。二、实验设备1、计算机；2、Inspire D290快速成型机1台；3、UP桌面式3D打印机5台。 三、实验内容1、学习快速成型的基本原理。2、使用自己熟悉的三维CAD软件（如SolidWorks、Pro/E、UG、CAXA等）设计一个作品，并在快速成型机设备上获得该作品的

6、快速成型件。3、 结合快速成型件观察不同成型方式的优、缺点。四、实验原理快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）是80年代末期开始商品化的一种高新制造技术，是一种集计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（CNC）、激光、精密伺服驱动、新材料等先进技术于一体的加工方法。快速成形的加工原理是依据计算机设计的三维模型，设计软件可以是常用的CAD软件，例如SolidWorks、Pro/E、UG、CATIA、CAXA等。也可以是通过逆向工程获得的计算机3D模型。如图所示：图 1 CAD模型然后把CAD模型转化为快速成形的通用格式stl格式，这是一种三角形文件，

7、它的原理是利用一系列的小三角形平面来逼近自由曲面，其中每个三角形用3个顶点坐标（X、Y、Z）和1个法向量（N）来描述。三角形的大小可以选择，从而得到不同的曲面拟合精度。如图 所示：图 2 转化为stl三角形文件然后把STL文件输入到快速成形的控制软件中，如图所示： 图 3 把stl模型输入快速成形处理软件最后由快速成形相关软件对模型进行分层切片，得到了各层的二维截面轮廓，使用特殊的加工方式把这些截面按顺序一层一层成形，最终叠加成三维工件实物。通常每层的厚度是0.0880.225mm。如图所示： 图 4 分层并加工相应的二维轮廓快速成形采用了“层叠增长”的加工方式，和传统的“清除材料”的加工方式

8、相反。它是一种理论上无废料的成形方法。快速成形具有如下的优点：1. 成形速度快快速成形的层叠增长成形原理将复杂的三维加工分解为简单的二维加工组合，这个它不必采用传统加工工艺的需要的机床、模具等，加工时间快，只需传统加工方法的1030的工时和2035的成本。2. 可以成形复杂的三维模型传统加工工艺收到机床、工种的限制，能够加工出的工件的形状收到一定的限制，对于造型复杂的工件难以完整加工。快速成形采用层叠增长的方式，只要模型的尺寸不要过大、不要过于细小，就可以加工出来，无论多复杂的模型都可以。根据快速成型的基本原理，现代快速成形机的发展很快，实现手段多种多样，下面介绍5种最主流的快速成型设备。1）

9、液态光敏聚合物选择性固化（SLA）成形机这是一种最早出现的商品化快速成形机，它是使用光敏聚合物作为成形材料，加工时激光束照射在液槽的液态光敏聚合物的上表面，并沿着此面做X-Y方向的扫描运动。这一层收到紫外激光束的照射部位的液态光敏聚合物快速凝固，形成了相应的一层固态截面轮廓。液态光敏聚合物常用的有：环氧树脂、丙烯酸树脂等。经过适当波长的紫外激光照射后，它们会发生聚合反映，迅速固化。2）丝状材料选择性熔覆（FDM）成形机 FDM的加工原材料是丝状热塑性材料（如ABS、MABS、蜡丝、尼龙丝等），加工时加热喷头在计算机的控制下，可根据截面轮廓信息，做X-Y平面的运动和高度Z方向的运动。丝状热塑性材

10、料由供丝机构送至喷头，并在碰头加热至熔融状态，然后杯选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成了截面轮廓。一层成形完成后，喷头上升一个截面层高度，再进行第二层的涂覆，如此循环，最终形成三维产品。3）粉末材料选择性烧结（SLS）成形机 SLS成形机采用CO2（或Nd：YAG激光器）和粉末状材料（如尼龙粉、聚碳酸酯粉等），成形时现在工作台用昆筒铺一层粉末材料，将其加热到略低于它的熔化温度，然后激光束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息，对之间的实心部分所在的粉末进行扫描，使粉末温度升至熔点，于是粉末颗粒的交界处熔化，粉末相互粘结，逐步得到各层轮廓。一层完成后，工作台下降一个截面层的高度，再进行下一层的铺

11、料和烧结，如此循环，最终得到三维工件实物。4）薄形材料选择性切割（LOM）成形机 LOM成形机采用的原材料是地面有热溶胶和添加剂的纸，工作时纸张逐步传送到工作台上方，热粘机构将一层一层的材料粘结再一起。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓现运动，逐一再工作台上方切割出轮廓线，并将无轮廓区域切割成小方格，这是为了方便成形后能清除废料。可升降工作台支撑正在成形的工件，每层成形之后工作台下降一个材料厚度的高度。LOM快速成形机制作精度高，制件能承受200度，有比较高的硬度和较好的机械性能，可以进行切削加工。它无需设计和制作支撑结构，制件的尺寸打，原材料便宜。但是这种成形发发不能直接制作塑料工件，抗

12、拉强度和弹性不够好，工件容易吸湿膨胀，工件表面有台阶纹。5）立体打印机（3D Printer） 三维打印软件把三维CAD软件设计的模型转化为横截面切片，打印每层厚度可以是0.07620.2286mm。接着三维打印机把这些横截面切片按照从底到上的次序一层一层依次打印。五、实验步奏5.1 准备打印应包括如下几个步骤： 1. 启动软件，载入三维模型（如果模型已经处理成二维模型，则可省略本步骤）。将模型用“变形”，“自动排放”等命令放置到合适的位置。（三维图形和二维图形窗口显示了三维打印机/快速成型系统的工作台面）。用户应根据需要放置到合理的位置。 2. 分层处理，根据三维打印机/快速成型系统安装的喷

13、头大小和实际需要，选择合适的参数集，对三维模型进行分层处理，并保存为CLI文件。 3. 载入CLI模型，如成型位置有变动，则可以在二维图形窗口内将其移动到适宜的位置。注意：打印模型将输出所有已载入的二维模型，并非选中的层片模型。 4. 打开三维打印机/快速成型系统的电源。如果刚开机，则需要对系统进行初始化，选择命令“文件>三维打印机>初始化”。 如果系统刚完成前一个模型，或者刚修复好错误，则需要恢复就绪状态，选择命令“文件>三维打印机>恢复就绪状态” 52 打印模型 打开三维打印机/快速成型系统，进行完打印准备工作后，即可开始打印。打印分为以下步骤： 1. 调整并测量高度。升高工作台到靠近喷头的高度。注意，升高工作台时应小心注意，防止工作台升高过快，撞击喷头，发生意外。为保证高度测量准确，可以先将喷头移动到易于观察的位置。对于可以自动对高的三维打印机，更换喷头后测量一次高度即可，不用每次测量。 2. 工作台一般要升高到距离喷头1毫米左右的高度，然后在调试对话框中记录下此时的高度，然后在此高度基础上增加1毫米左右作为工作台成形高度，该高度应保证成形开始时，喷头距离工作台0.10.3毫米。该值可以根据底面粘结情况微调。 3. 开始打印，选择命令“文件>三维打印>打印模型”，系统弹出“三维打印”