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1、广东机电职业技术学院自编教材产品测绘与逆向设计实训指导书林 辉、余蔚荔 主编机械工程学院二零一一年七月目 录一、实训目的3二、实训条件3三、实训要求及注意事项3四、实训内容和时间安排4五、实训步骤5六、考核方式5七、参考文献5附件17附件226附件336附件447附件574附件680一、实训目的对于计算机辅助设计专业学生，本实训的主要目的是使学生能够对产品进行测绘，对产品的点云进行后处理，最终能够利用Pro/Engineer软件进行产品的逆向设计。具体主要涵盖在以下几个方面：(一) 了解产品测绘的一般方法与手段，掌握三坐标测量机和三维扫描仪的一般结构和基本工作原理，同时能够熟练操作其中一款逆向
2、设备。(二) 了解产品逆向设计的概念及逆向设计的发展现状，掌握产品逆向设计的常用方法与手段。(三) 掌握Imageware V12.0软件的基本应用，能够将三坐标测量机或三维扫描仪的点云构建成适合于Pro/Engineer软件的线图或曲面图。(四) 能够熟练运用Pro/Engineer软件的跟踪草绘功能进行产品的逆向设计。(五) 能够熟练运用Pro/Engineer软件对Imageware软件处理过的iges格式的文件进行逆向设计。二、实训条件(一) 场地条件：计算机房、产品逆向设计实训车间（暂缺）(二) 设备条件：数字化测量设备（三坐标测量仪或三维扫描仪）1台，数码照相机1台，高配置计算机若
3、干台(三) 设备要求：计算机要求安装有Pro/Engineer 3.0软件、Imageware12.1软件。(四) 辅助工具：小型家电产品（手机、电话机、熨斗、电饭锅等）、橡皮泥、502胶水、一组块规、卡尺、内径千分表、等高块6块、磁力表座、精密虎钳、V型铁2组、塞尺。三、实训要求及注意事项(一) 严格遵守各项管理制度、机床操作规程、安全规程，树立严谨的操作习惯和高度的安全意识。做到不迟到不早退，严格遵守生产（实训）劳动纪律。每天每周按要求精心保养机床与计算机。(二) 要求每一个学生都能独立并熟练地操作数字化测量设备（三坐标测量仪、三维扫描仪）进行产品测绘。同时能够将测绘数据进行点云后处理，最
4、终用Pro/Engineer软件进行产品逆向设计。(三) 要求每一个学生都能够掌握Imageware软件的基本应用，能够对一般复杂程度点云进行构线或构面处理。(四) 要求每一个学生能够用数码相机采集产品的三视图，并运用Pro/Engineer的跟踪草绘功能进行产品逆向设计。(五) 根据实训指导书的要求，认真完成实训指导书提供的有关课题，包括两种方式的产品逆向设计练习。(六) 每个学生独立完成实训报告的撰写。四、实训内容和时间安排本次实训时间为2个星期（10天）。内容和时间安排如下：序号周序内容时间（天）备注11（1） 安全教育和布置实训任务；（2） 介绍产品测绘的一般方法与手段，讲解数字化测量
5、设备（三坐标测量仪、三维扫描仪）的结构与基本原理，产品逆向设计概念及发展现状讲解，产品逆向设计的常用方法与手段。（3） 以实例介绍Pro/Engineer软件的跟踪草绘功能。（4） 利用Pro/Engineer软件跟踪草绘功能进行产品逆向设计。课题1：花瓶课题2：水壶课题3：玩具跑车3利用数码相机获取一个家电产品Front、Top、Right三个方向的图片。课题13任选2个完成。21Imageware软件基本功能讲解和扫描数据后处理练习。课题1： 反射镜 课题2： 鞋楦 课题3： 鼠标 课题4： 木杆球头 课题5： 计算机辅助检测 课题6： 风扇 课题7： 网络摄影机 课题8： 行动电话 课题
6、9： 汽车后视镜 课题10： 汽车叶子板 3根据指导书提供的点云图进行练习，课题110选做完成3个。312（1）将经过Imageware软件处理过的抄数图进行Pro/Engineer产品逆向设计。课题1：帽子造型课题2：风扇1造型课题3：风扇2造型课题4：法拉利跑车造型课题5：海豚造型课题6：玩具车盖造型课题7：mickey脸部造型课题8：剃须刀盖造型4根据指导书提供的点云图进行练习，课题18，任选3个完成。42实训总结、写实训报告、评定实训成绩。合计10五、实训步骤1. 讲授实训的目的意义，实训的纪律，实训的安全，实训要求。2. 产品测绘的一般方法与手段，数字化测量设备（三坐标测量仪、三维扫
7、描仪）的结构与基本原理。（附件1）3. 产品逆向设计概念及发展现状讲解，产品逆向设计的常用方法与手段。（附件1）4. Pro/Engineer软件在产品逆向设计中常用的技巧。（附件2）5. Pro/Engineer软件跟踪草绘功能及实训课题练习。（附件3）6. Imageware软件基本功能学习，利用Imageware软件对采集的点云进行构线、构面练习。（附件4）7. 利用Pro/Engineer软件对Imageware软件处理过的抄数图进行产品逆向设计。（附件5）8. 实训总结、写实训报告、评定实训成绩。实训总结要根据时间顺序撰写，写出自己的体会。成绩的评定见考核方式。（附件6）六、考核方式
8、(一) 考查的依据是：实训中的表现，出勤情况，对实训相关知识的掌握程度，利用Pro/Engineer软件跟踪草绘功能进行产品逆向设计的熟练程度，对Imageware软件的基本功能掌握情况，Pro/Engineer软件对点云的后处理能力，分析问题和解决问题的能力，以及实训报告的编写水平等。(二) 依据任务完成质量、实训表现、实训报告三部分，各占60、20、20。(三) 成绩评定可分为优、良、中、及格、不及格。七、参考文献1、Pro/Engineer Wildfire 2.0曲面设计技巧与实例 杨峰 黄效贺 中国铁道出版社2、pro/ENGINEER中文野火版逆向工程专家实例精讲 张国亮 中国青年
9、出版社3、Pro/ENGINEER Wildfire2.0造型曲面设计 林清安 电子工业出版社4、Imageware v11 逆向工程应用技术与范例简体中文版 马路科技顾问股份有限公司5、相关网站资料附件1产品测绘与逆向工程概述1.产品测绘的概述1.1产品测绘的一般方法产品测绘是指在产品从设计到加工，再到最后的成品整个流程中，为了获得工业造型所需要的设计尺寸资料或成品质量检验资料，而利用普通量具或数字化测量设备来获取产品的尺寸参数的一个过程。简单表述就是测绘技术在产品中的应用。从其概念来看，产品测绘的应用主要有以下几个方面：在产品设计的最初阶段，我们若采用逆向工程设计方法进行产品设计，就需要获
10、取样品的相关尺寸资料，从而必须进行产品测绘；同样，在产品的加工过程中，也就是在产品的模具设计制造过程，可以利用产品测绘手段进行模具的测绘，从而很轻松获得设计与现实的误差；在最后的成品，利用产品测绘手段可以获取成品的尺寸资料，从而可以进行废品的检验。产品测绘获得的数据还可以为产品的结构分析、应力分析等CAE操作提供有力的数据支持。产品测绘的一般方法根据其量具的不同可以划分为两大类型：（1） 传统测绘法，也就是采用传统的产品测绘量具进行产品测绘，这类量具包括卡尺、游标卡尺、千分尺、内径千分表、组合量规等。（2） 现代测绘法，即采用现代的产品测绘量具，也就是数字化测量设备进行产品测绘，这类量具包括三
11、坐标测量机、三维激光扫描仪（也称三维激光抄数机）、影像测量机等。传统的产品测绘量具一般应用于一些形状规则的产品的测绘，随着社会的不断发展，人们对于产品外观的要求越来越高，为了满足人们的美感要求，产品设计师在设计过程中往往采用很多自由曲面，这些曲面，利用传统量具将无法进行测量，这也就使得产品逆向设计在很长一段时期内举步维艰。近代，随着计算机与电子技术的不断发展，产品测绘技术也得到飞速的发展，出现了二维、三维数字化测量设备，目前，三维数字化测量设备已经深入应用到产品测绘的很多领域，可以对产品的复杂曲面进行测绘，精度能够达到0.001mm，让产品逆向设计获得飞速发展。然而，由于三维数字化测量设备一般
12、都比较昂贵，还无法完全取代传统量具，在产品测绘的现阶段，这两类测绘方法都还将长期并存。1.2三维数字化测量设备1.2.1概述逆向工程，大多以点集合数据为建构参考数据，在这个领域的数字化测量设备主要包括三坐标测量仪（Coordinate Measuring Machine 缩写CMM）、三维激光扫描仪（也称三维激光抄数机）、影像测量仪（二次元测量仪）。数字化测量设备按照测量方式可以划分为接触式、非接触式两种，按照结构形式划分为垂直悬臂型、水平悬臂型和便携式三种，如图1所示。接触式的测量设备，精确度较高，但是细节部分无法测量清楚，而被测物件强度、硬度不能太低，以防测量时被测头挤压变形。因此藉由光学
13、仪器的进步，非接触式的测量设备发展越来越多。非接触的设备，不会影响被测对象的外观表面、形状，测量速度快、细节角落清楚、测量数据量大等优点，由于大量的点数据输入可以直接描述对象，因此测量后的对象点数据，可直接以快速原型机建构成品。非接触式测量还可以做到接触式测量无法应用的范围，例如人体外型的扫瞄。目前国内几所院校，为人机工程的开发而购入中科院光电所开发的人体扫瞄设备，所测量到的人体形状，输入数据库后，便可以开发更多符合人体工学的产品。因此逆向工程的应用者通常都选择非接触测量设备，或搭配接触式设备使用。测量数据的质量，关系着后续的曲面建构，因此若能获得良好的测量数据则能大大提高曲面建构的速度与质量
14、。以逆向工程而言，点数据愈完整愈有助于后续的操作。三维激光扫描仪目前采用的是便携式的结构；三坐标测量仪的结构形式有垂直悬臂型、水平悬臂型和便携式三种。数字化测量设备（测量方式分类）接触式非接触式数字化测量设备（结构形式分类）垂直悬臂式水平悬臂式悬梁型桥架型机柱型跨架型臂移动型台面移动型单机柱型双机柱型床型台型便携式图1 数字化测量设备分类1.2.2三维数字化测量设备的发展三维数字化测量设备从出现到现在，主要经历以下三个发展阶段：第一代：点测量代表系统有：三坐标测量仪；点激光测量仪；关节臂扫描仪（精度不高）通过每一次的测量点反映物体表面特征，优点是精度高，但速度慢，如果要做逆向工程，只能在测量较
15、规则物体上有优势。应用范围：适合做物体表面误差检测用。第二代：线测量代表系统有：三维台式激光扫描仪，三维手持式激光扫描仪，关节臂激光扫描头。通过一段（一般为几公分，激光线过长会发散）有效的激光线照射物体表面，再通过传感器得到物体表面数据信息。应用范围：适合扫描中小件物体，扫描景深小（一般只有50mm），精度较低，此代系统是过渡性产品。第三代：面扫描代表系统：三维扫描仪（结构光、光栅式扫描仪），三维摄影测量系统等。通过一组（一面光）光栅的位移，再同时经过传感器而采集到物体表面的数据信息。使用范围：适合大中小物体的扫描，精度较，扫描速度极快（华朗三维扫描仪单面400300mm 面积，时间5秒），测量景深很大，一般为300-500mm，甚至更大。目前，这三种类型的设备在我国都已经得到广泛的应用，根据不同的行业，可以选择不同的类型，考虑到公司规模与需要，一般做产品逆向设计一
