基于三维光学测量的产品逆向设计与创新实验《基于三维光学测量的产品逆向设计与创新实验》实验教学大纲.doc

实验项目名称基于三维光学测量的产品逆向设计与创新实验实验学时16指导教师张树生 白晓亮实验地点2M#1楼，测量室， 实验对象本科34年级学生可选人数1015人基于三维光学测量的产品逆向设计与创新实验实验教学大纲一、课程基本信息（楷体、三号、加黑、居中）1、课程名称：基于三维光学测量的产品逆向设计与创新实验2、学时/学分：163、开课院（系）：机电学院，航空宇航制造工程系4、先修课程：机械设计，机械原理，计算机图形学5、面向对象： 本科34年级6、教材、教学参考书：Reversing：逆向工程揭密、（美）艾拉姆著 韩琪等译、电子工业出版社、2007年09月3D逆向工程技术、许智钦 孙长库 许智钦、中国计量出版社、2002年01月二、课程性质和任务在机械类课程机器测绘教学环节中，传统的测量手段以游标卡尺、螺旋测微仪、直尺、圆规等为主，存在测量效率低，主观随意性和测量误差大等弊端。随着科技进步及现代测量技术的发展，基于激光/结构光的三维光学测量技术和系统已逐渐成熟，其具有的数字化测量和方便快速、精度高等特点，非常适于形态/结构复杂的产品，并便于与CAD/CAM系统实现无缝集成，正逐步替代传统测量方式，特别在汽车、航空、航天、船舶等国家/国防支柱制造产业其作用更加明显，可有力支持产品的逆向设计和创新再设计。本课程将基于三维光学测量的逆向设计技术引入创新设计实验，有助于学生了解相关学科的研究前沿，拓展知识面，提高学习兴趣，具有重要的教学意义。光学测量技术已逐步在企业中应用，本课程有助于学生学习更为先进的技术手段，从而更好的为企业生产服务。自主创新来源于对已有产品、技术的理解，借鉴已有产品设计并在其基础上进行逆向设计和创新再设计，可以使技术人员更关注于自身的创意，因此更加有益于激发学生的创新兴趣。三、教学内容教学学时：6学时目的主要介绍三维光学测量原理，测量设备的系统体系结构，学习测量设备的使用。完成课程实验后，学生基本掌握ATOS II的校准；ATOS II扫描测量；TRITOP的参数校准及TRITOP照相测量；ATOS II和TRITOP综合测量。为后续的测量数据预处理、典型零件测量数据的拟合重建、零件制造误差综合检测以及三维实物测量基础上的创新再设计综合实验奠定基础。内容：三维光学测量原理及其方法1.基本掌握ATOS II的校准；2.ATOS II扫描测量；3.TRITOP的参数校准及TRITOP照相测量；4.ATOS II和TRITOP综合测量四、实验内容1：测量数据预处理原理及方法（2学时）目的：介绍测量数据预处理流程的基本原理和方法；学习掌握测量数据预处理方法：网格化、孔洞修补、网格简化、网格光顺；了解STEP，IGES，STL等基本的数据存储格式及其优缺点。内容：了解数据预处理流程的常用算法；学习掌握ATOS自带软件的数据预处理操作。通过该过程，得到完整的逼近测量实物的网格模型。2：典型零件测量数据拟合重建（2学时）目的：通过本实验，使学生了解区域分割，曲面拟合的基本原理和由产品样件测量到CAD模型重建的原理、方法。使学生了解由产品样件测量到CAD模型重建的原理和方法。内容：选取包含各类型面（常规机加面、自由曲面等）的典型实物样件，利用ATOS完成其各类型面的光学测量；通过区域分割、参数化、最小二乘逼近等步骤完成其重构；将重构出的型面导入CAD系统进行处理。3：零件制造误差综合检测（2学时）目的：通过本实验使学生熟悉典型零件测量数据与其CAD设计模型配准原理及过程，能独立完成误差分析并生成零件的检测报告，使学生了解零件制造误差检测的基本过程。内容：测量数据与其CAD模型的配准；测量数据与其CAD模型的误差分析。4：三维实物测量基础上的创新再设计及快速成型制造（4学时）目的：通过本实验熟悉和掌握含自由曲面的样件测量及三维模型重构，并能将得到的曲面导入UG II、CATIA等CAD软件进行零件的再设计，最后利用快速成型设备完成零件的制造。培养学生综合利用所学知识，创新设计各种包含测量数据自由曲面的机械零件的能力，增强学生的动手能力和工程意识。内容：含自由曲面的样件测量及三维模型重构；曲面的创新设计，用重构得到的自由曲面通过替换/添加等方式重新设计包含自由曲面的零件模型；将设计好的包含自由曲面的零件模型用快速成型设备进行制造。五、其他实验需要分组进行，原则上每组不超过5人。撰写人：张树生 白晓亮时 间：2009.10.24 基于三维光学测量的产品逆向设计与创新实验实 验 指 导 书张树生 白晓亮 编 写适用专业：航空宇航制造工程机械工程及自动化西北工业大学 机电学院2009 年 4 月前 言在机械类课程机器测绘教学环节中，传统的测量手段以游标卡尺、螺旋测微仪、直尺、圆规等为主，存在测量效率低，主观随意性和测量误差大等弊端。随着科技进步及现代测量技术的发展，基于激光/结构光的三维光学测量技术和系统已逐渐成熟，其具有的数字化测量和方便快速、精度高等特点，非常适于形态/结构复杂的产品，并便于与CAD/CAM系统实现无缝集成，正逐步替代传统测量方式，特别在汽车、航空、航天、船舶等国家/国防支柱制造产业其作用更加明显，可有力支持产品的逆向设计和创新再设计。本课程将基于三维光学测量的逆向设计技术引入创新设计实验，有助于学生了解相关学科的研究前沿，拓展知识面，提高学习兴趣，具有重要的教学意义。光学测量技术已逐步在企业中应用，本课程有助于学生学习更为先进的技术手段，从而更好的为企业生产服务。自主创新来源于对已有产品、技术的理解，借鉴已有产品设计并在其基础上进行逆向设计和创新再设计，可以使技术人员更关注于自身的创意，因此更加有益于激发学生的创新兴趣。实验 1 ：三维光学测量原理及其方法实验学时：6学时实验类型：综合实验实验要求：必修一、实验目的主要介绍三维光学测量原理，测量设备的系统体系结构，学习测量设备的使用。完成课程实验后，学生基本掌握ATOS II的校准；ATOS II扫描测量；TRITOP的参数校准及TRITOP照相测量；ATOS II和TRITOP综合测量。为后续的测量数据预处理、典型零件测量数据的拟合重建、零件制造误差综合检测以及三维实物测量基础上的创新再设计综合实验奠定基础。二、实验内容1. 基本掌握ATOS II的校准；2. ATOS II扫描测量；3. TRITOP的参数校准及TRITOP照相测量；4. ATOS II和TRITOP综合测量三、实验原理、方法和手段1. ATOS流动3D光学测量仪简介德国GOM公司独家研制的ATOS流动式光学扫描仪是目前市场上最为先进的非接触式三坐标扫描设备。该设备采用可见光，将特定的光栅条纹投影到测量工件表面，借助两个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理，可在极短的时间获得复杂工件表面的完整点云。其独特的流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术，使扫描不需要借助于机床的驱动，扫描范围可达12m，而扫描大型工件则变得高效、轻松和容易。其高质量的完美扫描点云可用于产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制，甚至可实现直接加工。ATOS扫描仪的主要技术特点可总结为以下几点：高质量的扫描点云，ATOS采用高分辨率CCD数码相机采集数据，可在短时间内获得任何复杂表面的密集点云（点距0.030.5mm），并可根据表面的曲率变化生成完美的网格面，便于后期的曲面重建和直接加工。可清晰获得细小特征，并可方便提取工件表面特征（圆孔、方孔、边界线、黑胶带线等）。测量的综合精度0.1mm/m。结构简单，便于携带整个测量系统由扫描头、三角架、控制器及电脑组成，可放置在两个手提箱内随处携带，设备安装、标定工作可在10min完成，无需预热即可扫描，可在任何环境下进行测量。n 测量效率高单幅扫描时间只需8s，两天时间即可完成整车的内外表面扫描。测量范围大可同时实现多种测量范围，单幅测量范围从5040mm到20002000 mm；测量工件从10mm到12m。方便使用、性能稳定系统软件和硬件均采用模块化设计，性能稳定。设备操作简单，经过两天的培训即可熟练的操作，软件提供完善的在线帮助和批处理功能，可适用于生产线检测。首创的参考点拼合技术不同视角的测量数据依靠粘贴在工件表面公共的三个参考点，可自动拼合在统一坐标系内，从而获得完整的扫描数据。可根据工件尺寸选择不同直径的参考点（1mm8mm）,对于被参考点覆盖而在工件表面留下的空洞，软件可根据周围点云的曲率变化进行插补。先进的数码相机定位技术对于复杂的大型工件，采用数码相机拍照和整和定位计算，可迅速测量出全部参考点的空间三坐标值，从而建立统一的参考点的坐标框架，再利用ATOS扫描头进行测量，获得完整的扫描点云。通过这种方式，消除了积累误差，提高大型工件的扫描精度。ATOS扫描仪广泛地应用于汽车、摩托车、模具、电子产品、玩具等行业。图1-1. ATOS II 流动式光学扫描仪2. 测量原理采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术，所以又称之为“三维结构光扫描仪”。采用这种测量技术，使得对物体进行照相测量成为可能，所谓照相测量，就是类似于照相机对视野内的物体进行照相，不同的是照相机摄取的是物体的二维图像，而三维光学扫描仪获得的是物体的三维信息。与传统的三维扫描仪不同的是，该扫描仪能同时测量一个面。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，成一定夹角的两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、三角形测量原理，解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。三维照相测量仪可随意搬至工件位置做现场测量，并可调节成任意角度作全方位测量，对大型工件可分块测量，测量数据可实时自动拼合，非常适合各种大小和形状物体(如汽车,摩托车外壳及内饰,家电,雕塑等)的测量。结构光非接触照相测量原理如下图所示： 图1-2. 结构光扫描测量原理四、实验组织运行要求采用集中授课和学生自主训练相结合的方式。首先进行2学时测量原理的理论学习；然后将学生分成若干组进行自主训练，本实验的自主训练共4学时。五、实验条件实验仪器：ATOS II流动式光学扫描仪、TRITOP数码定位系统、汽车模型；参考资料：ATOS II使用手册、TRITOP使用手册。六、实验步骤1. 讲述设备情况、光学测量原理、照相测量原理2. ATOS II的校准实验；3. ATOS II扫描测量实验；4. TRITOP的参数校准及TRITOP照相测量实验；5. ATOS II和TRITOP综合测量实验。七、思考题1. 如何利用ATOS II和TRITOP实现超大物体外形的精确测量？2. 测量过程中数码点的位置可否移动？八、实验报告具体格式及要求见附件1实验 2 ：测量数据预处理原理及方法实验学时：2学时实验类型：综合实验实验要求：选修一、实验目的介绍测量数据预处理流程的基本原理和方法；学习掌握测量数据预处理方法：网格化、孔洞修补、网格简化、网格光顺；了解STEP，IGES，STL等基本的数据存储格式及其优缺点。二、实验内容了解数据预处理流程的常用算法；学习掌握ATOS自带软件的数据预处理操作。通过该过程，得到完整的逼近测量实物的网格模型。三、实验原理、方法和手段1. 网格化：测量得到的散乱点用直线段连接起来形成既不互相重叠又无间隙的三角网格。网格化的目的是形成一个连接测量点的拓扑结构，能够表示点的邻接关系和模型的正确全局拓扑。其中Delaunay三角剖分经过几十年的研究和发展成为三角剖分技术中应用最为广泛的技术。Delaunay三角化方法主要有三类：1)换边法，即首先构造非优化的初始三角形，然后对2个共边三角形形成的凸四边形迭代换边优化；2)加点法，从一个三角形开始，每次加入一个点，并保证每一步得到三角形是局部优化的；3)分治法，将数据域递归分为若干子块，然后对每一块实现局部优化的三角形，最后进行合并。所谓的局部优化三角形是指生成的三角形尽可能接近正三角形。图2-1a，2-1b分别是测量点集及其三角化 图2-1a测量点集 图2-1b网格化2. 孔洞修补：受物体自身结构特点、测量过程不完美、光学测量设备视角限制形成测量盲区等因素的影响，通常难以直接得到完整的物体表面数据。这些缺失的数据就形成了后续的三角网格模型中的孔洞。孔洞修补是利用孔洞周围点信息插值或逼近出孔洞处的顶点，并将其三角化，要求修复的孔洞区域与周围区域光滑连接。图1-2显示了孔洞修补过程。 图1-2(a)孔洞 1-2(b)修复3. 网格光顺：由于人为的扰动、环境的影响或者测量设备本身的固有缺陷，测量所获得的三角网格模型中不可避免地带有噪声。为了提高模型质量，在相关的后续处理之前必须对其进行光顺。光顺的目标是在剔除噪声重建光滑曲面的同时，保持网格模型的几何特征，如尖锐的边、角、体积等。网格光顺方法很多，其中拉普拉斯光顺方法是一种最常见的也是最简单的一种光顺算法。它的基本原理是对模型上每个顶点应用拉普拉斯算子。拉普拉斯算子为： 图2-3a光顺前 图2-3b光顺后设为顶点，则在一个三维模型上进行磨光过程可以看做成一个扩散的过程。通过在时间轴上积分，曲面细小的起伏、噪声能量很快扩散到它的邻域中，使得整个曲面变得光滑。图2-2a，2-2b分别是光顺前后的模型四、实验组织运行要求采用集中授课和学生自主训练相结合的方式。首先进行1学时测量原理的理论学习；然后进行将学生分成若干组进行自主训练，本实验的自主训练共1学时。五、实验条件实验仪器：ATOS II流动式光学扫描仪、TRITOP数码定位系统、汽车模型；参考资料：ATOS II使用手册、TRITOP使用手册。六、实验步骤1. 选中测量获得的散乱点集，选择网格化命令，完成点集的网格化2. 根据网格化后的模型，选择自动修复孔洞或交互修复孔洞命令，完成模型的修复3. 选中整个模型，选择网格光顺命令，得到光顺的模型4. 将最终的模型根据需要可以以STEP，IGES，STL等基本的数据存储格式导出七、思考题1. 测量后的孔洞有哪些类型？2. 那种类型的复杂孔洞可以自动修补？3. 可以修补的孔洞应该按照什么步骤修补？八、实验报告具体格式及要求见附件1实验 3 ：典型零件测量数据拟合重建实验学时：2学时实验类型：综合实验实验要求：必修一、实验目的通过本实验，使学生了解区域分割，曲面拟合的基本原理和由产品样件测量到CAD模型重建的原理、方法。使学生了解由产品样件测量到CAD模型重建的原理和方法。二、实验内容选取包含各类型面（常规机加面、自由曲面等）的典型实物样件，利用ATOS完成其各类型面的光学测量；通过区域分割、参数化、最小二乘逼近等步骤完成其重构；将重构出的型面导入CAD系统进行处理。三、实验原理、方法和手段. 区域分割目的是将测量模型划分成多个子集，每个子集仅包含采样自一个光顺曲面的点，代表一个面元。面元可能是平面、二次曲面等基本几何曲面，也可能是自由曲面。分割都是基于聚类的思想，有基于边和基于面两种基本方法。基于边的方法首先提取面与面之间的特征线，然后根据特征线分割各个面元。基于边的方法的主要优点是可以非常方便地根据点、线以及面的连接关系确定模型的拓扑结构。各种基于边的区域分割方法的区别主要在于特征线提取的规则不同，已有的特征线提取规则很多，基于面的方法假设具有相似属性的点属于同一个面元(例如：法失相同的点属于同一个平面)，通过将相似属性的点聚合起来完成区域分割。基于面的方法包括“自底向上”(buttom-up)以及“自顶向下”(top- down)两种基本方式。“自底向上”的方法首先从一个“种子”区域开始，然后按照某种区域“生长”规则添加更多的点到点集中，直到规则无法满足为止。“自顶向下”的方法假定所有的点属于同一个面元，然后测试每一个点的有效性，将不属于该面元的点从点集中去除，直到点集中所有的点均属于该面元。图1-1a，1-1b分别是原始模型及其分割后不同区域不同颜色的显示 图3-1a原始模型 图3-1b不同分割区域不同颜色显示 . 曲面拟合曲面拟合可以简单描述为给定一个有限点集，以及相关误差，寻找一个参数曲面，该曲面与点集中所有点的误差都满足公式其中是某种向量范数，表示曲面上距离最近的点。采用最小二乘逼近是曲面拟合最常用的方法。可以看作的最小化问题。曲面拟合过程为首先根据边界构造一张初始曲面，然后将点投影到该初始曲面上，接着根据投影位置算出其参数分布（从而解决散乱数据的参数分配问题）；根据这一点参数分配再拟合出一张新曲面；最后，再对点的参数进行优化，以使拟合曲面距离给定点误差最小。图3-1a是区域分割获得的三角网格片，图2-1b是参数化，图3-1c是对其拟合的结果 图3-2a原始网格 图3-2b参数化图 图3-2c曲面拟合四、实验组织运行要求采用集中授课和学生自主训练相结合的方式。首先进行1学时测量原理的理论学习；然后进行将学生分成若干组进行自主训练，本实验的自主训练共1学时。五、实验条件实验仪器：ATOS II流动式光学扫描仪、TRITOP数码定位系统、汽车模型；参考资料：ATOS II使用手册、TRITOP使用手册。六、实验步骤1. 测量获得单张曲面网格模型2. 网格模型的参数化3. 网格模型的曲面拟合4. 导出拟合后的曲面，并导入CAD系统中进行创新再设计七、思考题1. 如果拟合后的曲面精度没有达到要求，应该如何处理？2. 对称曲面在拟合过程中如何保证期对称性？八、实验报告具体格式及要求见附件1实验 4 ：零件制造误差综合检测实验学时：2学时实验类型：综合实验实验要求：选修一、实验目的通过本实验使学生熟悉典型零件测量数据与其CAD设计模型配准原理及过程，能独立完成误差分析并生成零件的检测报告，使学生了解零件制造误差检测的基本过程。二、实验内容测量数据与其CAD模型的配准；测量数据与其CAD模型的误差分析。三、实验原理、方法和手段在零件的测量过程中，由于设备坐标系与空间分辨率、装夹角度和定位精度等综合误差因素，重构出的模型与其CAD模型之间不可避免地会存在空间位置和角度上的差异。同样，在利用测量设备测量典型零件表面时，由于人为和环境等因素的影响，典型零件的测量点集与CAD模型之间也必然会存在位置上的差异，即测量坐标系与设计坐标系之间存在偏差。这些偏差必然会影响后续的模型设计或模型评估。因此必须首先通过配准将测量数据点集与CAD模型匹配起来，使实际测量点尽可能接近理论点，才能进行误差分析检测等工作。1. 测量数据与其CAD模型的配准技术图4-1 配准流程模型配准可以看作为对取自不同时间、不同传感器或者不同视角的同一场景的两个数据集合对准的过程。测量数据和CAD模型通常是在不同的坐标系中，模型配准的过程实际上就是寻求测量数据和CAD模型间一对一映射的过程，即要将测量数据模型和CAD模型中相应空间位置的数据点联系起来。配准流程如图4-1所示。配准一般包括两个步骤，首先，提取出原始数据模型的特征信息组成特征空间；然后，根据提取的特征空间搜索一系列空间变换集；直到满足相似性测度条件，就获得了最优的空间变换；使原始数据模型通过这个最优空间变换得到新的数据模型，从而实现配准。配准过程通常分为两个阶段，粗配准和精配准。初配准为精配准提供一个初始的位姿估计。ATOS软件首先在测量数据和设计CAD模型中选取三个标记点，然后通过三个标记点的对齐实现模型的粗配准，然后运用成熟的配准算法实现模型的精配准。以航空发动机的涡轮叶片模型为例，在图4-2(a)中，左边的模型为CAD模型，右边的模型为待配准模型。通过配准后，待配准模型移动到CAD模型的位置，待配准模型上的数据点也移动到CAD模型上相应的位置（参见图4-2(b)）。初始配准(a) 初始配准前的模型位置(b) 初始配准后的模型位置配准前的数据点配准后的数据点图 4-2 模型配准示意图2. 测量数据与其CAD模型的误差分析配准完成后，进行误差分析评估是必不可少的。通过误差分析评估，能够进一步验证配准算法的有效性并且更好地表现配准算法的精度。对零件进行测量后，由测量数据进一步得到重构模型，将重构模型与CAD模型进行配准，获取模型间的匹配偏差信息，以便进行分析评估。匹配偏差模型是以配准后模型与CAD模型间的偏差为基础建立起来的，其思想同样可以应用于逆向工程中的制造精度分析，重构精度分析以及仿制精度分析。误差分析功能图如图4-3所示。偏差体视化匹配原始数据模型配准后的数据模型CAD模型计算偏差匹配偏差模型图4-3 偏差体视化功能图ATOS软件对测量数据模型和工件设计三维CAD模型进行整体对比，便能把工件上每一处的误差简明地显示出来，并可以用三维彩图显示和数据表格等形式输出。效果图如图4-4所示。 图4-4匹配偏差模型体视化四、实验组织运行要求采用集中授课和学生自主训练相结合的方式。首先进行1学时测量原理的理论学习；然后进行将学生分成若干组进行自主训练，本实验的自主训练共1学时。五、实验条件实验仪器：ATOS II流动式光学扫描仪、TRITOP数码定位系统、汽车模型；参考资料：ATOS II使用手册、TRITOP使用手册。六、实验步骤1. 模型读入：首先把样件设计CAD模型从CAD软件里导出STL文件，然后再把STL文件导入ATOS软件中，与测量数据模型处于同一个坐标系下。2. 测量数据与CAD模型的配准：以CAD模型为基准，将测量数据经粗配准和精配准后对齐到基准模型，使两个模型处于空间相同的位置，达到匹配的目的。3. 误差分析：对配准后的模型进行误差分析，获得匹配偏差模型，工件上每一处的误差会简明地显示出来，并可以用三维彩图显示和数据表格等形式输出，生成零件的检测报告，完成零件制造误差检测的基本过程。七、思考题1. 还有那些表示三维模型误差的方法？2. 在三维环境下，模型的公差、粗糙度有那些标注方式？八、实验报告具体格式及要求见附件1实验 5 ：三维实物测量基础上的创新再设计及快速成型制造实验学时：4学时实验类型：设计实验实验要求：必修一、实验目的通过本实验熟悉和掌握含自由曲面的样件测量及三维模型重构，并能将得到的曲面导入UG II、CATIA等CAD软件进行零件的再设计，最后利用快速成型设备完成零件的制造。培养学生综合利用所学知识，创新设计各种包含测量数据自由曲面的机械零件的能力，增强学生的动手能力和工程意识。二、实验内容含自由曲面的样件测量及三维模型重构；曲面的创新设计，用重构得到的自由曲面通过替换/添加等方式重新设计包含自由曲面的零件模型；将设计好的包含自由曲面的零件模型用快速成型设备进行制造。三、实验原理、方法和手段1. 自由曲面样件测量及三维模型重构具体的实验原理、方法和手段在实验三里已详细说明，此处不再细说。如图5-1所示为重构的手机外壳曲面模型。图5-1. 手机外壳曲面模型2. 零件的创新设计机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果（包括理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出有新颖性、创造性、实用性的机构或机械铲平的一种实践性活动，它是建立在现有机械设计理论基础上，吸收科技哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科的有益成分，经过交叉而成的一种新的设计技术和方法。本实验中，对含有自由曲面的机械零件，提取出自由曲面，然后把自由曲面导入到CAD软件中，如图5-1所示为曲面模型导入CATIA软件中。对于零件的创新设计，我们采取如下方案：提取CAD模型中的自由曲面，对自由曲面进行缝补整合，使之成为一个完整的零件模型，如图5-2所示为利用图5-2的自由曲面进行添加所形成的手机模型。图5-2. 重构手机模型3. 零件的快速成型制造快速成型制造技术是指在计算机管理与控制下，根据零件的CAD模型，采用材料精确堆积（由点堆积成面，由面堆积成三维实体）的方法制造原型或零件的技术，是一种基于离散/堆积成形原理的新型制造方法，离散堆积制造流程如图5-3所示。图5-3. 离散堆积制造流程图其基本原理和成形过程如下：首先设计出所需零件的三维模型，然后根据工艺要求，按照一定的规律将模型离散为一系列有序的单元，即把原来的三维电子模型转变为二维平面信息。再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，生成数控代码，最后在计算机的控制下，数控系统以平面加工方式有顺序地连续加工出每个薄层层片，并使它们自动粘接成形，从而把复杂的三维成形问题变成了一系列简单的平面成形问题，大大降低了加工难度，并且成行过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的复杂度无关。本实验环节主要使用SL(Stereolithography)工艺称为光固化（见图5-4），完成零件的快速制造。SL工艺是最早出现的一种RP工艺，它采用激光一点点照射光固化液态树脂使之固化的方法成形，是当前应用最广的一种高精度成形工艺。液槽中盛满液态光固化树脂，它在一定剂量的紫外激光照射下就会在一定区域内固化。成型开始时，工作平台在液面下，聚焦后的激光光点在液面上按计算机的指令逐点扫描，在同一层内则逐点固化。当一层扫描完成后被照射的地方就固