基于逆向工程的鼠標(biāo)曲面設(shè)計(jì)

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1、基于逆向工程的鼠標(biāo)曲面設(shè)計(jì)陳續(xù)揚(yáng)[摘要]利用羅蘭PICZALPX-1200三維激光掃描儀獲得鼠標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再用Pixform軟件對(duì)點(diǎn)去數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后利用Imageware對(duì)鼠標(biāo)曲面進(jìn)行擬合設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行誤差分析[關(guān)鍵詞]逆向工程；曲面設(shè)計(jì)；鼠標(biāo)0引言“逆向工程”（ReverseEngineering,RE），也稱反求工程、反向工程、三坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)繪、三坐標(biāo)點(diǎn)造型、抄數(shù)等[1]，它的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式通常是從概念設(shè)計(jì)到圖樣，再制造出產(chǎn)品，我們稱之為正向工程，而產(chǎn)品的逆向工程是根據(jù)零件（或原型）生成圖樣，再制造產(chǎn)品。在制造業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，逆向

2、工程有著廣泛的應(yīng)用背景，已成為產(chǎn)品開發(fā)中不可缺少的一環(huán)。逆向工程已經(jīng)成為聯(lián)系新產(chǎn)品開發(fā)過程中各種先進(jìn)技術(shù)的紐帶,并成為消化、吸收先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。逆向工程技術(shù)為快速制造提供了很好的技術(shù)支持，它已經(jīng)成為制造業(yè)信息傳遞的重要而簡(jiǎn)潔途徑之一。1逆向工程簡(jiǎn)介1.1逆向工程設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)介逆向工程的一般流程如圖所示，即首先利用實(shí)物樣件轉(zhuǎn)換為CAD模型，利用計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、快速原型制造（RP），快速模具和PDM系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其人進(jìn)行處理或管理的一個(gè)系統(tǒng)過程。逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成:產(chǎn)品實(shí)物幾何外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造

3、。圖1所示為逆向工程基本流程圖。圖1逆向工程流程1.2逆向工程設(shè)備及軟件簡(jiǎn)介逆向工程軟件主要用于CAD模型的重建，即逆向造型，其過程主要包括：點(diǎn)處理、曲線和面處理。目前進(jìn)行CAD模型重建對(duì)CAD支撐系統(tǒng)有兩種選擇方案：一是基于正向的商品化CAD/CAE/Cam系統(tǒng)軟件，如美國(guó)EDS公司的I-deas、UG、CATIA，美國(guó)PTC公司的Pro/Engineer，法國(guó)Matra公司的Strim，日本HZS公司的GRADE/CUBE-NC等；二是選擇專用的逆向造型軟件，如Imageware、ICEMSURF、Paraform、Geomagic等。本次設(shè)計(jì)過程所用到的軟件

4、包括Pixform和Imageware。2設(shè)計(jì)過程本次設(shè)計(jì)的過程如下：點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，鼠標(biāo)曲面重構(gòu)，誤差分析2.1點(diǎn)云的獲取本試驗(yàn)測(cè)量機(jī)選用的是羅蘭PICZALPX-1200三維激光掃描儀，外形如圖2所示。它與Pixform專業(yè)逆向工程軟件相結(jié)合，主要有兩種掃描模式——旋轉(zhuǎn)掃描和平面掃描。旋轉(zhuǎn)掃描模式能夠快速將工作平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)著的物件完整地掃描下來，而平面掃描模式則能通過掃描最多六個(gè)不同的平面來捕捉物體外形的切邊和孔穴，如圖3所示。圖2羅蘭PICZALPX-1200三維激光掃描儀圖3掃描模式本次掃描采用兩種掃描方式，分別獲得兩組點(diǎn)云。如圖4，圖5，點(diǎn)數(shù)分別為12618

5、和17331。圖4旋轉(zhuǎn)掃描圖5平面掃描0.1點(diǎn)云預(yù)處理對(duì)平面掃描獲得的點(diǎn)云去除雜點(diǎn)，然后兩者利用Pixform的重合（定位）兩個(gè)殼體功能，去得到最終點(diǎn)云。如圖6，最終點(diǎn)數(shù)為19996。圖6合并后點(diǎn)云利用Pixform的坐標(biāo)變換（EditTransformmodel）重新定位點(diǎn)去坐標(biāo)，使得坐標(biāo)平面為鼠標(biāo)對(duì)稱面。0.2側(cè)面設(shè)計(jì)0.1.1將Pixform處理過的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Imageware。提取頂面和側(cè)面的分界線點(diǎn)云：ConstructFeatureLineSharpEdges→刪除無用邊界→去除雜點(diǎn)。0.1.2提取底面點(diǎn)去：ConstructCrossSe

6、ctionCloudParallel→選取一個(gè)與XY平面平行的平面作為截面→去除雜點(diǎn)。0.1.3同2.3.2步驟類似，再截取一個(gè)介于上述兩條邊界的點(diǎn)去。0.1.4將得到的3組點(diǎn)云，利用對(duì)稱面XZ刪除對(duì)稱分。將剩余部分以XZ平面做鏡像并合并。如圖7所示：圖70.1.5用均勻曲線擬合點(diǎn)去，再改變?nèi)龡l曲線方向和起始點(diǎn)，使方向相同，起點(diǎn)的x，y坐標(biāo)相同。如圖8圖80.1.6放樣側(cè)面。如圖9圖90.2頂面設(shè)計(jì)0.2.1截取部分頂面點(diǎn)云，用均勻曲面擬合點(diǎn)云，并將2.3.1所得的邊界線投影到擬合曲面，再修剪曲面，如圖10所示圖100.1.1以XZ平面鏡像此曲面。如圖11圖11

7、0.1.2連接兩個(gè)面的邊界曲線，并構(gòu)造數(shù)條邊界線，如圖12圖120.1.3利用UV網(wǎng)格構(gòu)造曲面。如圖12圖130.1側(cè)面和頂面拼接用掃掠曲面方式拼接側(cè)面和頂面。拼接前后如圖14所示。圖141誤差分析1.1側(cè)面誤差圖150.1頂面誤差圖161結(jié)語(yǔ)通過對(duì)鼠標(biāo)實(shí)物的數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、曲面重構(gòu)與設(shè)計(jì)，介紹了逆向工程的工作原理。它采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)實(shí)物進(jìn)行掃描得到點(diǎn)云，再利用Pixform以及Imageware軟件進(jìn)行點(diǎn)云的處理與曲線、曲面的構(gòu)造，誤差的檢測(cè)與分析，最終得出了完整的實(shí)體模型。逆向工程是一種整合實(shí)用性、開拓性以及綜合性于一體的技術(shù)，通過逆向工程對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅

8、能大大提高