基于逆向工程的鼠标曲面设计

基于逆向工程的鼠标曲面设计 陈续扬 摘要 利用罗兰 PICZA LPX-1200 三维激光扫描仪获得鼠标点云数据，再用 Pixform 软件对点去数据进行预处理，然后利用 Imageware 对鼠标曲面进行拟合设计，最后进行误 差分析 关键词 逆向工程；曲面设计；鼠标 0 引言 “逆向工程” （Reverse Engineering, RE） ，也称反求工程、反向工程、三坐标点测绘、 三坐标点造型、抄数等 1，它的出现改变了传统的产品开发模式。传统的产品开发模式通 常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程，而产品的逆向工程是根据 零件 （或原型）生成图样，再制造产品。在制造业领域内，逆向工程有着广泛的应用背景， 已成为产品开发中不可缺少的一环。逆向工程已经成为联系新产品开发过程中各种先进技 术的纽带,并成为消化、吸收先进技术, 实现新产品快速开发的重要技术手段。逆向工程技 术为快速制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。 1 逆向工程简介 1.1 逆向工程设计过程简介 逆向工程的一般流程如图所示，即首先利用实物样件转换为 CAD 模型，利用计算机 辅助制造（CAM ） 、快速原型制造（RP） ，快速模具和 PDM 系统等先进技术对其人进行处 理或管理的一个系统过程。 逆向工程系统主要由三部分组成: 产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品 或模具制造。图 1 所示为逆向工程基本流程图。 图 1 逆向工程流程 1.2 逆向工程设备及软件简介 逆向工程软件主要用于 CAD 模型的重建，即逆向造型，其过程主要包括：点处理、 曲线和面处理。目前进行 CAD 模型重建对 CAD 支撑系统有两种选择方案：一是基于正向 的商品化 CAD/CAE/Cam 系统软件，如美国 EDS 公司的 I-deas、UG 、CATIA，美国 PTC 公司的 Pro/Engineer，法国 Matra 公司的 Strim，日本 HZS 公司的 GRADE/CUBE-NC 等； 二是选择专用的逆向造型软件，如 Imageware、ICEMSURF、Paraform 、Geomagic 等。 本次设计过程所用到的软件包括 Pixform 和 Imageware。 2 设计过程 本次设计的过程如下：点云数据采集，鼠标曲面重构，误差分析 2.1 点云的获取 本试验测量机选用的是罗兰 PICZA LPX-1200 三维激光扫描仪，外形如图 2 所示。它 与 Pixform 专业逆向工程软件相结合，主要有两种扫描模式旋转扫描和平面扫描。旋 转扫描模式能够快速将工作平台上旋转着的物件完整地扫描下来，而平面扫描模式则能通 过扫描最多六个不同的平面来捕捉物体外形的切边和孔穴，如图 3 所示。 图 2 罗兰 PICZA LPX-1200 三维激光扫描仪 图 3 扫描模式 本次扫描采用两种扫描方式，分别获得两组点云。如图 4，图 5，点数分别为 12618 和 17331。 图 4 旋转扫描 图 5 平面扫描 2.2 点云预处理 对平面扫描获得的点云去除杂点，然后两者利用 Pixform 的重合（定位）两个壳体功 能，去得到最终点云。如图 6，最终点数为 19996。 图 6 合并后点云 利用 Pixform 的坐标变换（EditTransformmodel）重新定位点去坐标，使得坐标平面 为鼠标对称面。 2.3 侧面设计 2.3.1 将 Pixform 处理过的点云数据导入 Imageware。提取顶面和侧面的分界线点云： ConstructFeature LineSharp Edges 删除无用边界 去除杂点。 2.3.2 提取底面点去：ConstructCross SectionCloud Parallel 选取一个与 XY 平面平行的 平面作为截面 去除杂点。 2.3.3 同 2.3.2 步骤类似，再截取一个介于上述两条边界的点去。 2.3.4 将得到的 3 组点云，利用对称面 XZ 删除对称分。将剩余部分以 XZ 平面做镜像并合 并。如图 7 所示： 图 7 2.3.5 用均匀曲线拟合点去，再改变三条曲线方向和起始点，使方向相同，起点的 x，y 坐 标相同。如图 8 图 8 2.3.6 放样侧面。如图 9 图 9 2.4 顶面设计 2.4.1 截取部分顶面点云，用均匀曲面拟合点云，并将 2.3.1 所得的边界线投影到拟合曲面， 再修剪曲面，如图 10 所示 图 10 2.4.2 以 XZ 平面镜像此曲面。如图 11 图 11 2.4.3 连接两个面的边界曲线，并构造数条边界线，如图 12 图 12 2.4.4 利用 UV 网格构造曲面。如图 12 图 13 2.5 侧面和顶面拼接 用扫掠曲面方式拼接侧面和顶面。拼接前后如图 14 所示。 图 14 3 误差分析 3.1 侧面误差 图 15 3.2 顶面误差 图 16 4 结语 通过对鼠标实物的数据测量、数据处理、曲面重构与设计，介绍了逆向工程的工作原 理。它采用三坐标测量仪对实物进行扫描得到点云，再利用 Pixform 以及 Imageware 软件 进行点云的处理与曲线、曲面的构造，误差的检测与分析，最终得出了完整的实体模型。 逆向工程是一种整合实用性、开拓性以及综合性于一体的技术，通过逆向工程对产品设计 不仅能大大提高产品设计精确性而且能大大缩小产品开发的周期。伴随着各种行业对快速 创新产品的急需，逆向工程技术一定将发挥广泛和不可替代的作用。 参考文献 1 金涛，童水光等. 逆向工程技术M. 北京：机械工业出版社， 2003. 2 邹金兰，张宇，郭勤静.UG/Imageware 在逆向工程曲面重构中的应用J. 机械设计与制 造，2008：93-95 3 刘炀，陈曦等. 逆向工程技术在曲面重构及检测中的应用 . 组合机床与自动化加工技术， 2012 4 杜万鹏，谢强强等. 逆向工程技术及其应用. 中小企业管理与科技（下旬刊） ，2012：3 5 姜元庆，刘佩军等. UG/Imageware 逆向工程培训教程M 北京：清华大学出版社， 2003 6 胡义刚，沈永刚. 基于 Imageware 鼠标复杂曲面反求设计 J. 上海工程技术大学学报, 2007,21(3)：202-207 7单岩，谢斌飞. Imageware 逆向造型技术基础M. 北京：清华大学出版社，2006. Reverse Design of Mouse Curve Surface Based on Reverse Engineering Chen Xuyang Abstracts: Taking advantage of PICZA LPX-1200 3D laser scanner, point cloud data is obtained. Then, pixform is used to preprocess the data. Thirdly, des