基于逆向工程的鼠標曲面設計

基于逆向工程的鼠標曲面設計陳續(xù)揚[摘要]利用羅蘭PICZALPX-1200三維激光掃描儀獲得鼠標點云數(shù)據(jù)，再用Pixform軟件對點去數(shù)據(jù)進行預處理，然后利用Imageware對鼠標曲面進行擬合設計，最后進行誤差分析[關鍵詞]逆向工程；曲面設計；鼠標引言“逆向工程”（ReverseEngineering,RE），也稱反求工程、反向工程、三坐標點測繪、三坐標點造型、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計到圖樣，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)領域內，逆向工程有著廣泛的應用背景，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)過程中各種先進技術的紐帶,并成為消化、吸收先進技術,實現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術手段。逆向工程技術為快速制造提供了很好的技術支持，它已經(jīng)成為制造業(yè)信息傳遞的重要而簡潔途徑之一。逆向工程簡介逆向工程設計過程簡介逆向工程的一般流程如圖所示，即首先利用實物樣件轉換為CAD模型，利用計算機輔助制造（CAM）、快速原型制造（RP），快速模具和PDM系統(tǒng)等先進技術對其人進行處理或管理的一個系統(tǒng)過程。逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成:產(chǎn)品實物幾何外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造。圖1所示為逆向工程基本流程圖。圖SEQ圖\*ARABIC1逆向工程流程逆向工程設備及軟件簡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：點處理、曲線和面處理。目前進行CAD模型重建對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EDS公司的I-deas、UG、CATIA，美國PTC公司的Pro/Engineer，法國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。本次設計過程所用到的軟件包括Pixform和Imageware。設計過程本次設計的過程如下：點云數(shù)據(jù)采集，鼠標曲面重構，誤差分析點云的獲取本試驗測量機選用的是羅蘭PICZALPX-1200三維激光掃描儀，外形如圖2所示。它與Pixform專業(yè)逆向工程軟件相結合，主要有兩種掃描模式——旋轉掃描和平面掃描。旋轉掃描模式能夠快速將工作平臺上旋轉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不同的平面來捕捉物體外形的切邊和孔穴，如圖3所示。圖SEQ圖\*ARABIC2羅蘭PICZALPX-1200三維激光掃描儀圖SEQ圖\*ARABIC3掃描模式本次掃描采用兩種掃描方式，分別獲得兩組點云。如圖4，圖5，點數(shù)分別為12618和17331。圖SEQ圖\*ARABIC4旋轉掃描圖SEQ圖\*ARABIC5平面掃描點云預處理對平面掃描獲得的點云去除雜點，然后兩者利用Pixform的重合（定位）兩個殼體功能，去得到最終點云。如圖6，最終點數(shù)為19996。圖SEQ圖\*ARABIC6合并后點云利用Pixform的坐標變換（Edit\Transform\model）重新定位點去坐標，使得坐標平面為鼠標對稱面。側面設計將Pixform處理過的點云數(shù)據(jù)導入Imageware。提取頂面和側面的分界線點云：Construct\FeatureLine\SharpEdges→刪除無用邊界→去除雜點。提取底面點去：Construct\CrossSection\CloudParallel→選取一個與XY平面平行的平面作為截面→去除雜點。同2.3.2步驟類似，再截取一個介于上述兩條邊界的點去。將得到的3組點云，利用對稱面XZ刪除對稱分。將剩余部分以XZ平面做鏡像并合并。如圖7所示：圖SEQ圖\*ARABIC7用均勻曲線擬合點去，再改變三條曲線方向和起始點，使方向相同，起點的x，y坐標相同。如圖8圖SEQ圖\*ARABIC8放樣側面。如圖9圖SEQ圖\*ARABIC9頂面設計截取部分頂面點云，用均勻曲面擬合點云，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SEQ圖\*ARABIC10以XZ平面鏡像此曲面。如圖11圖SEQ圖\*ARABIC11連接兩個面的邊界曲線，并構造數(shù)條邊界線，如圖12圖SEQ圖\*ARABIC12利用UV網(wǎng)格構造曲面。如圖12圖SEQ圖\*ARABIC13側面和頂面拼接用掃掠曲面方式拼接側面和頂面。拼接前后如圖14所示。圖SEQ圖\*ARABIC14誤差分析側面誤差圖SEQ圖\*ARABIC15頂面誤差圖SEQ圖\*ARABIC16結語通過對鼠標實物的數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)處理、曲面重構與設計，介紹了逆向工程的工作原理。它采用三坐標測量儀對實物進行掃描得到點云，再利用Pixform以及Imageware軟件進行點云的處理與曲線、曲面的構造，誤差的檢測與分析，最終得出了完整的實體模型。逆向工程是一種整合實用性、開拓性以及綜合性于一體的技術，通過逆向工程對產(chǎn)品設計不僅能大大提高產(chǎn)品設計精確性而且能大大縮小產(chǎn)品開發(fā)的周期。伴隨著各種行業(yè)對快速創(chuàng)新產(chǎn)品的急需，逆向工程技術一定將發(fā)揮廣泛和不可替代的作用。[參考文獻][1]金濤，童水光等.逆向工程技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.[2]鄒金蘭，張宇，郭勤靜.UG/Imageware在逆向工程曲面重構中的應用[J].機械設計與制造，2008：93-95[3]劉煬，陳曦等.逆向工程技術在曲面重構及檢測中的應用.組合機床與自動化加工技術，2012[4]杜萬鵬，謝強強等.逆向工程技術及其應用.中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2012：3[5]姜元慶，劉佩軍等.UG/Imageware逆向工程培訓教程[M]北京：清華大學出版社，2003[6]胡義剛，沈永剛.基于Imageware鼠標復雜曲面反求設計[J].上海工程技術大學學報,2007,21(3)：202-207[7]單巖，謝斌飛.Imageware逆向造型技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2006.ReverseDesignofMouseCurveSurfaceBasedonReverseEngineeringChenXuyangAbstracts:TakingadvantageofPICZALPX-12003Dlaserscanner,pointclouddataisobtained.Then,pixformisusedtopreprocessthedata.Thirdly