基于逆向工程的鼠標(biāo)曲面設(shè)計

1、基于逆向工程的鼠標(biāo)曲面設(shè)計陳續(xù)揚(yáng)摘要 利用羅蘭PICZA LPX-1200三維激光掃描儀獲得鼠標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再用Pixform軟件對點(diǎn)去數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后利用Imageware對鼠標(biāo)曲面進(jìn)行擬合設(shè)計，最后進(jìn)行誤差分析關(guān)鍵詞 逆向工程；曲面設(shè)計；鼠標(biāo)0 引言“逆向工程”（Reverse Engineering, RE），也稱反求工程、反向工程、三坐標(biāo)點(diǎn)測繪、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)，逆向工程有著廣泛的應(yīng)用背景，已成

2、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潔途徑之一。 1 逆向工程簡介1.1 逆向工程設(shè)計過程簡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)對其人進(jìn)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(shí)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 1 逆向工

3、程流程1.2 逆向工程設(shè)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(diǎn)處理、曲線和面處理。目前進(jìn)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(shè)計過程所用到的軟件包括Pixform和Imageware。2 設(shè)計過程本次設(shè)計的過程如下

4、：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)測量機(jī)選用的是羅蘭PICZA LPX-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PICZA LPX-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和17331。圖4旋轉(zhuǎn)掃描 圖5平面掃描2.2 點(diǎn)云預(yù)處理對平面掃描獲得的點(diǎn)云去除雜點(diǎn)，

5、然后兩者利用Pixform的重合（定位）兩個殼體功能，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)對稱面。2.3 側(cè)面設(shè)計2.3.1 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：ConstructFeature LineSharp Edges 刪除無用邊界 去除雜點(diǎn)。2.3.2 提取底面點(diǎn)去：ConstructCross SectionCloud Parallel 選取一個與XY平面平行的平面作為截面 去除雜點(diǎn)。2.3.3 同2.3.2

6、步驟類似，再截取一個介于上述兩條邊界的點(diǎn)去。2.3.4 將得到的3組點(diǎn)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72.3.5 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82.3.6 放樣側(cè)面。如圖9圖92.4 頂面設(shè)計2.4.1 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102.4.2 以XZ平面鏡像此曲面。如圖11圖112.4.3 連接兩個面的邊界曲線，并構(gòu)造數(shù)條邊界線，如圖12圖122.4.4 利用UV網(wǎng)格構(gòu)造曲面。如圖12圖132.5 側(cè)面和

7、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143 誤差分析3.1 側(cè)面誤差圖153.2 頂面誤差圖164 結(jié)語通過對鼠標(biāo)實(shí)物的數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)處理、曲面重構(gòu)與設(shè)計，介紹了逆向工程的工作原理。它采用三坐標(biāo)測量儀對實(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)，通過逆向工程對產(chǎn)品設(shè)計不僅能大大提高產(chǎn)品設(shè)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(shù)一定將發(fā)揮廣泛和不可替代的作用。參考文獻(xiàn)1

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