2023年基于逆向工程的鼠标曲面设计.doc

基于逆向工程的鼠标曲面设计 陈续扬 [] 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以下图，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局部组成: 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所示为逆向工程根本流程图。 图 Error! Bookmark not defined. 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，而平面扫描模式那么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Error! Bookmark not defined. 罗兰PICZA LPX-1200三维激光扫描仪 图Error! Bookmark not defined. 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Error! Bookmark not defined.旋转扫描 图Error! Bookmark not defined.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Error! Bookmark not defined.合并后点云 利用Pixform的坐标变换〔Edit\Transform\model〕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：Construct\Feature Line\Sharp Edges → 删除无用边界 → 去除杂点。 2.3.2 提取底面点去：Construct\Cross Section\Cloud 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。将剩余局部以XZ平面做镜像并合并。如图7所示： 图Error! Bookmark not defined. 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Error! Bookmark not defined. 2.3.6 放样侧面。如图9 图Error! Bookmark not defined. 2.4 顶面设计 2.4.1 截取局部顶面点云，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Error! Bookmark not defined. 2.4.2 以XZ平面镜像此曲面。如图11 图Error! Bookmark not defined. 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Error! Bookmark not defined. 2.4.4 利用UV网格构造曲面。如图12 图Error! Bookmark not defined. 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Error! Bookmark not defined. 3 误差分析 3.1 侧面误差 图Error! Bookmark not defined. 3.2 顶面误差 图Error! Bookmark not defined. 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，2023. [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，2023：93-95 [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，2023 [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〕，2023：3 [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，2023 [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,2023,21(3)：202-207 [7]单岩，谢斌飞. Imageware逆向造型技术根底[M]. 北京：清华大学出版社，2023. 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, designing the curved surfaced by matching the points with imageware.Finally, analyze error Keywords: Reverse Engineering; curve surface construction; mouse