王曉萍，王 珂，李順軍

（十堰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，湖北 十堰 442000）

1 逆向工程技術(shù)

逆向工程技術(shù)是相對(duì)于正向工程技術(shù)而言的，又叫反求工程技術(shù)。正向工程就是傳統(tǒng)的由設(shè)計(jì)人員先設(shè)計(jì)產(chǎn)品圖樣，然后按照?qǐng)D樣由技術(shù)操作人員加工出產(chǎn)品實(shí)物的過程。而逆向工程技術(shù)則是先由三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或者三維激光掃描儀對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品或者模型進(jìn)行掃描測(cè)量，得到產(chǎn)品的三維輪廓數(shù)據(jù)，再應(yīng)用反求軟件進(jìn)行曲向重構(gòu)最終將實(shí)體模型轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型，并對(duì)重構(gòu)的CAD曲面進(jìn)行在線檢測(cè)與精度分析、評(píng)價(jià)構(gòu)造效果，最終生成IGES或STL數(shù)據(jù)，據(jù)此就能進(jìn)行快速成型或者CNC數(shù)控加工［1］。

2 鼠標(biāo)外殼逆向工程開發(fā)流程

本文針對(duì)鼠標(biāo)外殼逆向工程開發(fā)流程的設(shè)計(jì)思路分為：（1）鼠標(biāo)樣品外觀創(chuàng)意設(shè)計(jì)。根據(jù)用戶群手型特征，經(jīng)過深入探討和分析，明確設(shè)計(jì)方向后，設(shè)計(jì)師開始手繪鼠標(biāo)設(shè)計(jì)草圖；（2）鼠標(biāo)外殼油泥模型制作。油泥模型制作是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，如果油泥模型制作有誤差，將會(huì)導(dǎo)致最終成品的失敗。只有經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，以求達(dá)到最完美的設(shè)計(jì)效果；（3）通過數(shù)字化測(cè)量?jī)x獲取鼠標(biāo)外形的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；（4）利用反求軟件IMAGEWARE對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；（5）利用PRO／E軟件構(gòu)建鼠標(biāo)外殼的三維CAD曲面；（6）運(yùn)用快速成型技術(shù)或者數(shù)控加工完成鼠標(biāo)模型制造工藝成型等一系列過程。

首先采用Photoshop、3DMax、Alias等軟件對(duì)鼠標(biāo)外觀創(chuàng)意設(shè)計(jì)作品進(jìn)行三維樣機(jī)設(shè)計(jì)與圖像處理。再根據(jù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)進(jìn)行油泥造型，然后通過三維激光掃描儀獲得鼠標(biāo)外殼的油泥造型點(diǎn)云模型。最后應(yīng)用Imageware、Icemsurf或者其他專業(yè)逆向工程軟件完成點(diǎn)云曲面造型、鼠標(biāo)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)與裝配設(shè)計(jì)。負(fù)責(zé)鼠標(biāo)外殼造型的設(shè)計(jì)師依據(jù)最終的產(chǎn)品進(jìn)行鼠標(biāo)外殼模具設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)，完成鼠標(biāo)外殼的最終成型。

圖1 逆向工程開發(fā)流程圖

鼠標(biāo)外殼逆向工程中的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與油泥造型主要考慮產(chǎn)品外觀的美學(xué)設(shè)計(jì)與使用者的最佳手感舒適度設(shè)計(jì)，這在一定程度上要依賴產(chǎn)品創(chuàng)意師與油泥師對(duì)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率與使用者感觀體驗(yàn)意見的收集與藝術(shù)修養(yǎng)。本文重點(diǎn)針對(duì)鼠標(biāo)外殼逆向造型的后期工作，即借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的手段的逆向工程技術(shù)，高效優(yōu)質(zhì)地完成鼠標(biāo)外殼的數(shù)字化模型構(gòu)造與幾何測(cè)量、模具制造與快速成型等。

2.1 鼠標(biāo)外殼點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

對(duì)鼠標(biāo)外殼實(shí)體進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，這是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一，為了獲取高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，一般采用三維激光掃描儀進(jìn)行非接觸式測(cè)量。測(cè)量之前，在鼠標(biāo)表面均勻噴涂反差劑，待干燥后進(jìn)行掃描。然后用Surface軟件打開掃描文件，對(duì)掃描到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分層、排序與精簡(jiǎn)處理。

2.2 鼠標(biāo)外殼點(diǎn)云處理

掃描完成獲取點(diǎn)云后，接著進(jìn)行反求建模。反求建模我們采用Imageware軟。Imageware是目前廣泛采用的典型逆向工程軟件。Imageware軟件處理鼠標(biāo)外殼點(diǎn)云的過程是：（1）讀入鼠標(biāo)外殼的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，設(shè)定分層維量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分層；（2）完成數(shù)據(jù)排序并判斷整個(gè)模型是否有多重點(diǎn)云存在，壓縮不必要的數(shù)據(jù)點(diǎn)，在保證曲面幾何精度的前提下生成適合后續(xù)任務(wù)的結(jié)構(gòu)；（3）將多個(gè)點(diǎn)云注冊(cè)在一起，構(gòu)成一個(gè)整體的鼠標(biāo)外殼點(diǎn)模型；（4）顯示并查詢點(diǎn)云，去除不良點(diǎn)或噪聲點(diǎn)；（5）觀察點(diǎn)云并提前計(jì)劃點(diǎn)云網(wǎng)格和部分，為鼠標(biāo)外殼的曲面設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備；（6）創(chuàng)建點(diǎn)云網(wǎng)格和部分，再對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行平滑光順處理；（8）查詢點(diǎn)云的精確度和光順度，再去除雜點(diǎn)；（9）通過點(diǎn)云擬合光順曲線并保存為IGS格式。

2.3 在Pro／E三維造型軟件中實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)外殼實(shí)體模型的重構(gòu)

在Imageware中將生成好的光順點(diǎn)云曲線保存為IGS格式文件，然后在Pro／E軟件中打開IGS文件，通過Pro／E應(yīng)用軟件的創(chuàng)建基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面、曲面特征等命令，對(duì)鼠標(biāo)外殼曲面進(jìn)行適當(dāng)修剪以及其他設(shè)計(jì)。利用正向CAD軟件的優(yōu)勢(shì)，完成如曲面的剪切與合并、倒圓角、確定孔位、凸臺(tái)等細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)，得到鼠標(biāo)外殼曲面，再運(yùn)用實(shí)體化命令，得到實(shí)體化后的鼠標(biāo)外殼三維實(shí)體，再將實(shí)體化模型加厚，為進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供方便。同時(shí)，在正向CAD軟件下進(jìn)行裝配與間隙調(diào)整等對(duì)于產(chǎn)品的系統(tǒng)開發(fā)是非常有必要的，可以減小后續(xù)模具設(shè)計(jì)制造、產(chǎn)品總體裝配的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3 鼠標(biāo)外殼的快速成型制造

將實(shí)體化后的鼠標(biāo)外殼數(shù)字模型轉(zhuǎn)化成STL格式文件，使用美國(guó)生產(chǎn)的BST768快速成型機(jī)對(duì)鼠標(biāo)外殼進(jìn)行快速成型制造［2］。將STL文件調(diào)入快速成型分析軟件中，設(shè)置快速成型打印為solid（實(shí)心）打印，進(jìn)行快速成型打印，得到預(yù)期鼠標(biāo)外殼的快速成型件［3］。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代化企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短，用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，特別是產(chǎn)品的外觀質(zhì)量更是要求美觀實(shí)用，使產(chǎn)品逆向工程技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中得到了充分應(yīng)用。本文以鼠標(biāo)外殼為研究對(duì)象，探討如何利用Imageware軟件和Pro／E軟件相結(jié)合，完成鼠標(biāo)外殼三維模型的實(shí)體化構(gòu)建。這種方法不僅能得到原實(shí)物模型的精確復(fù)制品，而且還可以進(jìn)一步修改數(shù)模和產(chǎn)品圖紙。

［1］王華僑，李玉豐，盛學(xué)斌.基于UG NX／Image Ware產(chǎn)品逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.CAD／CAM與制造業(yè)信息化，2007（5）：110.

［2］慈瑞梅.逆向工程實(shí)體模型重建技術(shù)與研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010（8）：139.

［3］孫福輝.逆向工程中重構(gòu)CAD模型的若干關(guān)鍵技術(shù)研究：［D］.北京：北京航空航天科技大學(xué)，2001（8）：48.