基于IMAGEWARE鼠標外殼逆向工程技術

王曉萍，王 珂，李順軍

（十堰職業(yè)技術學院 機電工程系，湖北 十堰 442000）

1 逆向工程技術

逆向工程技術是相對于正向工程技術而言的，又叫反求工程技術。正向工程就是傳統(tǒng)的由設計人員先設計產(chǎn)品圖樣，然后按照圖樣由技術操作人員加工出產(chǎn)品實物的過程。而逆向工程技術則是先由三坐標測量儀或者三維激光掃描儀對現(xiàn)有產(chǎn)品或者模型進行掃描測量，得到產(chǎn)品的三維輪廓數(shù)據(jù)，再應用反求軟件進行曲向重構最終將實體模型轉變?yōu)镃AD模型，并對重構的CAD曲面進行在線檢測與精度分析、評價構造效果，最終生成IGES或STL數(shù)據(jù)，據(jù)此就能進行快速成型或者CNC數(shù)控加工［1］。

2 鼠標外殼逆向工程開發(fā)流程

本文針對鼠標外殼逆向工程開發(fā)流程的設計思路分為：（1）鼠標樣品外觀創(chuàng)意設計。根據(jù)用戶群手型特征，經(jīng)過深入探討和分析，明確設計方向后，設計師開始手繪鼠標設計草圖；（2）鼠標外殼油泥模型制作。油泥模型制作是最重要的一個環(huán)節(jié)，如果油泥模型制作有誤差，將會導致最終成品的失敗。只有經(jīng)過反復的實驗和測試，以求達到最完美的設計效果；（3）通過數(shù)字化測量儀獲取鼠標外形的點云數(shù)據(jù)；（4）利用反求軟件IMAGEWARE對點云數(shù)據(jù)進行處理；（5）利用PRO／E軟件構建鼠標外殼的三維CAD曲面；（6）運用快速成型技術或者數(shù)控加工完成鼠標模型制造工藝成型等一系列過程。

首先采用Photoshop、3DMax、Alias等軟件對鼠標外觀創(chuàng)意設計作品進行三維樣機設計與圖像處理。再根據(jù)創(chuàng)意設計進行油泥造型，然后通過三維激光掃描儀獲得鼠標外殼的油泥造型點云模型。最后應用Imageware、Icemsurf或者其他專業(yè)逆向工程軟件完成點云曲面造型、鼠標細節(jié)結構與裝配設計。負責鼠標外殼造型的設計師依據(jù)最終的產(chǎn)品進行鼠標外殼模具設計、工藝流程設計，完成鼠標外殼的最終成型。

圖1 逆向工程開發(fā)流程圖

鼠標外殼逆向工程中的創(chuàng)意設計與油泥造型主要考慮產(chǎn)品外觀的美學設計與使用者的最佳手感舒適度設計，這在一定程度上要依賴產(chǎn)品創(chuàng)意師與油泥師對產(chǎn)品市場占有率與使用者感觀體驗意見的收集與藝術修養(yǎng)。本文重點針對鼠標外殼逆向造型的后期工作，即借助計算機輔助設計的手段的逆向工程技術，高效優(yōu)質地完成鼠標外殼的數(shù)字化模型構造與幾何測量、模具制造與快速成型等。

2.1 鼠標外殼點云數(shù)據(jù)采集

對鼠標外殼實體進行點云數(shù)據(jù)采集，這是逆向工程實現(xiàn)的基礎和關鍵技術之一，為了獲取高精度的點云數(shù)據(jù)，一般采用三維激光掃描儀進行非接觸式測量。測量之前，在鼠標表面均勻噴涂反差劑，待干燥后進行掃描。然后用Surface軟件打開掃描文件，對掃描到的點云數(shù)據(jù)進行分層、排序與精簡處理。

2.2 鼠標外殼點云處理

掃描完成獲取點云后，接著進行反求建模。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軟件處理鼠標外殼點云的過程是：（1）讀入鼠標外殼的點云數(shù)據(jù)，設定分層維量實現(xiàn)數(shù)據(jù)分層；（2）完成數(shù)據(jù)排序并判斷整個模型是否有多重點云存在，壓縮不必要的數(shù)據(jù)點，在保證曲面幾何精度的前提下生成適合后續(xù)任務的結構；（3）將多個點云注冊在一起，構成一個整體的鼠標外殼點模型；（4）顯示并查詢點云，去除不良點或噪聲點；（5）觀察點云并提前計劃點云網(wǎng)格和部分，為鼠標外殼的曲面設計作準備；（6）創(chuàng)建點云網(wǎng)格和部分，再對點云進行平滑光順處理；（8）查詢點云的精確度和光順度，再去除雜點；（9）通過點云擬合光順曲線并保存為IGS格式。

2.3 在Pro／E三維造型軟件中實現(xiàn)鼠標外殼實體模型的重構

在Imageware中將生成好的光順點云曲線保存為IGS格式文件，然后在Pro／E軟件中打開IGS文件，通過Pro／E應用軟件的創(chuàng)建基準軸、基準面、曲面特征等命令，對鼠標外殼曲面進行適當修剪以及其他設計。利用正向CAD軟件的優(yōu)勢，完成如曲面的剪切與合并、倒圓角、確定孔位、凸臺等細節(jié)結構特征設計，得到鼠標外殼曲面，再運用實體化命令，得到實體化后的鼠標外殼三維實體，再將實體化模型加厚，為進一步創(chuàng)新設計提供方便。同時，在正向CAD軟件下進行裝配與間隙調整等對于產(chǎn)品的系統(tǒng)開發(fā)是非常有必要的，可以減小后續(xù)模具設計制造、產(chǎn)品總體裝配的潛在風險。

3 鼠標外殼的快速成型制造

將實體化后的鼠標外殼數(shù)字模型轉化成STL格式文件，使用美國生產(chǎn)的BST768快速成型機對鼠標外殼進行快速成型制造［2］。將STL文件調入快速成型分析軟件中，設置快速成型打印為solid（實心）打印，進行快速成型打印，得到預期鼠標外殼的快速成型件［3］。

4 結語

隨著現(xiàn)代化企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短，用戶對產(chǎn)品質量要求越來越高，特別是產(chǎn)品的外觀質量更是要求美觀實用，使產(chǎn)品逆向工程技術在新產(chǎn)品開發(fā)過程中得到了充分應用。本文以鼠標外殼為研究對象，探討如何利用Imageware軟件和Pro／E軟件相結合，完成鼠標外殼三維模型的實體化構建。這種方法不僅能得到原實物模型的精確復制品，而且還可以進一步修改數(shù)模和產(chǎn)品圖紙。

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

［2］慈瑞梅.逆向工程實體模型重建技術與研究［J］.機械設計與制造，2010（8）：139.

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