基于逆向工程技术的鼠标壳造型设计

彭广威

株洲职业技术学院机械工程系（湖南 株洲 412001）

基于逆向工程技术的鼠标壳造型设计

彭广威

株洲职业技术学院机械工程系（湖南 株洲 412001）

逆向工程是一种全新设计与制造技术，采用逆向方法进行产品造型设计和模具开发，是缩短产品开发周期，提高产品质量，进而建立自己的设计制造体系的重要手段。本文以了鼠标壳配合件为例，介绍了逆向工程技术3D造型的一般步骤和方法

鼠标壳； 逆向工程；Pro/E

引言

逆向工程(Reverse Engineering)也称反求工程、反向工程,是指根据测得的实物模型数据转变为CAD模型的相关数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。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。逆向工程作为对已有产品进行数据测量拟合、分析、改进、设计、实现新产品开发的一种最佳手段，比从设计概念来完成产品的开发的正向工程要捷径的多，因而可有效地支持新产品对市场的迅速响应。利用逆向工程进行模具制造有如下途径：

1、利用逆向扫描系统获得点云数据，经逆向工程软件处理，在三维CAD软件中进行造型，生成工程图。依据工程图，利用传统方法制模具。

2、利用逆向工程系统获得点云数据，经处理，在三维CAD软件中进行造型，以STL文件格式输入快速成型机中，制作快速成型件，利用快速成型技术制作模具。

3、利用逆向工程系统，经点云数据采集、处理，进行物体三维造型后，将文件转换成数控机床所能识别的机代码，通过数控加工中心直接进行模具加工。

本课题利用鼠标壳配合件的实物模型进行三维数据采集，在Pro/E中进行造型和优化设计，最后完成注射模具的数字化设计。

1 零件数据采集

目前，用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样，其原理也各不相同。不同的测量方法，不但决定了测量本身的精度、速度和经济性，还使得测量数据类型的持续处理方法不尽相同。根据测量探头是否接触零件表面，数据的采集方法可以分为接触式和非接触式。在接触式测量设备中，三坐标测量机(CMM)是应用最为广泛的一种测量设备；在非接触式测量方法中，结构光法被认为是目前最成熟的三维形状测量方法。一般来说，三坐标测量机测量精度高，可根据工件形状特点直接测量其特定的几何特性，后续造型方便快捷，但测量速度慢。光学扫描仪速度快，但精度一般，且不易有测量陡峭面和复杂小平面的工件。

本项目测量物体为鼠标外壳，精度要求一般，外形平面较缓和，故采用光学扫描仪和游标卡尺结合进行数据采集。扫描仪采用北京博维恒信便携式PCP系列三维光学扫描系统，主要部件包括三维相机(如图1-a)及试样旋转台(如图1-b)。其原理是是将光栅条纹投影到物体表面，由CCD将拍摄到的条纹图像输入到计算机中，然后根据条纹按照曲率变化的形状利用相位法和三角法等精确的计算出物体表面每一点的空间坐标（X、Y、Z），生成三维的可输出色彩信息（R、G、B）的彩色面点云数据。

鼠标外壳分上下两部分，配合精度要求较高，上壳外形曲面较复杂，下壳形状简单。打开旋转台控制软件PCP及3D CaMega扫描软件，调整好旋转台的距离并进行系统标注后，将鼠标上壳竖立用橡皮泥固定于旋转台上，拍摄4～5个角度的一组三维点云数据，如图1所示。同组三维点云数据系统将自动进行拼接。再将上壳侧立同样拍摄4～5个角度的一组三维点云数据，扫描采集的点云数据以.XYZ文件格式保存。上壳扫描完成后，将下壳以同样方法进行三维扫描。

2 扫描数据处理

2.1 数据格式转换

以该公司自带的CloudForm软件对扫描点云数据进行简单处理和格式转换。先在CloudForm软件操作窗口中导入所扫描的.XYZ格式的三维点云组，去除杂乱点，以.asc格式导出，每一组点去数据可导出为一个点云文件，如图2所示。

图1 PCP系列三维光学扫描系统

图2 CloudForm点云处理和格式转换

2.2 点云组拼接及网格化实体模型

利用Geomagic Studio软件对鼠标壳.asc格式的多组点云进行拼接、封装、曲面光顺、和孔洞填充、边界修补等处理。最后创建基准面、基准轴和基准点，将全局坐标与创建的各基准对齐，完成后的网格化三角面鼠标壳模型如图3所示。完成后的点云数据以.STL格式保存，作为三维CAD软件造型设计的数据。

3 Pro/E逆向造型设计

图3 Geomagic处理后的网格化实体模型

图4 逆向造型设计的鼠标上壳

图5 逆向造型设计鼠标下壳

图6 完成整体设计后的鼠标壳组件

鼠标壳为上下配合件，先完成鼠标上壳的逆向造型设计，再以上壳为基准件，在组件中进行下壳的造型设计。

3.1 鼠标上壳造型设计

鼠标上壳形状较复杂，外形曲面的造型需充分利用Pro/E软件的重新造型模块和曲面造型工具，并且将逆向反求与正向造型相结合，提高模型重构效率。

其造型基本方法为：新建鼠标上壳零件文件→插入Geomagic处理后的.STL格式的三角小平面特征数据→根据小平面特征创建构造曲面的骨架线→外形曲面构建及合并、曲面分析及调整→零件其它结构特征创建。完成逆向造型设计后的鼠标上壳如图4所示。

3.2 鼠标下壳造型设计

鼠标下壳形状较简单，其外形曲面和主要结构特征可在零件模式下根据小平面特征进行创建，而与上壳的配合部分可在与上壳装配后的组件中进行设计。在组件设计中，以上壳的配合结构为参照基准创建下壳的配合结构。完成造型设计后的鼠标下壳零件如图5所示，上下壳装配组件如图6所示。

4 结束语

在整个逆向工程工作流程中，样件的三维数据测量是基础，也是逆向工程整个过程的首要前提。测量数据的好坏直接影响到原型CAD模型重建的质量。数据处理是关键，从测量设备所获取的点云数据，不可避免地会带入误差和噪声，而且数据庞大，只有通过数据处理才能提高精度和曲面重建的算法效率。曲面重构逆向造型是当中最繁琐最困难的一步，要求有一定的产品和工艺经验，准确地理解产品原型的构造和功能，在进行解剖、消化和吸收的基础上进行仿型设计和改进设计。

陈雪芳等主编. 逆向工程与快速成型技术应用[M].北京：机械工业出版社.2009

彭广威. 逆向工程技术及在模具制造中的应用[J]. 模具工程. 2008.4

刘晓宇编著.Pro/ENGINEER逆向工程设计完全解析[M]. 北京：中国铁道出版社. 2010

Style Design of Mouse Shell based on Reverse Engineering

PENG Guang-wei
(Zhu- Zhou Professional Technology College, Zhu Zhou, Hunan 412001)

As a new method of design and manufacture, Reverse Engineering Technology is an important approach used in the Product Style Design and the Development of Mould to shorten the period of exploitation，improve the quality of product and fi nally set up own system for design and manufacture. In this article, the procedure and method of reverse engineering are presented by using mouse shell fi tting piece.

Mouse Shell Reverse Engineering Pro/E

TQ320

彭广威(1975-),男,硕士，讲师。研究方向：模具设计与制造