1、三江學院畢業設計(論文)開題報告題 目逆向工程在鼠標設計與制造中的應用學生姓名、學號朱靜 B07152063專業機械設計制造及其自動化(數控技術方向)指導教師姓名王志斌韓訓梅職稱工程師助教一、本課題研究的背景及意義1、背景(課題涉及到的技術國內外研究現狀)逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據已存在的產品或零件原型構造產 品或零件的工程設計模型，并在此基礎上對已有的產品進行剖析、理解和改進， 是對已有設計的再設計。從廣義講，逆向工程可分以下三類：(1) 實物逆向：它是在已有產品實物的條件下，通過測繪和分折，從而再創 造;其中包括功能逆向、性能逆向、方案、結構、材質等多方面的逆向。實物逆 向的對

2、象可以是整機、零部件和組件。軟件逆向：產品樣本、技術文件、設計書、使用說明書、圖紙、有關規 范和標準、管理規范和質量保證手冊等均稱為技術軟件。軟件逆向有三類：既有實物，又有全套技術軟件；只有實物而無技術軟件；沒有實物，僅有全套或部分技 術軟件。(3)影像逆向：設計者既無產品實物，也無技術軟件，僅有產品的圖片、廣 告介紹或參觀后的印象等，設計者要通過這些影像資料去構思、 設計產品，該種 逆向稱為影像逆向。目前，國內外有關逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向，即重建產品實物的CAD稱為“實物逆向工程”。逆向工程的數據測量技術是通過特定的測量設備和測量方法獲取產品表面 離散點的幾何坐標數據，將產品

3、的幾何形狀數字化。現有的數據采集方法主要分為兩大類：(1) 接觸式數據采集方法接觸式數據采集方法包括使用基于力的擊發原理的觸發 式數據采集和連續式掃描數據采集、磁場法、超聲波法。(2) 非接觸式數據采集方法非接觸式數據采集方法主要運用光學原理進行數據的 采集，主要包括：激光三角形法、激光測距法、結構光法以及圖像分析法等。逆向工程的數據處理技術是逆向工程的一項重要的技術環節，它決定了后續CAD莫型重建過程能否方便、準確地進行。根據測量點的數量，測量數據可以分 為一般數據點和海量數據點；根據測量數據的規整性，測量數據又可以分為散亂 數據點和規矩數據點；不同的測量系統所得到的測量數據的格式是不一致的

4、，且 幾乎所有的測量方式和測量系統都不可避免地存在誤差。因此，在利用測量數據進行CAD重建前必須對測量數據進行處理。數據處理工作主要包括：數據格式的轉化、多視點云的拼合、點云過濾、數據精簡和點云分塊等。逆向模型重建技術在整個逆向工程中，產品的三位幾何模型CAD重建是最關 鍵、最復雜的環節。目前使用的造型方法主要有：(1) 曲線擬合造型：用一個多項式的函數通過插值去逼近原始的數據，最終得到足夠光滑的曲面。(2) 曲面片直接擬合造型該方法直接對測量數據點進行曲面片擬合，獲得曲面片 經過過渡、混合、連接形成最終的曲面模型。(3) 點數據網格化網絡化實體模型通常是將數據點連接成三角面片，形成多面體 實

5、體模型。2、意義隨著計算機技術的發展，CAD技術已成為產品設計人員進行研究開發 的重要工具，其中的三維造型技術已被制造業廣泛應用于產品及模具設計、方案評審、自動化加工制造及管理維護各個方面。在實際開發制造過程中，設計人員 接收的技術資料可能是各種數據類型的三維模型，但很多時候，卻是從上游廠家得到產品的實物模型。設計人員需要通過一定的途徑，將這些實物信息轉化為CAD莫型，這就應用到了逆向工程技術(Reverse Engineerin g)。逆向工程技術與傳統的正向設計存在很大差別。 而逆向工程則是從產 品原型出發，進而獲取產品的三維數字模型，使得能夠進一步利用CAD/ACE/CA以及CIMS等先

6、進技術對其進行處理。不同之處在于設計的起點不同，相應的設 計自由度和設計要求也不相同。一般來說，產品逆向工程包括形狀反求、工藝反 求和材料反求等幾個方面，在工業領域的實際應用中，主要包括以下幾個內容：(1) 新零件的設計，主要用于產品的改型或彷型設計。(2) 已有零件的復制，再現原產品的設計意圖。(3) 損壞或磨損零件的還原。(4) 數字化模型的檢測，例如檢驗產品的變形分析、焊接質量等，以及進行模 型的比較。逆向工程技術為快速設計和制造提供了很好的技術支持，它已經成為 制造業信息傳遞的重要而簡潔途徑之一。二、本課題的文獻綜述1、逆向工程1980年始歐美國家許多學校及工業界開始注意逆向工程這塊領

7、域。1990年初期包括臺灣在內，各國學術界團隊大量投入逆向工程的研究并發表成 果。逆向工程的硬件最早是運用仿制加工設備，制作出來的成品品質粗糙。后來有接觸式掃瞄設備，運用探針接觸工件取得產品外型。再來進一步開發非接 觸式設備，運用照相或激光技術，計算光線反射回來的時間取得距離。逆向工程軟件部分品牌包括 Surfacer(Imageware)、ICEM CopyCAD Rapid Form等。逆向軟件的演進約略可區分為三個階段。一年前在逆向工程上，只 能運用CATIA等CAD/CAM高階曲面系統。市場后來發展出兩套主流產品約在七、 八年前技術成熟，廣為業界引用。到最近四年來，發展出不同以往的逆向

8、工程數 學邏輯運算，速度快。目前，逆向工程，逆向工程的應用已從單純的技巧性手工操作，發展到采用先進的計算機及測量設備，進行設計、分析、制造等活動，如獲取修模后的模具 形狀、分析實物模型、基于現有產品的創新設計、快速仿形制造等。軟件的逆向 工程是分析程序，力圖在比源代碼更高抽象層次上建立程序的表示過程，逆向工程是設計的恢復過程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數據結構、體系結構和程序設計信息。2、三維造型：三維造型：CAD的三維造型有三種層次的建立方法，即線框、曲面和實體， 也就是分別對應于用一維的線，二維的面和三維的體來構造形體。通過計算機輔助設計建立的立體的、有光的、有色的生動畫面，虛擬

9、逼真地表達大腦中的產 品設計效果，比傳統的二維設計更符合人的思維習慣與視覺習慣。三維造型技術從最初的三維CADE發展到目前專用的基于特征造型的三維軟件，常用軟件有 UG SolidWorks、SolidEdge、MDT Pro/E、3DS max等。3、快速成型：快速成型(RP技術是九十年代發展起來的一項先進制造技術， 是為制造業 企業新產品開發服務的一項關鍵共性技術，對促進企業產品創新、縮短新產品開 發周期、提高產品競爭力有積極的推動作用。 自該技術問世以來，已經在發達國 家的制造業中得到了廣泛應用，并由此產生一個新興的技術領域。RP技術是在現代CAD/CA技術、激光技術、計算機數控技術、精

10、密伺服驅動技 術以及新材料技術的基礎上集成發展起來的。不同種類的快速成型系統因所用成 形材料不同，成形原理和系統特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的， 那就是"分層制造，逐層疊加"，類似于數學上的積分過程。形象 地講，快速成形 系統就像是一臺"立體打印機”。參考文獻：1 陳雪芳，孫村華主編逆向成型與快速成型技術應用【M】.機械工業出版社， 20092 陳志楊.逆向工程技術一一應用及軟件 【J CAD/CAM與制造業信息化，2007(7)3 金濤，童水光主編.逆向工程技術【M 機械工業出版社，20034 張偉澤.虛擬制造技術【M .北京：清華大學出版社，200

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13、用UG軟件根據鼠標的點云數據進行鼠標的模型重建并用FDM對其進行快速成型加工的過程，在根據點云逆向設計中，結合設計需要進行了必要的正向設計修正，以得到理想的設計結果。設計內容貫徹數據采集、數據項預處理、文件讀取、邊界提取、曲面重構、實體生成、STL模型重構、快速成型機的操作和注意事項，并對建模過程及STL文件處理做了系統的論述。選用UG NX4.0軟件的Uni graphics CAD/CAM/CAE系統提供了一個基于過程的產品設計環境，使產品開發從設計到加工真正實現了數 據的無縫集成，從而優化了企業的產品設計與制造。由INSIGHT軟件進行的數據切片處理可直接傳送快速成型機，無需進行其他處理。四、研究方案的具體設計1、實體三維數據的獲得一一掃描；2、點云處理；3、曲面重構；4、實體建模：（1）模型分析（2）曲面造型（3）實體外形修改（4）各部件建模（5）部件的裝配與干涉檢驗5、基于INSIGHT快速成型切片的數據處理；&快速成型加工操作。五、畢業設計（論文）進度計劃起訖日期工作內容1-2周調研、查閱文獻，完成開題報告3-7周進行鼠標模型點數據的采集和模型的初步構建8周中期檢查與整改9