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1、手机外壳的逆向设计 手机外壳的逆向设计作者姓名：何适专业名称：机械工程及自动化指导教师：陈远新 讲师第34页 共41页摘 要文章简要介绍了逆向工程的基本概念及其工作流程,利用逆向工程软件 Imageware对手机外形的点云数据进行处理,并创建边界线和特征曲线,然后利用三维软件Pro/E进行曲面拟合,体现了逆向工程点线面实体的实现过程,其中较为详细的阐述了点云数据的处理过程。关键词：逆向工程 点云 手机外形 创建AbstractThis paper briefly introduces the basic concepts of reverse engineering and work flow
2、, use of reverse engineering software Imageware point cloud shape on the cell phone data processing, and create a boundary line and curve, and then use 3D software, Pro / E for surface fitting, reflecting reverse engineering point - Line - Area - Entity implementation process, in which a more detail
3、ed description of the point cloud data processing.Key words: Reverse Engineering, Point Cloud, Phone shape,Creatio.目录摘 要IAbstractII目录III前 言11 逆向工程简介21.1 逆向工程定义21.2四大逆向工程软件简介31.2.1 Imageware31.2.2 Geomagic Studio41.2.3 CopyCAD41.2.4 RapidForm41.3 逆向工程实施原理51.3.1物体数据化：51.3.2从采集的数据中分析物体的几何特征：51.3.3物体三维模
4、型重建：51.3.4检验、修正三维模型。51.4逆向工程分类51.5 逆向工程流程61.6逆向工程技术的应用、发展及局限72 Imageware逆向设计概论82.1 Imageware12软件界面82.2 Imageware建模过程132.2.1 点资料的取得132.2.2 点过程132.2.3 曲线处理过程142.2.4 曲面处理过程142.2.5 误差分析143 手机逆向外形实例143.1松下G60手机外形逆向开发的流程153.2模型分析153.3扫描153.4点云数据清理1635曲面造型193.5.1 建立对称平面193.5.2 建立上表面203.5.3 建立下表面213.5.4 建立侧
5、面223.5.5 曲面初次裁剪233.5.6 建立倒角面243.5.7 建立棱角曲面253.5.8 曲面再次裁剪253.5.9 建立按键曲线263.5.10 整体镜像操作273.5.11 曲面连续性处理273.5.12 误差分析283.5.13 数据精简293.5.14 数据转化导出通用格式2936实体造型303.6.1 数据导入303.6.2 曲面缝合及模型实体化303.6.3 建立手机按键313.6.4 快速成型制造33结 论34致 谢35参考文献36前 言逆向工程是近年来发展起来的一门先进的产品设计方法，被广泛地应用于各种工业产品的造型设计中，特别是在不规则表面、自由曲面，如汽车覆盖件、
6、手机外壳、玩具等设计中更加突出。逆向设计，区别于传统的正向设计方法，它是将原有产品进行测量或扫描，得到其数字化的点云数据，然后在逆向软件中提取产品的特征，进行产品的外形设计，并在此基础上进行改进和创新。应用逆向技术，可以大大缩短设计周期，为企业赢得时间竞争优势。随着全球市场一体化的形成，逆向工程已成为当今CAD/CAM领域内研究的热点之一，它在机械产品测量造型、计算机视觉、根据切片数据的医学图像重建等领域有重要应用。2O世纪9O年代初开始，逆向工程(Reverse Engineering，RE)技术开始引起各国工业界和学术界的高度重视。随着计算机技术和测试技术的发展，利用CADCAM先进设计制
7、造来实现产品的逆向工程，已经成为CADCAM领域的一个研究热点。逆向工程技术的应用，改变了原来CAD系统中从图纸到实物的设计模式，为产品的快速开发以及快速原型化设计提供了一条新的途径，在机械、航空、汽车、家电和玩具等领域得到了广泛的应用。本文以实际项目为背景，从工程实用的角度出发通过已有的点云资料运用imageware和proe完成了鼠标的表面模型反求。其中详细的介绍了imageware软件和鼠标外形的逆向设计过程。通过本次的设计以期能够达到熟练的掌握逆向工程的设计技能，实现从入门到精通的效果。1 逆向工程简介1.1 逆向工程定义随着科技的发展和人们生活水平的提高，产品的性能和外形发生了很大的
8、改变，原来粗大笨重的产品，正在被小巧玲珑，造型别致的产品所代替，工业产品设计正在成为一种热门的行业，根据人机工程学和美学原理设计的各种使用方便、线条流畅的产品，如轿车、家用电器等，随处可见，这些产品一般都是由一些空间自由曲面组成的，用传统的方法很难设计、制造出来;为了设计、制造这类产品和相应的工装具，必须使用CAD/CAM,多轴加工中心等先进技术，现代逆向工程技术就是在这祥的背景下产生的。逆向工程又称反求工程，简称RE技术。英Reverse Engineering(简称RE技术)。逆向工程RE (Reverse Engineering，也称反求工程)，是对产品设计过程的一种描述。在工程技术人员
9、的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转人到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程人们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测
10、量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要利用逆向工程技术建立产品的三维模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是将产品样件转化为三维模型相关数字化技术和几何建模技术的总称。1.2四大逆向工程软件简介1.2.1 Imageware Imageware 由美国 EDS 公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。该软件拥有广大的用户群，国外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon
11、、Toyota 等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海交大、上海 DELPHI、成都飞机制造公司等大企业。 以前该软件主要被应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在产品开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。常规的设计流程首先根据工业造型需要设计出结构，制作出油泥模型之后将其送到风洞实验室去测量空气动力学性能，然后再根据实验结果对模型进行反复修改直到获得满意结果为止，如此所得到的最终油泥模型才是符合需要的模型。如何将油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型，这就需要采用逆向工程软件。首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，然后利用逆向工程软件(例如：Image
12、ware surfacer)进行处理即可获得 class 1 曲面。 随着科学技术的进步和消费水平的不断提高，其它许多行业也开始纷纷采用逆向工程软件进行产品设计。以微软公司生产的鼠标器为例，就其功能而言，只需要有三个按键就可以满足使用需要，但是，怎样才能让鼠标器的手感最好，而且经过长时间使用也不易产生疲劳感却是生产厂商需要认真考虑的问题。因此微软公司首先根据人体工程学制作了几个模型并交给使用者评估，然后根据评估意见对模型直接进行修改，直至修改到大家都满意为止，最后再将模型数据利用逆向工程软件 Imageware 生成 CAD 数据。当产品推向市场后，由于外观新颖、曲线流畅，再加上手感也很好，符
13、合人体工程学原理，因而迅速获得用户的广泛认可，产品的市场占有率大幅度上升。 1.2.2 Geomagic Studio由美国 Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三维检测软件 Geomagic Studio 可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为 NURBS 曲面。该软件也是除了 Imageware 以外应用最为广泛的逆向工程软件。 Geomagic Studio 主要包括 Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture 五个模块。 1.2.3 CopyCADCopyCAD 是由英国 DELCAM 公司出品的功能强大的逆向工程
14、系统软件，它能允许从已存在的零件或实体模型中产生三维CAD模型。该软件为来自数字化数据的 CAD 曲面的产生提供了复杂的工具。 CopyCAD 能够接受来自坐标测量机床的数据，同时跟踪机床和激光扫描器。 CopyCAD 简单的用户界面允许用户在尽可能短的时间内进行生产，并且能够快速掌握其功能，即使对于初次使用者也能做到这点。使用 CopyCAD 的用户将能够快速编辑数字化数据，产生具有高质量的复杂曲面。该软件系统可以完全控制曲面边界的选取，然后根据设定的公差能够自动产生光滑的多块曲面，同时，CopyCAD 还能够确保在连接曲面之间的正切的连续性。 1.2.4 RapidFormRapidFor
15、m 是韩国 INUS 公司出品的全球四大逆向工程软件之一，RapidForm 提供了新一代运算模式，可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为 3D Scan 后处理之最佳化的接口。RapidForm 也将使您的工作效率提升，使 3D 扫描设备的运用范围扩大，改善扫描品质。 1.3 逆向工程实施原理 逆向工程是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据,之后再使用软件，计算出采集数据的空间坐标，并得到对应的颜色。扫描仪是对物体作全方位的扫描、然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个操作过程，可以分为四个步骤： 1.3.1物体数据化：普遍采用三坐标测量机或激光扫描仪来采集物体表面的空间坐标值。 1.3.2从采集的数据中分析物体的几何特征：依据数据的属性，进行分割、再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征。 1.3.3物体三维模型重建：利用CAD软件，把分割后的三维数据作表面模型的拟合，得出实物的三维模型。 1.3.4检验、修正三
