题目：逆向工程在鼠标设计与制造中的应用
一、本课题研究的背景及意义
1、背景(课题涉及到的技术国内外研究现状)
逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。
从广义讲，逆向工程可分以下三类:
(1)实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造;其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。
(2)软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类:既有实物，又有全套技术软件;只有实物而无技术软件;没有实物，仅有全套或部分技术软件。
(3)影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。
目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的CAD，称为“实物逆向工程”。
逆向工程的数据测量技术是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。
现有的数据采集方法主要分为两大类:
(1)接触式数据采集方法接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。
(2)非接触式数据采集方法非接触式数据采集方法主要运用光学原理进行数据的采集，主要包括:激光三角形法、激光测距法、结构光法以及图像分析法等。
逆向工程的数据处理技术是逆向工程的一项重要的技术环节，它决定了后续CAD模型重建过程能否方便、准确地进行。根据测量点的数量，测量数据可以分为一般数据点和海量数据点;根据测量数据的规整性，测量数据又可以分为散乱数据点和规矩数据点;不同的测量系统所得到的测量数据的格式是不一致的，且几乎所有的测量方式和测量系统都不可避免地存在误差。因此，在利用测量数据进行CAD重建前必须对测量数据进行处理。数据处理工作主要包括:数据格式的转化、多视点云的拼合、点云过滤、数据精简和点云分块等。
逆向模型重建技术在整个逆向工程中，产品的三位几何模型CAD重建是ZUI关键、ZUI复杂的环节。
目前使用的造型方法主要有：
(1)曲线拟合造型:用一个多项式的函数通过插值去逼近原始的数据，ZUI终得到足够光滑的曲面。
(2)曲面片直接拟合造型该方法直接对测量数据点进行曲面片拟合，获得曲面片经过过渡、混合、连接形成ZUI终的曲面模型。
(3)点数据网格化网络化实体模型通常是将数据点连接成三角面片，形成多面体实体模型。
2、意义
随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术(Reverse Engineering)。
逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容：
(1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。
(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。
(3)损坏或磨损零件的还原。
(4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。
逆向工程技术为快速设计和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。
二、本课题的文献综述
1、逆向工程
1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。1990年初期包括中国台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。 逆向工程的硬件ZUI早是运用仿制加工设备，制作出来的成品品质粗糙。后来有接触式扫瞄设备，运用探针接触工件取得产品外型。再来进一步开发非接触式设备，运用照相或激光技术，计算光线反射回来的时间取得距离。
逆向工程软件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到ZUI近四年来，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快。
目前，逆向工程，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。软件的逆向工程是分析程序，力图在比源代码更高抽象层次上建立程序的表示过程，逆向工程是设计的恢复过程。逆向工程工具可以从已存在的程序中抽取数据结构、体系结构和程序设计信息。
2、三维造型：
三维造型: CAD的三维造型有三种层次的建立方法，即线框、曲面和实体，也就是分别对应于用一维的线，二维的面和三维的体来构造形体。 通过计算机辅助设计建立的立体的、有光的、有色的生动画面，虚拟逼真地表达大脑中的产品设计效果，比传统的二维设计更符合人的思维习惯与视觉习惯。三维造型技术从ZUI初的三维CAD已发展到目前专用的基于特征造型的三维软件，常用软件有UG、SolidWorks、SolidEdge、MDT、Pro/E、3DS max等。
3、快速成型：
快速成型(RP)技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"， 类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
参考文献：
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三、课题研究的方法及内容
本课题是逆向工程在鼠标设计与制造中的应用，本设计选用UG软件根据鼠标的点云数据进行鼠标的模型重建并用FDM对其进行快速成型加工的过程，在根据点云逆向设计中，结合设计需要进行了必要的正向设计修正，以得到理想的设计结果。
设计内容贯彻数据采集、数据项预处理、文件读取、边界提取、曲面重构、实体生成、STL模型重构、快速成型机的操作和注意事项，并对建模过程及STL文件处理做了系统的论述。选用UG NX4.0软件的Unigraphics CAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。由INSIGHT软件进行的数据切片处理可直接传送快速成型机，无需进行其他处理。
四、研究方案的具体设计
1、实体三维数据的获得——扫描;
2、点云处理;
3、曲面重构;
4、实体建模：
(1)模型分析
(2)曲面造型
(3)实体外形修改
(4)各部件建模
(5)部件的装配与干涉检验
5、基于INSIGHT快速成型切片的数据处理;
6、快速成型加工操作。
五、毕业设计(论文)进度计划
1-2周
调研、查阅文献，完成开题报告
3-7周 进行鼠标模型点数据的采集和模型的初步构建
8周
中期检查与整改
9-13周
在初步构建的鼠标模型的基础上进行修改并完成快速成型加工，撰写毕业设计论文
14-15周 打印、装订、评阅、答辩资格审查
16周 毕业答辩
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