卞冠宇，董庆茁，舒子杰，景 鑫，夏会芳

(武汉华夏理工学院 智能制造学院，湖北 武汉 430223)

0 引言

逆向工程(RE)也被称为反求工程，或者说是逆向设计，它主要是对已经存在的实物模型进行转化，并以此作为基础进行剖析、深化和二次创造，是一种分析方法和应用技术的组合[1]。鼠标是一种很常用的电脑输入设备，随着当今社会日新月异的发展，人们对于鼠标的要求也越来越多，如舒适的操作手感以及灵活性和可靠性，因此对鼠标的美学设计和制作工艺要求也越来越高。鼠标表面由复杂的自由曲面构成，故我们采用逆向工程技术，通过三维扫描设备基于实物模型获取三维数字化信息，根据数据和设计要求构成鼠标的数字模型，最终通过误差分析检测模型是否满足要求。

1 鼠标三维数据采集

通过三维扫描设备获取鼠标的三维数字化数据。由于鼠标模型表面明暗程度不同，故须在扫描前对鼠标模型进行表面处理(喷上白色显像剂)；为了能够更好地对鼠标模型进行识别、定位，避免扫描数据的质量受到影响，还需按相关要求贴好标记点，如图1所示。

图1 实物喷显像剂处理及标记点粘贴 图2 鼠标上表面数据 图3 翻转鼠标

经旋转转盘，完成鼠标上表面的数据采集，如图2所示。然后翻转鼠标让底面朝上(见图3)，进行再次扫描，直至完成一周的数据扫描。最后将全部扫描工作完成后的数据进行拼接合并，生成一个完整的鼠标模型(如图4所示)，并保存好数据。

图4 鼠标拼接完成 图5 封装完成 图6 处理后模型

2 鼠标点云的数据处理

将完成拼接工作的文件导入Geomagic Wrap软件，进行下一步的操作。

由于扫描过程中存在着各种因素，数据采集时会采集到与模型无关的一些数据，所以在点云阶段要进行去除噪点、删除非连接项等操作，然后将点云封装成三角形面片，如图5所示。接着通过使用“孔填充”的命令，对空缺进行填补，并通过使用其他相关命令对模型表面的钉状物以及平面凸起或者凹陷的地方进行处理，使之光滑，如图6所示。

3 鼠标逆向建模

将处理完的点云数据文件(面片)利用逆向建模软件Geomagic Design X导入后进行下一步操作——曲面重建。

3.1 坐标对齐

将“模型”命令栏里的“平面”定义改成“选择多个点”，在适合做底面的平面选择多个点并点击确定，成功创建平面1；接着将“模型”命令栏里的“平面”定义改成“绘制直线”，并在大致处于对称轴的地方绘制一条直线，接着通过将“模型”命令栏里的“平面”定义改成“镜像”进行镜像，成功创建平面2和平面3，最后通过“手动对齐”中的“3-2-1”法完成对齐，如图7所示。

图7 坐标对齐 图8 领域划分(部分) 图9 面片拟合好后经剪切得到的鼠标模型

3.2 曲面重构

3.2.1 划分领域

因为本模型曲面较复杂，所以根据鼠标模型的特征，将鼠标模型手动分为上下左右前后六个领域，如图8所示。

3.2.2 曲面拟合

本实例采用面片拟合构建模型。对上述划分出来的六个领域进行面片拟合，然后将得到的六个面片进行“剪切曲面”操作，得到重构后的鼠标模型，如图9所示。

3.2.3 细节处理

对得到的鼠标模型进行倒圆角以及平面的拉伸切割处理，得到修改后的鼠标模型(见图10)，操作过程中通过体偏差控制模型的质量，保证模型的精度。

图10 鼠标模型 图11 导入文件 图12 对齐

4 模型计算机辅助检测

在逆向建模的过程中，由于是以采集到的点云数据为依据进行的曲面重构，或多或少会存在一些误差，所以就需要通过相关的数据检测比较二者之间的偏差，用以判断是否在误差允许的区间内。

将处理完工的点云数据文件和重构模型文件依次导入到Geomagic Control X，如图11所示。

4.1 对齐

首先，利用“初始对齐”命令，完成初步对齐任务；然后，通过“最佳拟合对齐”得到完全对齐后的内容，如图12所示。

4.2 分析对比

通过体偏差和Geomagic Control X软件将重构后得到的曲面和点云数据进行相关性的数据对比和分析，得到体偏差的对比结果，如图13所示。除此之外，还需要检测点与点之间的误差，并且还需要根据测量位置与参考位置XYZ坐标数值之间的缝隙距离来进行比较和分析。3D比较结果和2D比较结果分别如图14、图15所示。

图13 体偏差 图14 3D对比 图15 2D对比

5 模型打印

将建模数据以STL格式导入切片软件Cura中进行切片处理，如图16所示。并将最终生成的GCoad代码导入3D打印设备进行打印,打印过程如图17所示，最终得到的打印成品如图18所示。

6 小结

本文针对鼠标利用三维激光扫描设备采集信息，通过Geomagic系列软件实施逆向建模，使用3D打印快速成型。该方法是实现复杂工艺品从模型—三维数字化信息—模型(二次创新)的一种新颖且快捷的方法[2]，通过逆向工程技术能在已有产品的基础上进行再次创新，不仅能提高产品的精确性，而且能缩短研发周期。这充分说明了逆向工程是集实用性、开拓性以及综合性于一体的技术。

图16 切片处理 图17 打印过程 图18 打印成品