機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

時(shí)間：2024-07-01 11:14:44 開題報(bào)告我要投稿

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機(jī)械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

　　題目：逆向工程在鼠標(biāo)設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

　　一、本課題研究的背景及意義

　　1、背景(課題涉及到的技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀)

　　逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據(jù)已存在的產(chǎn)品或零件原型構(gòu)造產(chǎn)品或零件的工程設(shè)計(jì)模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行剖析、理解和改進(jìn)，是對(duì)已有設(shè)計(jì)的再設(shè)計(jì)。

　　從廣義講，逆向工程可分以下三類:

　　(1)實(shí)物逆向：它是在已有產(chǎn)品實(shí)物的條件下，通過(guò)測(cè)繪和分折，從而再創(chuàng)造;其中包括功能逆向、性能逆向、方案、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等多方面的逆向。實(shí)物逆向的對(duì)象可以是整機(jī)、零部件和組件。

　　(2)軟件逆向：產(chǎn)品樣本、技術(shù)文件、設(shè)計(jì)書、使用說(shuō)明書、圖紙、有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)范和質(zhì)量保證手冊(cè)等均稱為技術(shù)軟件。軟件逆向有三類:既有實(shí)物，又有全套技術(shù)軟件;只有實(shí)物而無(wú)技術(shù)軟件;沒(méi)有實(shí)物，僅有全套或部分技術(shù)軟件。

　　(3)影像逆向：設(shè)計(jì)者既無(wú)產(chǎn)品實(shí)物，也無(wú)技術(shù)軟件，僅有產(chǎn)品的圖片、廣告介紹或參觀后的印象等，設(shè)計(jì)者要通過(guò)這些影像資料去構(gòu)思、設(shè)計(jì)產(chǎn)品，該種逆向稱為影像逆向。

　　目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向，即重建產(chǎn)品實(shí)物的CAD，稱為“實(shí)物逆向工程”。

　　逆向工程的數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)是通過(guò)特定的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法獲取產(chǎn)品表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將產(chǎn)品的幾何形狀數(shù)字化。

　　現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方法主要分為兩大類:

　　(1)接觸式數(shù)據(jù)采集方法接觸式數(shù)據(jù)采集方法包括使用基于力的擊發(fā)原理的觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集和連續(xù)式掃描數(shù)據(jù)采集、磁場(chǎng)法、超聲波法。

　　(2)非接觸式數(shù)據(jù)采集方法非接觸式數(shù)據(jù)采集方法主要運(yùn)用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，主要包括:激光三角形法、激光測(cè)距法、結(jié)構(gòu)光法以及圖像分析法等。

　　逆向工程的數(shù)據(jù)處理技術(shù)是逆向工程的一項(xiàng)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)CAD模型重建過(guò)程能否方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行。根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量，測(cè)量數(shù)據(jù)可以分為一般數(shù)據(jù)點(diǎn)和海量數(shù)據(jù)點(diǎn);根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的規(guī)整性，測(cè)量數(shù)據(jù)又可以分為散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)和規(guī)矩?cái)?shù)據(jù)點(diǎn);不同的測(cè)量系統(tǒng)所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)的格式是不一致的，且?guī)缀跛械臏y(cè)量方式和測(cè)量系統(tǒng)都不可避免地存在誤差。因此，在利用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD重建前必須對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理工作主要包括:數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化、多視點(diǎn)云的拼合、點(diǎn)云過(guò)濾、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和點(diǎn)云分塊等。

　　逆向模型重建技術(shù)在整個(gè)逆向工程中，產(chǎn)品的三位幾何模型CAD重建是最關(guān)鍵、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。

　　目前使用的造型方法主要有：

　　(1)曲線擬合造型:用一個(gè)多項(xiàng)式的函數(shù)通過(guò)插值去逼近原始的數(shù)據(jù)，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(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面片擬合，獲得曲面片經(jīng)過(guò)過(guò)渡、混合、連接形成最終的曲面模型。

　　(3)點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化網(wǎng)絡(luò)化實(shí)體模型通常是將數(shù)據(jù)點(diǎn)連接成三角面片，形成多面體實(shí)體模型。

　　2、意義

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員進(jìn)行研究開發(fā)的重要工具，其中的三維造型技術(shù)已被制造業(yè)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)、方案評(píng)審、自動(dòng)化加工制造及管理維護(hù)各個(gè)方面。在實(shí)際開發(fā)制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員接收的技術(shù)資料可能是各種數(shù)據(jù)類型的三維模型，但很多時(shí)候，卻是從上游廠家得到產(chǎn)品的實(shí)物模型。設(shè)計(jì)人員需要通過(guò)一定的途徑，將這些實(shí)物信息轉(zhuǎn)化為CAD模型，這就應(yīng)用到了逆向工程技術(shù)(Reverse Engineering)。

　　逆向工程技術(shù)與傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)存在很大差別。而逆向工程則是從產(chǎn)品原型出發(fā)，進(jìn)而獲取產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，使得能夠進(jìn)一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。不同之處在于設(shè)計(jì)的起點(diǎn)不同，相應(yīng)的設(shè)計(jì)自由度和設(shè)計(jì)要求也不相同。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品逆向工程包括形狀反求、工藝反求和材料反求等幾個(gè)方面，在工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中，主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：

　　(1)新零件的設(shè)計(jì)，主要用于產(chǎn)品的改型或彷型設(shè)計(jì)。

　　(2)已有零件的復(fù)制，再現(xiàn)原產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖。

　　(3)損壞或磨損零件的還原。

　　(4)數(shù)字化模型的檢測(cè)，例如檢驗(yàn)產(chǎn)品的變形分析、焊接質(zhì)量等，以及進(jìn)行模型的比較。

　　逆向工程技術(shù)為快速設(shè)計(jì)和制造提供了很好的技術(shù)支持，它已經(jīng)成為制造業(yè)信息傳遞的重要而簡(jiǎn)潔途徑之一。

　　二、本課題的文獻(xiàn)綜述

　　1、逆向工程

　　1980年始?xì)W美國(guó)家許多學(xué)校及工業(yè)界開始注意逆向工程這塊領(lǐng)域。1990年初期包括臺(tái)灣在內(nèi)，各國(guó)學(xué)術(shù)界團(tuán)隊(duì)大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果。逆向工程的硬件最早是運(yùn)用仿制加工設(shè)備，制作出來(lái)的成品品質(zhì)粗糙。后來(lái)有接觸式掃瞄設(shè)備，運(yùn)用探針接觸工件取得產(chǎn)品外型。再來(lái)進(jìn)一步開發(fā)非接觸式設(shè)備，運(yùn)用照相或激光技術(shù)，計(jì)算光線反射回來(lái)的時(shí)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(jìn)約略可區(qū)分為三個(gè)階段。十一年前在逆向工程上，只能運(yùn)用CATIA等CAD/CAM高階曲面系統(tǒng)。市場(chǎng)后來(lái)發(fā)展出兩套主流產(chǎn)品約在七、八年前技術(shù)成熟，廣為業(yè)界引用。到最近四年來(lái)，發(fā)展出不同以往的逆向工程數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算，速度快。

　　目前，逆向工程，逆向工程的應(yīng)用已從單純的技巧性手工操作，發(fā)展到采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及測(cè)量設(shè)備，進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、制造等活動(dòng)，如獲取修模后的模具形狀、分析實(shí)物模型、基于現(xiàn)有產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、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(guò)程，逆向工程是設(shè)計(jì)的恢復(fù)過(guò)程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)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(shí)體，也就是分別對(duì)應(yīng)于用一維的線，二維的面和三維的體來(lái)構(gòu)造形體。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)建立的立體的、有光的、有色的生動(dòng)畫面，虛擬逼真地表達(dá)大腦中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果，比傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)更符合人的思維習(xí)慣與視覺(jué)習(xí)慣。三維造型技術(shù)從最初的三維CAD已發(fā)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(shù)是九十年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù), 對(duì)促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有積極的推動(dòng)作用。自該技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并由此產(chǎn)生一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域。

　　RP技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來(lái)的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點(diǎn)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(shù)學(xué)上的積分過(guò)程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺(tái)"立體打印機(jī)"。

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　　三、課題研究的方法及內(nèi)容

　　本課題是逆向工程在鼠標(biāo)設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)選用UG軟件根據(jù)鼠標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行鼠標(biāo)的模型重建并用FDM對(duì)其進(jìn)行快速成型加工的過(guò)程，在根據(jù)點(diǎn)云逆向設(shè)計(jì)中，結(jié)合設(shè)計(jì)需要進(jìn)行了必要的正向設(shè)計(jì)修正，以得到理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。

　　設(shè)計(jì)內(nèi)容貫徹?cái)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)項(xiàng)預(yù)處理、文件讀取、邊界提取、曲面重構(gòu)、實(shí)體生成、STL模型重構(gòu)、快速成型機(jī)的操作和注意事項(xiàng)，并對(duì)建模過(guò)程及STL文件處理做了系統(tǒng)的論述。選用UG NX4.0軟件的Unigraphics CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一個(gè)基于過(guò)程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)從設(shè)計(jì)到加工真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。由INSIGHT軟件進(jìn)行的數(shù)據(jù)切片處理可直接傳送快速成型機(jī)，無(wú)需進(jìn)行其他處理。

　　四、研究方案的具體設(shè)計(jì)

　　1、實(shí)體三維數(shù)據(jù)的獲得——掃描;

　　2、點(diǎn)云處理;

　　3、曲面重構(gòu);

　　4、實(shí)體建模：

　　(1)模型分析

　　(2)曲面造型

　　(3)實(shí)體外形修改

　　(4)各部件建模

　　(5)部件的裝配與干涉檢驗(yàn)

　　5、基于INSIGHT快速成型切片的數(shù)據(jù)處理;

　　6、快速成型加工操作。