汽车发动机缸盖排气道的逆向设计

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【摘 要】 逆向工程（Reverse Engineering）是一种产品的再设计和创新过程。针对汽车发动机缸盖排气道的特点，使用三坐标测量技术将测量的点云数据用Geomagic软件进行各项优化处理，再创建多边形网格，最后生成NURBS曲面。实现了汽车缸盖气道由实物到点云、再由点云到三维模型的快速逆向设计。

【关键词】 逆向工程 排气道 Geomagic

1 引言

随着汽车工业的快速发展，汽车的产量越来越大。缸盖是汽车的重要组成部分，其形状复杂，技术要求高。而排气道的形状相对缸盖的整体性能来讲是很重要的。用一般的曲面造型方法制造，其结果误差很大。因此这种曲面采用逆向工程技术来完成，提高了产品的制造精度，降低了产品开发的周期和成本。

2 排气道的逆向设计

2.1 逆向工程

逆向工程（reverse engineering，RE），也称为反求工程，是从实物样本获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已经成为CAD/CAM系统中一个研究和应用热点，并发展成为一个相对独立的技术领域。在这一意义下，“实物逆向工程”（简称逆向工程）可定义为：将实物转变为CAD模型的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。

2.2 数据采集

由于汽车发动机缸盖排气道的曲面多且比较复杂，为了保证足够的精度，我们采用三坐标测量机进行数据采集，在扫描时，重点注意某些死角部位的扫描，尽量做到扫描全面，不能有数据丢失。排气道扫描后的点云，如图1所示。

2.3 点云预处理及曲面重构

通常扫描后得到的测量数据是由大量的三维坐标点所组成的点云，可以使用Geomagic软件对点云进行相关的预处理，以提高点云的质量、降低测量误差。采用Geomagic软件因其具备以下功能特点：（1）直接由点构面的全新的构面方式，改变了传统的从点到线再到面的构面方式。（2）强大的点处理功能及视觉效果。（3）自动对齐多次扫描数据，不用再为寻找对齐点而烦恼。（4）强大的数据修补功能（局部点数据丢失后的修补）。（5）包含曲面增厚和曲面雕字等特殊功能。（6）快速建立STL档，用作数控加工或快速成型。

点云预处理包括删除非连接、删除体外孤点、降噪、统一采样、封装等，处理完后得到如图2所示的多边形模型。接着要将构成的多边形进行砂纸、去除特征、简化、松弛多边形、投影边界到平面、平面截面、拟合孔等处理，构成完整的多边形模型。如图3所示。

多边形阶段处理完后就要进行曲面重构，曲面重构是整个RE过程中最关键、最复杂的一环，也为后续的创新设计和加工制造等应用提供数学模型支持。通过提取轮廓线、细分延伸轮廓线，构造曲面片、移动面板、构造格栅、拟合曲面等最终生成完整的气道曲面。流程如图4所示。

建立了曲面后的模型，还需要对点云进行误差分析，满足精度要求后可以把这个曲面数据转换成IGES等格式导入到UG等三维软件生成实体做其他创新设计加工。

3 结语

运用Geomagic逆向软件完成了排气道的逆向设计，提高了产品的质量，缩短了产品的开发周期，使产品的消化吸收和二次开发工作准确快捷。

参考文献：

[1]成思源.Geomagic Studio逆向工程技术及应用.北京：清华大学出版社，2010.

[2]金涛.逆向工程技术[M].北京：机械工业出版社，2003.