逆向工程技术在摩托车发动机缸盖气道设计中的应用

    一、前言

    近年来，我国摩托车制造工业迅速发展，设计技术不断提高，而结合逆向工程的设计技术也得到了广泛应用。摩托车发动机气道是形状复杂的自由曲面，其气道沙芯的外型图见图1所示。

图1

    摩托车发动机气道所处的空间位置受缸盖上喷油器、固定螺栓和气门等的布置限制，而且也受进排气道三角区结构的制约，性能上则需保证高的充气系数和小的进排气阻力等要求，设计时所要考虑的制约因素很多，设计要求繁杂，然而，这却是发动机设计中不可避免的关键部分，对整机性能影响很大。为了得到优良的气道，以往通常是对初步设计的气道制成模型，在稳定试验台上反复试改。这个工作不仅耗时耗工，而且得到的结果也仅仅是满足设计要求的可行性方案，难以实现多气道形状方案的选择和气形优化。故其设计表征、结构分析、性能评价和制造加工一直是困扰设计人员的难点之一，但这却是气道新品开发必须面对而需解决的。为此，我们在摩托车发动机进排气道沙芯的设计中引入了逆向工程技术。

    逆行工程技术在自由型曲面的设计和制造中有明显的实用价值。但在应用中有两个难点，即产品的对象数字化和曲面重构。

    二、产品对象的数字化

    针对摩托车发动机气道沙芯，在产品的对象数字化过程中，我们采用了深圳海信逆工程公司生产LACUS150B型激光扫描仪。LACUS系列激光线扫描测量仪采用三角测量法原理，通过激光光刀对物体表面进行扫描，然后利用CCD摄像机采集被测物体表面的光刀曲线，送入计算机对信号进行处理，最终得到物体表面准确的三维坐标数据，是一种非接触测量仪器。如图1所示，气道沙芯的曲面均为复杂不规则曲面，用一般的接触式测量仪可能造成部分死角无法获取数据，导致最终气道设计误差的增大。用激光测量仪可以降低误差，而且获取数据的时间比较短。此气道采用贴小球的方法测量两次，最后，用SURFACES专业逆向软件进行定位组合。

    获取数据的过程如下：

    1. 利用LACUSE150B测量机的测量软件 Hiscanner进行气道沙芯数据的获取。此软件每测完一次将自动保存一默认DATE文件内。在测量时根据气道沙芯的外型特征，可自行调整测量间距。

    2. 将测量的所有数据导入到LACUS150激光线扫描数据处理系统Retool中进行部分处理，以IGS格式导出。

    3. 将导出的IGS格式输入SURFACES专业逆向工程软件进行线面的处理。

    4. 经过SURFACES处理之后的面输入三维设计软件Solidworks中进行实体的构建。

    三、产品对象的模型重构

    本项目中利用已获取点数据IGS格式输入SURFACES中进行线、面重构。

    1. 首先用Registration stepwise Registration将两次不同定位测量的数据进行组合。

    2. 进行坐标定位，目的为了与其他三维软件相互结合。根据气道沙芯圆柱底座点云，构造圆柱底座圆面的圆。再利用Display Translate object和Display Rotate object进行所有点云的定位，最终使圆坐标与World Axes坐标几乎一致。