基于逆向工程的柴油机气道造型技术研究new

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1、万方数据基于逆向工程的柴油机气道造型技术研究Researchonmodelingofdieselengineinletportbasedonreversetechnical李磊L2。张胜文1，徐江敏1L

2、Le严，ZHANGSheng．wenl，XUJiang．minl(1．江苏科技大学机械工程学院。镇江212003；2．东南大学机械工程学院，南京210000)摘要：本文采用逆向工程技术对某型船用柴油机气道模型进行了数据采集和逆向建模，研究了其建模关键技术。经过曲面重构和误差检验建立气道三维模型，模型取得了良好的精度和效果，为后续

3、的产品分析和机械加工奠定了基础。为产品的开发和再设计提供了原始依据。关键词：逆向工程；柴油机；气道；曲面建模中图分类号：THl22文献标识码：A文章编号：1009-0134(2011)9(下)一0141—04Doi：10．3969／j．Issn．1009-0134．2011．9(下)．430引言逆向工程¨捌(也称反求工程)作为消化、吸收先进技术的一种手段，需要将实物样件或手工模型转化为CAD数据，以便利用快速成形、计算机辅助制造、产品数据管理等先进技术对其进行处理和管理，并进一步修改和再设计的过程。其主要流程如图1所示。遘进行了

4、建模，研究了其关键技术，经过误差检验取得了良好的精度和效果，为后续的性能分析和机械加工奠定了基础，为产品的开发和设计提供了原始依据。1模型数据的获取逆向建模的首要环节是获取足够精度和足以描述产品特征的点云数据。由于柴油机气道模型图1逆向工程流程图目前，我国船用柴油机很大程度上依赖于国外技术，缺乏关键零部件的设计资料，为了缩短产品的开发周期和减少开发成本，国内企业往往采用逆向建模技术加以复制和改进。柴油机气道外形是由十分复杂的自由曲面构成的，它直接影响发动机的进气效率和燃烧过程，从而影响发动机的功率、油耗、扭矩、噪声、稳定性以及排

5、放等，要设计好这一曲面必须经过多次的设计和实验。气道建模是实现进气道CAD与CAM及所有的后续处理(如模具数控加工、气体流动数值模拟计算等)的基础，因此开展气道几何建模研究具有重要意义。本文采用逆向造型技术对某型船用柴油机气相机被非常复杂，传统的接触式测量方式虽然精度较高但测量速度慢，效率低，为此，目前广泛采用非接触式测量，其测量原理如图2所示。)(习三雩计算机工作台图2测试系统原理图由于柴油机气道结构特点，不便于直接测量气道内表面，因此，一般需要制备气道阳模砂型，通过测量砂型阳模表面来间接获取气道内表面点云数据。操作时对气道阳

6、模砂型表面清理后喷涂收稿日■：2011—06—30作者简介：李磊(198l一)，男，江苏镇江人，讲师，博士研究生，主要研究方向为CAD／CAE分析及机械振动、测试及有限元分析。第33卷第9期2011-9(下)[141]万方数据白色显像荆并贴标志点以便于扫描和数据拼接。经过多次扫描和拼接，最终获得气道点云数据，将其存为asc标准点云格式导人相应软件(这里采用imageware软件)进行后处理。2点云数据的预处理2．1点云数据噪声点的剔除由测量设备采集的比较密集的数据点，称作点云。扫描完成的点云包含很多散乱的杂点和噪声点，特别是在尖

7、锐边和气道边缘附近的噪声点对于建模精度影响较大，在进一步处理前应该对此类数据进行剔除”1。2．2数据精简及三角网格化由于气道模型比较复杂，加上模型拼接数据点重合，扫描得到的点云数据量相当庞大，达到了数百万，这既不便于后续运算和操作，对提高建模精度也没有益处，为此必须对点云数据进行精简。数据精简方式主要有两种，按点采样和按距离采样。这里采用接点采样的方式，最终得到的点云数量为936248。点云数据的三角网格化”1可以建立离散点之间的拓扑关系，清楚描述模型特征，同时三角网格化的模型保存成STL格式可直接应用于快速成型和模具制作。2．

8、3坐标变换测量气道点云数据时未考虑模型坐标系问舾，为了便于后续的建模方便，一般对采集到的点云数据要进行坐标变换，使其和后续建模的模型坐标一致。坐标变换的方式有多种，一般可以通过模型表面的一些特殊平面和特殊轴线，使其和系统坐标系的平面和轴线统一。图3气道阳模点云数据图经过去除噪声点、数据衰减和坐标变换得到的数据点云如图3所示。1142】第33卷第9期9011-g(下)3气道曲面重构和模型建构瞄】该气道的外形复杂，由许多不规则的曲面构成，无法用简单的大面直接拟合，为此合理的建模规划和建模方法是顺利和准确完成建模的关键。对于截面相对规

9、则和变化不大的气道模型，扫描混合法和边界混合法是很好的建模途径。扫描混合法拟合气道中心轨迹线和关键截面线，然后将截面线沿中心轨迹线通过扫描混合的方式生成曲面模型，如图4所示，边界混合法通过拟合气道进出口截面和气道外形轨迹线，将剖面和边界截面线按照边界混合的方式生