基于Geomagic軟件的汽車缸蓋氣道芯子逆向工程設(shè)計

    汽車工業(yè)是現(xiàn)代發(fā)展很快、技術(shù)含量很高的產(chǎn)業(yè)，汽車的產(chǎn)量將越來越大。氣缸是汽車的核心部件，其形狀非常復雜，技術(shù)要求高，它的質(zhì)量直接影響汽車的性能和質(zhì)量。缸蓋是氣缸的重要組成部分，同樣形狀復雜，技術(shù)要求高。缸蓋的生產(chǎn)，特別是轎車缸蓋的生產(chǎn)，一般采用金屬型、砂芯、鋁合金鑄造。砂芯一般采用熱芯盒樹脂砂芯。對缸蓋而言，有水夾套、進氣道、排氣道等砂芯。而進排氣道的形狀相對缸蓋的整體性能來講是很重要的。因此這種異性曲面用一般的方法制造。其結(jié)果誤差是很大的。因此這種異形曲面需采用逆向工程技術(shù)快速完成數(shù)字建模，加快了新產(chǎn)品的更新?lián)Q代，提高了產(chǎn)品外觀的新穎性、復雜性及制造精度，降低了產(chǎn)品研制開發(fā)的周期和成本。逆向工程技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)模式，成為現(xiàn)代企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的重要設(shè)計手段。

2 產(chǎn)品對象的數(shù)字化

    針對汽車4100發(fā)動機缸蓋氣道沙芯，在產(chǎn)品的對象數(shù)字化過程中。首先在進行曲面的測量和造型之前，必須對曲面進行分析，劃分曲面的類型并對曲面進行適當分塊，從而為后續(xù)的曲面測量和造型做準備。氣道砂型精度要求比較高，因為他的形狀直接決定了發(fā)動機的性能要求。因此我們采用了光柵結(jié)構(gòu)光掃描儀。三維掃描儀光柵編碼法測量組成原理：光源照射光柵，經(jīng)過投射系統(tǒng)將光柵條紋投射到被測物體上，經(jīng)過被測物體形面調(diào)制形成測量條紋，由雙目攝像機接受測量條紋，應用特征匹配技術(shù)、外極線約束準則和立體視覺技術(shù)獲得測量曲面的三維數(shù)據(jù)。氣道沙芯的曲面均為復雜不規(guī)則曲面，用一般的接觸式測量儀能造成部分死角無法獲取數(shù)據(jù)，導致最終氣道設(shè)計誤差的增大。用結(jié)構(gòu)光測量儀可以降低誤差，而且獲取數(shù)據(jù)的時間比較短。此氣道采用貼小球的方法測量多次，最后，用GEOMAGIC專業(yè)逆向軟件進行定位組合。

圖1 缸蓋排氣沙芯

圖2 缸蓋進氣沙芯

    獲取數(shù)據(jù)的過程如下：利用3dss測量機的測量軟件進行氣道沙芯數(shù)據(jù)的獲取。此軟件每測完一次將手動保存文件。在測量時根據(jù)氣道沙芯的外型特征，可自行調(diào)整測量位置。將導出的ASC格式輸入GEOMAGIC專業(yè)逆向工程軟件進行點的修補和拼合。經(jīng)過GEOMAIGC處理之后的面輸入三維設(shè)計軟件CATIA中進行實體的構(gòu)建。在CATIA中進行氣道芯子模具的設(shè)計。

3 Geomagic軟件簡介

    Geomagic Studio是美國Raindrop Geomagic軟件公司開發(fā)的專業(yè)逆向工程軟件，該軟件是目前對點云處理及三維曲面構(gòu)建功能最強大的商業(yè)軟件，是唯一一款直接有點到面的逆向?qū)I(yè)處理軟件。

    Geomagic Studio軟件支持所有來自3D數(shù)字捕獲器、數(shù)碼相機及掃描儀的XYZ/ASCII數(shù)據(jù)格式，并能處理有序曲面、無序曲面和體數(shù)據(jù)。通過加載預先定義的轉(zhuǎn)換矩陣，簡化掃描數(shù)據(jù)的方位，利用1點和n點進行手動多點注冊，利用目標位置注冊及全球坐標系統(tǒng)注冊進行自動的多點注冊自動的融合多個掃描。從點云到最終生成表面模型，整個過程的逆向工程處理完全自動化。

4 產(chǎn)品對象的模型重構(gòu)

4.1 氣道砂型的逆向造型

    用Geomagic軟件造型時，首先讀入所有測得的點云數(shù)據(jù)，然后以造型曲面分析為基礎(chǔ)進行砂型的逆向造型。

圖3 進氣道砂型點云

圖4 排氣道砂型點云