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摘要：本文介绍了发动机气缸盖的逆向设计开发过程，结合采用逆向设计软件Imageware、Geomagic Studio 、PRO/E，经过三维激光扫描、3D测量、三维逆向造型形成三维模型，最终得到符合参照模型的理想三维模型。
关键词：气缸盖； 逆向设计； 扫描测量
前言
逆向设计相对正向设计而言，是一种先进的、具有创新性的现代设计方法，是从实物样机到数字模型的一个反向、再设计、创新、优化的过程。它被广泛应用于汽车零部件的开发设计当中，并且对加快产品开发速度等具有一定的推动作用。
发动机气缸盖是整个发动机中较难设计的零部件之一。本文主要是通过FARO+3D SCANNERS 激光扫描测量系统得到气缸盖的三维点云模型，运用Imageware、Geomagic Studio软件对测量得到的三维点云模型进行点云对齐、点云轮廓的提起、曲线拟合和分割，得到主要轮廓的三维曲线，然后利用逆向造型软件Proe/E 进行模型重构。
1.缸盖逆向设计总体安排
首先，根据项目技术要求及设计目标确定参加项目人员，并确定设计方案；
其次，确定气道切割方案、定好测量球，将缸盖放在零件台上进行缸盖外形扫描；
第三，用逆向设计软件对缸盖外形点云处理、摆正坐标；定孔位、骨架线、缸盖外形造型；进排气道三维造型；水套切割、扫描、拼点云；水套三维造型；
第四，用逆向设计软件对缸盖毛坯模型造型；
第五，用造型软件对气门导管、座圈、碗形塞造型，得到最终装配数据。
2.缸盖逆向设计准备
2.1. 激光扫描及测量设备
2.1.1.Creaform Handyscan形创3D手持式三维激光扫描仪一台；光笔三坐标测量仪Handyprobe一台。
2.1.2.输出数据为：
点云数据：*.asc
孔位数据：*.igs
球数据：*.igs
2.1.3. 设备精度：0.02mm
2.2. 逆向造型软件
2.2.1.Pro/E
2.2.2.Imageware
2.2.3.Geomagic Studio
2.3. 參照零件
为了保证数据的高度准确性，选择两个状态相同的新的参照缸盖，选择了两台四缸发动机的缸盖，其中一台用于切割，另外一台用于后期的检查标准。
2.4.辅助工具
2.4.1 着色渗透探伤剂
扫描过程中黑色表面或者反光表面对光反射不理想，喷上探伤剂使表面呈白色，白色对激光反射比较好，数据采集较好。
2.4.2 特制丝锥
测量螺纹孔，螺纹孔比较
难测量准确，我们把特制丝锥拧在螺纹孔里，测量后部标准光杆，螺纹中心就会比较准确。
2.4.3 自制坐标定位球
需要切割的产品被切割后，测量产品上的三个定位球，通过三点定位的方法，把所有坐标统一。
3.缸盖逆向设计过程
3.1.整体数据扫描
把准备好的缸盖模型放在零件台上，用3DSCANNERS激光扫描仪对气缸盖的整体进行扫描，将其数据保存备用。
3.2.缸盖外形及孔位测量
检测缸盖整体孔位及机加工平面，用美国 FARO2.4m铂金测量臂测量气缸盖的6个端面以及所有的孔位，将其数据保存备用。
3.3. 缸盖外形建模
将处理完后的缸盖整体扫描点云数据和缸盖外形及孔位测量数据导入pro/E进行逆向建模，在pro/E中主要是正向和逆向相结合进行建模。参考三坐标打完的孔线，先进行外部所有孔位的建模以及气道口的布置，确定骨架，利用骨架进行建模，运用此种建模方式，几位设计工程师的设计工作可以并行进行，提高工作效率。
3.4. 确定气道切割方案及扫描
缸盖扫描完后，在缸盖上确定气道切割方案，切割时主要考虑到能完整的扫描完气道即可，送到机加厂进行切割。将切割好的气道喷显像剂，安装到夹具上进行扫描。以测量球为基准，拼接完整的点云气道模型，并以此电云数据用于三维造型。
3.5. 水套切割、扫描、拼接点云
根据缸盖的实际结构确定水套切割方案后，将水套进行切割；用三维扫描仪进行扫描水套被切割的各部分结构，将各部分的点云数据导入Imageware进行拼接；然后将拼接好的水套点云数据导入Proe进行三维造型。
3.6.缸盖毛坯、产品模型造型
将进排气道、水套三维模型切割缸盖外形模型得到缸盖毛坯模型。在毛坯模型上进行机加工得到产品模型。此建模次序完全符合缸盖制造程工序。
3.7.缸盖最终模型造型
用Pro/E对气门导管、座圈、碗形塞分别造型，然后装配到缸盖上去。得到最终的缸盖最终模型。
图1缸盖最终模型
4. 结束语
此项发动机缸盖逆向设计过程表明，逆向设计在现代企业新产品开发过程中起着举足轻重的作用，这项技术不仅能够吸取到参考样件的技术精华，还能指导设计人员在原有技术基础上做到更多的完善和创新，也是对原有产品技术上的一种检验。通过无数次的实践证明，逆向设计技术在缸盖开发过程中是一种非常有效的，而且比较容易实现的开发模式，比起传统的缸盖开发技术，逆向设计开发缸盖明显的优势有：成本低、风险小、周期短、见效快。基于这些优势，随着汽车行业的不断发展和壮大，汽车行业竞争日益激烈，谁掌握了新技术，谁就能在短时间内开发出新产品而占领市场。
参考文献：
[1]徐勤雁，周超明，单岩编著.UG Nx逆向造型技术及应用实例【M】.北京：清华大学出版社，2008.
[2]金涛，逆向工程技术[M].北京：机械工业出版社，2003.
[3]刘伟军，孙玉文.逆向工程：原理方法及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.
[4]张国亮.PRO/ENGINEER中文野火版逆向工程专家实例精讲[M].北京：中国青年出版社，2007.
作者简介：汤茂银 （1985-），女，设计工程师，从事发动机零部件研究。
杂志收取地址：汤茂银 ，15111162119 ， 湖南省长沙市开福区万家丽北路1栋359号，湖南机电职业技术学院汽车工程学院楼 ，410005
关键词：气缸盖； 逆向设计； 扫描测量
前言
逆向设计相对正向设计而言，是一种先进的、具有创新性的现代设计方法，是从实物样机到数字模型的一个反向、再设计、创新、优化的过程。它被广泛应用于汽车零部件的开发设计当中，并且对加快产品开发速度等具有一定的推动作用。
发动机气缸盖是整个发动机中较难设计的零部件之一。本文主要是通过FARO+3D SCANNERS 激光扫描测量系统得到气缸盖的三维点云模型，运用Imageware、Geomagic Studio软件对测量得到的三维点云模型进行点云对齐、点云轮廓的提起、曲线拟合和分割，得到主要轮廓的三维曲线，然后利用逆向造型软件Proe/E 进行模型重构。
1.缸盖逆向设计总体安排
首先，根据项目技术要求及设计目标确定参加项目人员，并确定设计方案；
其次，确定气道切割方案、定好测量球，将缸盖放在零件台上进行缸盖外形扫描；
第三，用逆向设计软件对缸盖外形点云处理、摆正坐标；定孔位、骨架线、缸盖外形造型；进排气道三维造型；水套切割、扫描、拼点云；水套三维造型；
第四，用逆向设计软件对缸盖毛坯模型造型；
第五，用造型软件对气门导管、座圈、碗形塞造型，得到最终装配数据。
2.缸盖逆向设计准备
2.1. 激光扫描及测量设备
2.1.1.Creaform Handyscan形创3D手持式三维激光扫描仪一台；光笔三坐标测量仪Handyprobe一台。
2.1.2.输出数据为：
点云数据：*.asc
孔位数据：*.igs
球数据：*.igs
2.1.3. 设备精度：0.02mm
2.2. 逆向造型软件
2.2.1.Pro/E
2.2.2.Imageware
2.2.3.Geomagic Studio
2.3. 參照零件
为了保证数据的高度准确性，选择两个状态相同的新的参照缸盖，选择了两台四缸发动机的缸盖，其中一台用于切割，另外一台用于后期的检查标准。
2.4.辅助工具
2.4.1 着色渗透探伤剂
扫描过程中黑色表面或者反光表面对光反射不理想，喷上探伤剂使表面呈白色，白色对激光反射比较好，数据采集较好。
2.4.2 特制丝锥
测量螺纹孔，螺纹孔比较
难测量准确，我们把特制丝锥拧在螺纹孔里，测量后部标准光杆，螺纹中心就会比较准确。
2.4.3 自制坐标定位球
需要切割的产品被切割后，测量产品上的三个定位球，通过三点定位的方法，把所有坐标统一。
3.缸盖逆向设计过程
3.1.整体数据扫描
把准备好的缸盖模型放在零件台上，用3DSCANNERS激光扫描仪对气缸盖的整体进行扫描，将其数据保存备用。
3.2.缸盖外形及孔位测量
检测缸盖整体孔位及机加工平面，用美国 FARO2.4m铂金测量臂测量气缸盖的6个端面以及所有的孔位，将其数据保存备用。
3.3. 缸盖外形建模
将处理完后的缸盖整体扫描点云数据和缸盖外形及孔位测量数据导入pro/E进行逆向建模，在pro/E中主要是正向和逆向相结合进行建模。参考三坐标打完的孔线，先进行外部所有孔位的建模以及气道口的布置，确定骨架，利用骨架进行建模，运用此种建模方式，几位设计工程师的设计工作可以并行进行，提高工作效率。
3.4. 确定气道切割方案及扫描
缸盖扫描完后，在缸盖上确定气道切割方案，切割时主要考虑到能完整的扫描完气道即可，送到机加厂进行切割。将切割好的气道喷显像剂，安装到夹具上进行扫描。以测量球为基准，拼接完整的点云气道模型，并以此电云数据用于三维造型。
3.5. 水套切割、扫描、拼接点云
根据缸盖的实际结构确定水套切割方案后，将水套进行切割；用三维扫描仪进行扫描水套被切割的各部分结构，将各部分的点云数据导入Imageware进行拼接；然后将拼接好的水套点云数据导入Proe进行三维造型。
3.6.缸盖毛坯、产品模型造型
将进排气道、水套三维模型切割缸盖外形模型得到缸盖毛坯模型。在毛坯模型上进行机加工得到产品模型。此建模次序完全符合缸盖制造程工序。
3.7.缸盖最终模型造型
用Pro/E对气门导管、座圈、碗形塞分别造型，然后装配到缸盖上去。得到最终的缸盖最终模型。
图1缸盖最终模型
4. 结束语
此项发动机缸盖逆向设计过程表明，逆向设计在现代企业新产品开发过程中起着举足轻重的作用，这项技术不仅能够吸取到参考样件的技术精华，还能指导设计人员在原有技术基础上做到更多的完善和创新，也是对原有产品技术上的一种检验。通过无数次的实践证明，逆向设计技术在缸盖开发过程中是一种非常有效的，而且比较容易实现的开发模式，比起传统的缸盖开发技术，逆向设计开发缸盖明显的优势有：成本低、风险小、周期短、见效快。基于这些优势，随着汽车行业的不断发展和壮大，汽车行业竞争日益激烈，谁掌握了新技术，谁就能在短时间内开发出新产品而占领市场。
参考文献：
[1]徐勤雁，周超明，单岩编著.UG Nx逆向造型技术及应用实例【M】.北京：清华大学出版社，2008.
[2]金涛，逆向工程技术[M].北京：机械工业出版社，2003.
[3]刘伟军，孙玉文.逆向工程：原理方法及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.
[4]张国亮.PRO/ENGINEER中文野火版逆向工程专家实例精讲[M].北京：中国青年出版社，2007.
作者简介：汤茂银 （1985-），女，设计工程师，从事发动机零部件研究。
杂志收取地址：汤茂银 ，15111162119 ， 湖南省长沙市开福区万家丽北路1栋359号，湖南机电职业技术学院汽车工程学院楼 ，410005