進氣道是內燃機燃油系統的關鍵部件，通過組織氣體在缸內的流動，在很大程度上影響著發動機的動力性、經濟性、燃燒噪聲和有害廢氣的排放。研究進氣道的流動特性，優化進氣過程中由進氣道進入氣缸的空氣量、氣體的速度分布以及渦流和湍流狀況，對于提高發動機性能具有重要意義。

　　逆向工程是針對現有工件(樣品或模型，尤其適合復雜不規則的自由曲面)，利用3D數字化測量儀器準確快速地測量出反映其表面輪廓的點云數據，再使用逆向軟件構建曲面，生成實體模型，然后根據工程需要，將實體模型輸入CAM系統加工所需模具及工件，或是將實體模型構建為CAE模擬分析所需要的CAD模型，進行計算仿真。

　　本文主要通過逆向工程軟件Geomagic Studio 10將某柴油機的進氣道轉化為3D實體模型，并進行CAE仿真分析和吹風盒試驗。

　　進氣道表面的測量和重構

　　首先，要對進氣道的表面進行測量和曲面重構。在逆向工程中，3D數字化測量儀器根據測量方式可分為接觸式測量和非接觸式測量兩類，接觸式包括基于力-變形原理的觸發式和連續掃描式數據采集，一般采用硬質探針或其他探頭在物體表面接觸掃描;非接觸式主要有激光三角測量法、激光測距法、光干涉法、結構光學法和圖像分析法等，一般以激光、超聲波和紅外線等媒介代替探針。這次使用的是德國ATOS公司的非接觸式結構光掃描設備ATOS I，得到進氣道表面的點云數據如圖1所示。

　　圖1 進氣道的點云數據

　　在逆向軟件中的曲面重構工作是整個逆向工程的重中之重，從應用實踐上來看，目前的逆向軟件主要有兩種工作方式：一種是按正向的思路來進行，以3D CAD軟件平臺為主，逆向軟件為輔，逆向軟件的主要工作是進行點云處理，并獲取一些必要的局部特征線，同時構建一些主要的曲面，特征構建及實體造型仍是在CAD軟件中進行，這種方法適用于主要由標準幾何特征構成或結構較多的零件;另一種是直接根據零件的點云數據生成三角網格模型，然后自動生成NURBS曲面，最終得到完整的由眾多曲面片光滑拼接而成的曲面模型。根據幾種逆向軟件的特點和進氣道開發任務的需要，此次選用了Geomagic軟件進行進氣道表面的逆向重構工作。

　　圖2 建立三角網格面

　　Geomagic軟件就是以第二種方式進行工作的，可以擬合出C1階連續的多個NURBS曲面片，進氣道表面不是由標準幾何特征構成，結構又比較簡單，非常適用于Geomagic Studio軟件。首先將點云數據進行去噪聲點，填補空洞等操作，得到表面光順、誤差小的三網格面，如圖2所示。然后進入曲面生成模塊，按照曲率進行分區，合理布置密度，用多個C1階連續的NURBS曲面包裹整個三角網格面，逆向重構的曲面如圖3所示。在UG軟件縫合曲面就可以得到進氣道的實體模型。

　　圖3 在Geomagic軟件中重構曲面

　　對進氣道實體模型進行分析和加工

　　一方面，對于得到的實體模型，進行CAE仿真分析，另一方面，將實體模型轉化為吹風盒上下模型，進行CAM加工，這次將使用5軸機床加工得到工程塑料吹風盒。

　　仿真分析的結果要與氣道穩壓試驗臺的測試結果進行比較，所以計算模型要模擬穩壓試驗臺的檢測狀況，即進氣道的出氣口要建立和穩壓試驗臺相同的模擬氣缸模型，進氣道的入氣口要建立穩壓箱模型，如圖4所示。

　　圖4 CAE仿真分析模型

　　經過CAM加工得到的吹風盒，可以在穩壓試驗臺上進行測試，這樣我們既可以與仿真分析的結果進行對比，驗證計算的準確性，又能夠與實際缸蓋部件在穩壓試驗臺的測試結果做比較，檢驗逆向生成的實體模型與實際部件的誤差，因5軸機床的加工需考慮分模問題，所以將吹風盒分成上下兩部分分別加工，得到的芯盒模型如圖5所示。

　　圖5 吹風盒的上盒(a)和下盒(b)

　　結果比較

　　對進氣道的評價方法有很多，主要區別在于測量位置和計算方法的不同，這里使用的是英國Ricardo評價方法，對仿真分析得到的結果、吹風盒在穩壓試驗臺上的測試結果和實際缸蓋在穩壓試驗臺上的測試結果進行比較。結論是：不同方法得到的結果相差很小，逆向工程得到的進氣道模型完全可以滿足開發過程的精度要求。

　　通過Geomagic軟件可以快速地獲得進氣道的實體模型，一方面對進氣道實體模型進行CAE仿真分析，另一方面通過CAM加工將實體模型做成工程塑料的吹風盒，經過穩流試驗臺測量，與缸蓋試驗值做比較，可以證明本次逆向設計生成的進氣道模型完全可以滿足CAE計算的要求，并可以用于加工吹風盒，精度也滿足進氣道試驗開發的要求，而且可以極大的提高研發效率，降低研發成本。