直通式调节阀阀瓣是可移动部件，能够提供变化的对流体流动的限制。阀瓣类型是单独设计的，以提供不同的流量特性、获得特定的导向方法或与阀座的对中配合，或者取得特殊的关闭或抵抗破坏的能力。阀瓣部分伸入到阀座内，通过调整其高度，达到控制流量和压力的目的。设计不同的阀瓣型面以获得特定的流量特性。调节阀阀瓣型面的确定是一项复杂工作，一般是在流量试验的基础上结合图解法进行设计。具体方法是首先用一个粗略形状的阀瓣及每个新设计的阀体，做初步的流量试验，从该阀体的Cv最小值到Cv最大值标绘出流量特性曲线，再利用这些试验数据反复修改阀瓣的形状，并逐次重复试验，使其更接近预期的流量曲线。这种试验方法得到的阀瓣型线精确，但是费时费工，成本高。本文提出采用逆向工程设计的方法，建立相应的数学模型解决阀瓣型线设计问题，以缩短设计和加工周期，满足不断变化的市场需求。
2 设计方法
逆向工程（反求工程Reverse Engineering-RE）是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法，重构实物的CAD模型，从而实现产品设计与制造的过程。与传统的设计制造方法即正向工程（也称顺向工程Forward Engineering-FE）不同，逆向工程是在没有设计图纸或图纸不完整，而有样品的情况下，利用三维扫描测量仪，准确快速地测量样品表面数据或轮廓外形，加以点数据处理、曲面创建、三维实体模型重构，然后通过CAM系统进行数控编程，直至利用CNC加工机床或快速成型机来制造产品。
2.1 数据采集
根据现有的模型或参考零件，用测量设备获取其表面轮廓的三维坐标数据。逆向工程大多以点资料为建构参考资料，而量测设备分为接触式、非接触式和逐层扫描式3种（图1）。
图1 测量种类
2.2 数据处理
逆向工程软件有Catia Geo Magic、Imageware、CopyCAD和DelCAM等。
①噪声点删除
由于人为或设备等原因造成测量数据误差点为噪声点。
②数据点精化
包括对测量数据点过滤和平滑等操作。
③建立曲线模型
交互式地构造出能刻画曲面形状的空间曲线，选取一定方式（插值或拟合）建立边界线、特征线和截面线，形成模型构架。
④曲面重构根据生成的特征线网格化模型，按照一定的曲面拟合算法，光滑连接构成完整的复杂曲面。
2.3 数据分析与评价
对创建的曲面进行精度分析，包括曲面光滑程度、曲率及理想曲面近似度。
2.4 实体模型设计
通过IGES文件导入大型通用CAD软件，进行结构设计等后续建模阶段。
3 阀瓣曲线
3.1 零件分析
根据要求，在不破坏阀瓣的情况下对阀瓣的调节曲线进行测绘，并给出阀瓣调节曲线的拟合方程。但是阀瓣的调节曲线比较复杂，用传统的测量工具测量精度不高且效率低。
3.2 解决方案
（1）点云数据采集
通过HandyScan3D扫描系统对阀瓣外形（图2）进行点云数据采集，得到相关特征数据。
图2 待测阀瓣
（2）数据处理
通过Geo Magic Studio9.0对其点云进行去除噪声点等操作（图3a），将其点云导入Catia中拟合三角面片（图3b），并在三角面片上提取阀瓣调节曲线特征（Scan线图3c）。
（a）采集阀瓣点云 （b）阀瓣三角面片 （c）Scan线
图3 数据处理
根据Scan线进行曲线拟合（图4），并保证拟合曲线的精度和曲线的光滑度。
图4 拟合的样条曲线
在样条曲线中提取正交函数最小二乘拟合试验数据（图5，表1），用最小二乘法求一二次拟合曲线。采用多变构造正交多项式边求最小二乘解系数的顺序，求拟合曲线。
图5 最小二乘拟合试验数据
表1 最小二乘拟合试验数据mm
故所求拟合曲线为
4 分析
调节阀阀瓣曲线拟合方案融合新的逆向拟合技术，提取出精度高的样条曲线，运用传统的数学计算方法，得出可靠准确的数学方程，通过较短的时间拟合出了精度高（拟合精度可以控制在0.1mm之内）的曲线方程。此方法既缩短了测绘时间，又对后期的数控加工提供了宏程序方程。经过现场加工及客户反馈该拟合方案可靠、准确。
5 结语
在实际工程设计中，测绘指定理想流量特性的阀瓣回转曲面，需要用大量离散的纬线圆直径数据，然后用曲线样板手工拟合出回转曲面轮廓线的投影曲线。与其设计工艺相比较，用计算机拟合具有很高的精度，设计数据可用于阀瓣后期的CAD和CAM，同时也提高了设计和生产的效率。
摘自互联网