[發明專利]一種基于激光測距的葉片稠密點云獲取的掃描路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201610009065.1
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105627923B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 何萬濤;李中偉;劉洋;趙書博;程旭;趙燦;孟祥林
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學;華中科技大學;哈爾濱量具刃具集團有限責任公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 深圳市智科友專利商標事務所44241
• 代理人: 曲家彬

技術領域本發明屬于精密測量領域，具體涉及一種基于激光測距的復雜曲面葉片稠密點云獲取過程中的掃描測量路徑規劃方法。

技術背景

葉片是航空發動機、燃氣輪機等透平機械的最核心部件，其加工制造質量直接決定著發動機的能量轉換效率、運行安全和使用壽命，而且具有變截面、變弦長、變扭角、數量龐大、測量參數多等特點。因此如何實現高效、精確的葉片型面測量，保證其加工制造質量，已成為葉片加工制造業亟需解決的問題。同時高效、精確的葉片型面測量適用于航空發動機、燃氣輪機葉片等復雜型面零件的稠密點的測量規劃，為后續葉片逆向設計、參數擬合檢測提供基礎數據。

由于葉片的空間尺寸精度要求高、定位復雜，所以葉片快速、高精度測量一直是困擾制造企的難題。三坐標測量是接觸式測量儀器的典型代表，具有精度高、通用性強、測量穩定的優點，是目前制造企業對葉片進行終檢的最主要手段。然而三坐標測量只能有限測量葉片截面型線，獲得的信息有限（兩個型線之間可能超差），在對葉片測量時，由于三軸聯動，很難完全實現法向測量，而法向誤差補償算法復雜、精度差; 在曲率變化劇烈處（如葉片前后緣），實現精確測量難度大，甚至無法實現，成本高、周期長（特別是大尺寸葉片），獲得基本數據需要大約30-40分鐘的時間，獲得全部數據需要花費幾個小時甚至更長時間，而且更無法滿足全測全檢的需求。因此，光學測量方法開始應用于復雜曲面葉片的測量，由于葉片表面要求高，不允許在表面噴涂任何東西（如顯影劑，為了減小反光而噴涂的。），所以點光源具有直接可以測量的優勢。一種基于激光測距原理的傳感器可以實現葉片快速精密掃描測量，獲取型面的稠密點云，但是這種方法具有以下不足：1）激光測距原理由于景深和測量距離的限制更適合測量比較平坦的表面；2）測量復雜曲面需要加入旋轉軸，受測量原理限制轉軸標定精度不好保證；3）對高曲率小半徑的區域測量時噪聲大。

綜上，基于激光測距原理發明一種測量規劃方法對于快速精密實現復雜曲面葉片的稠密點云獲取，為后續葉片的逆向設計和參數擬合檢測將是十分有意義的。

發明內容

本發明為解決激光測距原理測量復雜曲面葉片存在問題，本發明公開一種基于激光測距原理實現復雜曲面葉片稠密點云快速精密獲取的路徑規劃方法，完成葉片型面和細節，如葉片進排氣邊緣、葉根和榫頭的準確點云數據獲取，該方法具有速度快、精度高、噪聲小等特點。

本發明實現發明目的采用的方法是；

步驟1.以葉片CAD模型的基準平面為起點，沿著基準面垂直的Z軸方向按照設計的固定步距截取一組待測量葉片型面的截面輪廓曲線，并將一組待測量葉片型面的截面輪廓曲線進行按序排列并分別做出標記；

步驟2.對步驟1獲得截取的由葉片前緣、后緣、葉盆、葉背四部分曲線組成待測量葉片型面的截面輪廓曲線，提取一組葉盆曲線和葉背曲線公切圓圓心軌跡，形成葉盆曲線和葉背曲線的中弧線L；

步驟3.對步驟2獲得的葉盆曲線和葉背曲線的中弧線兩端延伸至與葉片前緣曲線和后緣曲線相交，得交點P₁和P₂，交點P₁和P₂將葉片型面的截面輪廓曲線分割成兩段曲線L₁和L₂；

步驟4. 在步驟3得到的截面輪廓曲線分割成的兩段曲線L₁和L₂上，計算得到葉片截面最大厚度處的兩個點P₃和P₄，點P₃和P₄將兩段曲線L₁和L₂分割成四段曲線，得線段L_1-1、L_1-2、L_2-1和L_2-2；

步驟5.對步驟4獲得的線段L_1-1、L_1-2、L_2-1和L_2-2兩端作延伸處理，兩端延伸長度分別為該線段長度的1/8-1/4，P¹和P²點的延伸是P¹和P²點曲線弧的切線方向延伸，P₃和P₄的延伸為曲率延伸；

步驟6.按步驟2-步驟5對步驟1獲得的一組待測量葉片型面的截面輪廓曲線按標記順序全部進行處理；