[發明專利]基于互扭約束條件下的航空葉片積疊軸垂直度計算方法

有效

• 申請號: 201810252392.9
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108536932B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 李文龍;馬千里;謝核;伍安;賀崢嶸;彭真;王國林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;株洲中航動力精密鑄造有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明公開了一種基于扭曲約束條件下的航空葉片積疊軸垂直度計算方法，包括以下步驟：(1)用三坐標機測量待測葉片的多個截面，獲取點云數據，并對葉片設計模型截取多個截面獲取點云數據；(2)約束扭曲角度范圍，對待測葉片截面和葉片設計模型截面進行擬合匹配得到旋轉矩陣R_i和平移矩陣t_i；(3)計算待測葉片截面和葉片設計模型截面擬合匹配過程中旋轉的角度θ_si以及平移的距離(txi,t_yi)；(4)連接第一個截面的截面中心和最后一個截面的截面中心得到連線，計算其他各個截面的截面中心距離該連線的距離，得到垂直度。本發明通過引入基于扭曲約束的匹配方法，擬合匹配點云數據，能夠解決葉片任意數量截面的彎扭曲以及積疊軸垂直度誤差計算問題。

技術領域

本發明屬于葉片加工技術領域，更具體地，涉及一種基于互扭約束條件下的航空葉片積疊軸垂直度計算方法，可用于測量葉片的積疊軸垂直度誤差。

背景技術

葉片在航空(如飛機發動機的整體葉輪)、核電(如汽輪機葉片)、艦船(如大型螺旋槳槳葉)等關系國計民生的行業中被廣泛應用。葉片型面一般為復雜曲面，加工工序比較復雜，其型面品質對發動機的性能起著決定性的影響，享有航空發動機、汽輪機的“心臟”的美譽。

葉片這一類零件具有強扭曲、薄壁件、易變形、低損傷等技術特點，如何快速高效地檢測其多軸數控加工質量一直是先進制造領域的前沿難點問題。目前，國內外主要采用人工卡板測量法和三坐標測量機(CMM)測量法來對葉片型面進行檢測。這兩種方法都是離線式檢測方法，其測量速度慢、信息量少、人為誤差大且存在過多不可測區域，極大地影響了葉片檢測效率。隨著光學測量技術的發展，可以通過非接觸式測量方式來執行葉片型面的檢測，相應克服傳統人工卡板測量法和CMM測量法的不足，但非接觸式測量的缺陷在于：它是以二維圖像為輸入，應用立體視覺、相位輪廓術等計算第三維坐標值，受測量距離限制，直接采集的反映葉片表面性狀的點云同設計曲面在三維坐標下可能存在不同的尺度形變。

尤其對于航空發動機而言，薄壁葉片是航空發動機的重要零件，從性能上看，其決定了增壓比，相應限制了渦輪前的溫度。因此，薄壁葉片基本上決定了航空發動機熱力循環的兩個專業參數。薄壁葉片在發動機中的功能使命及其工作特點，決定了它為發動機中復雜(三維曲面件)、尺度跨度大(長度從20mm到700mm)、受力惡劣、承載最大的零件。它在高溫、高壓和高速狀態下運轉，通常主要由合金化程度很高的熱強鋼、鈦合金以及高溫合金等材料制成；為滿足發動機高性能、工作安全性、可靠性以及壽命的要求，葉片又必須具有精確的尺寸、準確的形狀和嚴格的表面完整性。薄壁葉片的幾何形狀和尺寸決定著葉片的工作性能，而葉片的型面質量對航空發動機的二次流損耗有著較大的影響，直接影響著其能量轉換效率。因此在航空發動機零部件的檢測中，葉片型面誤差的檢測具有十分重要的意義。從目前的航空發動機薄壁葉片生產廠家的測量來看，大都偏重于葉片型線誤差的檢測，忽略了葉片型面扭曲的分析，而葉柵通道形狀和初始氣動參數控制了整個流場的流動，對葉片氣動、強度振、動性能有重要影響。因此，在對航空發動機薄壁葉片型面加工質量進行分析與評估的過程中，如何根據葉片型面加工誤差參數的定義，準確、便利地測量葉片扭曲度誤差具有重要的現實意義。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種基于互扭約束條件下的航空葉片積疊軸垂直度計算方法，通過引入基于扭曲約束的匹配方法，擬合匹配點云數據，能夠解決葉片任意數量截面的彎扭曲以及積疊軸垂直度誤差計算問題，能適用于測量模型和設計模型初始位姿不同的情況，適用性非常廣，對滿足葉片加工的“加工-測量”一體化過程具備重要意義，尤其適用于航空發動機薄壁葉片。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于扭曲約束條件下的航空葉片積疊軸垂直度計算方法，其特征在于，包括以下步驟：