[發明專利]非完整測量數據下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型重構方法

有效

• 申請號: 201911048397.0
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110851967B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 崔康
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06T17/00
• 代理公司: 太原智慧管家知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14114
• 代理人: 張洋

1.非完整測量數據下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型重構方法,其特征在于,包括以下步驟：

(1)根據標準的空心渦輪葉片設計出理想狀態下蠟型及陶芯的設計模型；

(2)獲取蠟型內外輪廓的測量點:沿積疊軸方向對蠟型的關鍵截面進行CT掃描，得到掃描灰度圖,在掃描灰度圖中提取蠟型的外部輪廓點以及蠟型內部的陶芯輪廓點，之后去除非陶芯表面輪廓點以及噪聲點,將剩余的輪廓點作為最終蠟型內外輪廓的測量點數據導入三維繪圖軟件中，其中關鍵截面為蠟型中具有曲率變化較大的若干截面；

(3)提取設計截面線:在步驟(1)蠟型及陶芯的設計模型中與步驟(2)中對應關鍵截面位置處提取設計截面線；所述設計截面線包括兩條，分別為內輪廓設計截面線和外輪廓設計截面線；

(4)剛性變換：以步驟(2)中蠟型內外輪廓的測量點為基準對步驟(3)中設計截面線逐一作空間位置移動,使設計截面線與蠟型內外輪廓的測量點充分接近；具體表現為：使外輪廓設計截面線與蠟型外輪廓的測量點充分接近，使內輪廓設計截面線與蠟型內輪廓的測量點充分接近；

幾何調整：對剛性變換后的設計截面線逐一進行形狀調整使設計截面線與蠟型內外輪廓的測量點充分接近的同時盡可能保持初始幾何形狀，從而創建實際蠟型內外輪廓線；

(5)建模:在三維軟件中對步驟(4)中幾何調整后的實際蠟型內外輪廓線進行差值運算,生成蠟型的外部參數化型面及蠟型的內部參數化型面,從而完成蠟型模型重構。

2.根據權利要求1所述的非完整測量數據下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型重構方法,其特征在于,

所述剛性變換：假設蠟型某截面位置外部或內部輪廓的測量點坐標向量為Q_i(i＝1,…,N)，其中，N測量點的數量，與之對應的蠟型或陶芯設計截面線為C(u)，為在第k-1次剛性變換后設計截面線C^k-1(u)上距測量點Q_i的最近點坐標向量，通過令測量點Q_i與剛性變換后的最近點的歐式距離和最小可求解設計截面線第k次剛性變換時的坐標旋轉矩陣R^k以及坐標平移矩陣T^k，即：

采用奇異值分解法對式(1)求解，而經過k次剛性變換后的設計截面線可進一步表示為：

式(2)中B_j(u)為設計截面線C(u)的基函數；為設計截面線C^k(u)的控制頂點坐標向量；M為控制頂點的數量，

重復上述過程直至剛性變換后的設計截面線C^k(u)與之對應的蠟型外部或內部輪廓的測量點Q_i的距離無法接近時停止迭代，否則迭代繼續執行，即F_k+1-F_k＜ε，其中，ε為收斂容差；

所述幾何調整：假設剛性變換后設計截面線的參數化方程為C^f(u)，該設計截面線的控制頂點位置偏移量可通過最小化測量點到設計截面線的歐式距離和求解，即：

式(3)中為剛性變換后的設計截面線C^f(u)的控制頂點向量，M為控制頂點的數量，B(u)＝[B₁(u)B₂(u)…B_M(u)]^T為設計截面線的基函數向量、為設計截面線的控制頂點位置偏移向量，u_i為設計截面線C^f(u)上距離Q_i最近點的參數值；

將式(3)中設計截面線的控制頂點位置偏移量作為約束因子引入設計截面線幾何調整目標方程，同時對設計截面線的控制頂點移動范圍進行了約束，從而建立了如下設計截面線幾何調整目標方程：

式(4)中λ為設計截面線的變形能權值系數，γ為設計截面線的控制頂點位置變化量搜索半徑，ΔE為曲線變形能，具體表達式為：

ΔE＝||ΔD^T·V·ΔD+2ΔD·V·H^f||²??????????(5)

式(5)中V為M階對稱矩陣，其第i行、第j列元素為：

采用遺傳算法對式(4)設計截面線幾何調整目標方程求解，從而獲得設計截面線的控制頂點的最佳位置變化量ΔD，將其帶入：

式(7)為實際蠟型內部或外輪廓線方程。