[發(fā)明專利]非完整測量數(shù)據(jù)下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型重構(gòu)方法

有效

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• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110851967B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔康
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14114
• 代理人: 張洋

本發(fā)明公開非完整測量數(shù)據(jù)下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型重構(gòu)方法包括以下步驟：設(shè)計出理想狀態(tài)下蠟型及陶芯的設(shè)計模型、獲取蠟型內(nèi)外輪的廓測量點、提取設(shè)計截面線、剛性變換、幾何調(diào)整和建模。本發(fā)明通過對設(shè)計截面線進(jìn)行剛性變換與幾何調(diào)整，從而構(gòu)建實際蠟型內(nèi)外輪廓截面線及參數(shù)化型面，從而完成蠟型模型重構(gòu)，解決了工業(yè)CT掃描數(shù)據(jù)部分缺失狀態(tài)下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型參數(shù)化重構(gòu)問題,同時精確測量蠟型的壁厚。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)雜曲面零件三維檢測及重構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及非完整測量數(shù)據(jù)下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

空心渦輪葉片是航空發(fā)動機(jī)的核心熱端部件，其形狀精度對航空發(fā)動機(jī)的性能及可靠性具有直接影響。空心渦輪葉片普遍采用熔模精密鑄造方法制造，其形狀精度主要通過精鑄蠟型來保證。且針對精鑄蠟型采用先進(jìn)的測量方法對蠟型外形輪廓及壁厚進(jìn)行檢測，之后基于檢測的數(shù)據(jù)對蠟型模具型腔及其內(nèi)部陶芯空間位置進(jìn)行修正，是保證蠟型形狀精度的有效途徑。目前，空心渦輪葉片精鑄蠟型形狀精度主要采用組合式方法檢測，即：利用三坐標(biāo)或光學(xué)掃描方式對蠟型外形輪廓進(jìn)行檢測，然后再利用超聲波探測儀對蠟型壁厚進(jìn)行檢測。然而，上述過程耗時費力，且會受到蠟型型面復(fù)雜程度影響，導(dǎo)致壁厚探測方向偏差，進(jìn)而產(chǎn)生壁厚精度測量誤差。

隨著CT技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，利用先進(jìn)工業(yè)CT對空心渦輪葉片精鑄蠟型截面進(jìn)行快速掃描，之后利用內(nèi)外輪廓掃描數(shù)據(jù)重構(gòu)實際蠟型三維模型，可為精鑄蠟型外形輪廓及壁厚快速、同步、高精度評估提供可能。然而，受到蠟型內(nèi)部陶芯擾流柱、橫向肋條等鏤空結(jié)構(gòu)，以及錐束CT探測深度的影響，特別針對大尺寸、大扭度的空心渦輪葉片，目前無法從CT掃描灰度圖中提取完整的蠟型內(nèi)外輪廓數(shù)據(jù)，而現(xiàn)有的樣條擬合方法在大量截面數(shù)據(jù)缺失條件下無法實現(xiàn)蠟型截面線及三維模型重建。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明提供非完整測量數(shù)據(jù)下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型重構(gòu)方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)重構(gòu)拉型模型費時費力、所鑄模型精度低等問題。

為達(dá)到上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

非完整測量數(shù)據(jù)下的空心渦輪葉片精鑄蠟型模型重構(gòu)方法,包括以下步驟：

(1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的空心渦輪葉片設(shè)計出理想狀態(tài)下蠟型及陶芯的設(shè)計模型；

(2)獲取蠟型內(nèi)外輪廓的測量點:沿積疊軸方向?qū)ο炐偷年P(guān)鍵截面進(jìn)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(nèi)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(nèi)外輪廓的測量點數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維繪圖軟件中，其中關(guān)鍵截面為蠟型中具有曲率變化較大的若干截面；

(3)提取設(shè)計截面線:在步驟(1)蠟型及陶芯的設(shè)計模型中與步驟(2)中對應(yīng)關(guān)鍵截面位置處提取設(shè)計截面線；

(4)剛性變換：以步驟(2)中蠟型內(nèi)外輪廓的測量點為基準(zhǔn)對步驟(3)中設(shè)計截面線逐一作空間位置移動,使設(shè)計截面線與蠟型內(nèi)外輪廓的測量點充分接近；

幾何調(diào)整：對剛性變換后的設(shè)計截面線逐一進(jìn)行形狀調(diào)整使設(shè)計截面線與蠟型內(nèi)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(chuàng)建實際蠟型內(nèi)外輪廓線；

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

優(yōu)選的，所述剛性變換：假設(shè)蠟型外部或內(nèi)部輪廓的測量點坐標(biāo)向量為Q_i(i＝1,…,N)，其中，N測量點的數(shù)量，與之對應(yīng)的蠟型或陶芯設(shè)計截面線為C(u)，為在第k-1次剛性變換后設(shè)計截面線C^k-1(u)上距測量點Q_i的最近點，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(shè)計截面線第k次剛性變換時的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣R^k以及坐標(biāo)平移矩陣T^k，即：