[發明專利]一種渦輪葉片自動測量規劃方法

有效

• 申請號: 202011103843.6
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112344875B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 奚學程;朱思萌;馬潔宇;熊蓉;閆曉燊;張亞歐;趙萬生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06F17/16;G06N3/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

1.一種渦輪葉片自動測量規劃方法，用于渦輪葉片輪廓的在線自動測量，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、對渦輪葉片設計模型曲面輪廓區域進行二維網格劃分，通過調整網格單元尺寸控制點云密度；

步驟2、從所述二維網格中提取單元節點，作為待測點云；

步驟3、求解每個所述待測點的鄰域點云；

步驟4、對所述鄰域點云擬合平面，將所述平面的法向作為當前所述待測點的測量方向，并對點云按照測量需求進行稀疏化處理，得到待測點云和法線方向；

步驟5、結合Z-Y-X-B-C構型測量機結構，建立機床運動學模型，具體為：

根據機床構型，分別建立三個坐標系：機床坐標系O_M、工件坐標系O_W、測量坐標系O_L；機床坐標系相對于機床固定，原點為BC軸交點，坐標系的xyz坐標軸與機床XYZ運動軸分別平行；測量坐標系固定在Z軸上，原點為Z軸執行器末端，坐標系的三個坐標軸與機床XYZ運動軸分別平行，設定當機床XYZ軸讀數為(0,0,0)時，機床坐標系與測量坐標系原點重合；工件坐標系固定在C軸上，原點為BC軸交點，設定當機床BC軸讀數為(0,0)時，機床坐標系與工件坐標系的XYZ坐標軸方向一致；

設機床空間中一點Q，其在機床坐標系、工件坐標系、測量坐標系上的坐標分別為q_M、q_W、q_L，則各坐標系間變換關系可以表示為：

q_M＝G_ML·q_L (1)；

q_M＝G_MW·q_W (2)；

其中，G_ML為機床坐標系O_M與測量坐標系O_L的傳遞矩陣，G_MW為機床坐標系O_M與工件坐標系O_W的傳遞矩陣，G_WL為工件坐標系O_W與測量坐標系O_L的傳遞矩陣；

設機床各軸讀數分別為(θ_x,θ_y,θ_z,θ_b,θ_c)，則上述傳遞矩陣分別為：

步驟6、將激光射線方向與所述待測點測量方向對齊，實現法向測量，結合待測點坐標和法矢量，進行運動學反解，求解每一個所述待測點的測量姿態，具體為：

由于激光位移傳感器存在幾何偏角誤差，實際激光射線方向與Z軸不平行；當激光射線與待測表面不垂直時，會產生物面傾角誤差，且隨著工件傾角增大，測量誤差也增大；為了提高渦輪葉片實測點云精度，應盡可能的保證激光射線與渦輪葉待測點所在局部表面垂直；設激光位移傳感器的量程中點為L，則待測點在測量坐標系上的理想位置為q_L1＝(0,0,-L)，且q_L2＝(0,0,-L+1)為激光射線上距離q_L1單位長度的點；基于設計模型得到待測點q_W1＝(x,y,z)，待測點法線方向的單位矢量為(n_x,n_y,n_z)，則q_W2＝(x+n_x,y+n_y,z+n_z)為待測點法線方向上距離q_W1單位長度的點；當激光位移傳感器測量點向量與渦輪葉片- 待測點法向向量重合時，測量機處于理想測量姿態；分別帶入公式(3)中，即可構造關于傳遞矩陣G_WL的方程組：

通過求解矩陣方程組(7)，即可得到理想測量姿態下的測量程序；設機床各軸讀數(θ_x,θ_y,θ_z,θ_b,θ_c)，則G_WL是(θ_x,θ_y,θ_z,θ_b,θ_c)組成的表達式；

q_W2-q_W1＝G_WL·(q_L2-q_L1) (8)；

將公式(6)帶入方程，得：

由于機械結構限制B軸的轉動范圍為[-90°,90°]，左右轉動對稱，設θ_b∈[0°,90°]；C軸轉動無限制，設θ_c∈[0°,360°]；則可以求得θ_b和θ_c的唯一解；將公式(6)和θ_b、θ_c帶入方程(7-)，得：

求解矩陣方程(10)，可求得θ_x、θ_y、θ_z的唯一解；將(θ_x,θ_y,θ_z,θ_b,θ_c)帶入，自動生成測量程序，即可實現待測點的法向測量；

步驟7、依據不同運動軸的單位速度和所述待測點之間的各軸運動距離，計算名義距離矩陣；

步驟8、通過優化算法優化測量時間，生成所述待測點的測量順序；

步驟9、結合所述待測點的所述測量姿態和所述測量順序，自動生成測量程序；

步驟10、執行所述測量程序，對渦輪葉片輪廓進行測量，存儲每一次測量時的機床姿態和測量結果；

步驟11、依據所述機床運動學模型，將所述測量結果轉化為工件坐標系上的點云。