[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

本發明涉及的是一種渦輪葉片輪廓測量領域的技術。本發明的方法，首先對渦輪葉片曲面輪廓進行均勻網格劃分，從渦輪葉片設計模型中提取出均勻分布的待測點云，再擬合局部切平面計算待測點法矢量。然后對測量機床進行運動學建模，結合待測點坐標和法矢量，進行運動學反解，得到每一個待測點的法向測量姿態。將各個待測點之間測量順序的規劃問題轉化為最優化問題，優化目標是測量過程中機床運動時間最短，并通過蟻群算法進行優化。最后，依據各個待測點的法向測量姿態和測量順序，自動生成測量程序，執行渦輪葉片輪廓測量，測量結果可以依據機床結構解析成實測點云。本發明提高了測量精度，縮短了測量時間。

技術領域

本發明涉及的是一種渦輪葉片輪廓測量領域的技術，尤其是一種基于蟻群算法進行法向測量軌跡規劃的渦輪葉片測量方法。

背景技術

渦輪葉片是航空發動機中的關鍵零部件，由于渦輪葉片采用一次性精鑄成型，外輪廓上存在較大的輪廓誤差，為了檢驗渦輪葉片鑄造輪廓精度，并為后續加工提供工藝基準，需要對每一個渦輪葉片輪廓進行在線測量。生產實踐中，渦輪葉片的在線測量對測量精度和測量速度都有較高的要求。

激光位移傳感器由于較高的測量精度、測量速度、穩定性和靈活性，成為渦輪葉片輪廓測量領域較為常用的測量設備。但是由于激光位移傳感器的測量精度隨激光射線與渦輪葉片局部法線方向夾角的增大而降低，同時渦輪葉片外輪廓為復雜自由曲面，測量軌跡規劃難度較大。

現有技術中一般采用等高截面法進行渦輪葉片輪廓測量軌跡規劃，沿渦輪葉片的等高截面提取輪廓線，使待測點均勻分布在輪廓線上，并在等高截面內沿著法向進行測量。該測量規劃方法較為簡單，但是沒有將激光射線完全調整至于渦輪葉片局部輪廓垂直，測量點云在渦輪葉片表面分布不均勻，同時測量速度較慢，難以適用于渦輪葉片的在線測量。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是實現渦輪葉片測量程序的自動生成，提高測量精度，縮短測量時間，提高測量效率。

為實現上述目的，本發明提供了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；

步驟5、結合測量機結構，建立機床運動學模型；

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，求解每一個所述待測點的測量姿態；

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。

進一步地，步驟1中，所述二維網格劃分為均勻分布的。

進一步地，步驟5中，所述測量機為Z-Y-X-B-C構型測量機。

進一步地，步驟5中，通過旋量理論建立所述機床運動學模型。