[發明專利]整體葉盤葉片四軸聯動掃描路徑規劃方法及系統

有效

• 申請號: 202111323390.2
• 申請日: 2021-11-08
• 公開（公告）號: CN113899280B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 張亞奇;張文澤;沈毅君;姚艾舟;張林;朱利民;楊儒清;張楊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B5/008
• 分類號: G01B5/008
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種整體葉盤葉片四軸聯動測量路徑規劃方法及系統，通過干涉檢查，將葉片截面線劃分為上、下兩段，并確定測針傾斜角，之后利用增量式計算方法快速獲得所有路徑點的旋轉角可測矩陣，同時將測針、測座近似為圓錐模型對可測矩陣進行修正，最后利用二分法和三次樣條曲線對測座旋轉角進行擬合，最終獲得平滑無干涉的轉臺旋轉軌跡。本發明可行區域的計算中考慮了測座本身的體積，并將其與測針近似為圓錐對可測矩陣進行了進一步的修正，確?？蓽y矩陣準確無干涉；充分利用四軸聯動測量機的優勢，測量過程中只需要調整測針方向兩次，提高了測量效率，本發明極大的降低了干涉檢查的計算量，本發明確保了軌跡無干涉情況下盡可能的光順。

技術領域

本發明涉及工業制造領域，具體地，涉及一種整體葉盤葉片四軸聯動掃描路徑規劃方法及系統。

背景技術

復雜曲面零部件，如葉輪葉片、整體葉盤等，是數字化制造的重點研究對象，如何精確高效的測量是目前的研究重點。三坐標測量機具有測量精度高、范圍廣等優勢，被廣泛用于零部件的精度測量環節中。傳統三坐標測量機主要通過逐點式測量和三軸掃描式測量進行測量。逐點式測量在測量過程有大量時間耗費在點與點之間的空運行上，不適合于大量數據點的測量。三軸掃描式測量在測量復雜的整體葉盤葉片時需要頻繁的調整測針方向或工件裝夾姿態，以避免發生干涉，極大的影響了測量效率。因此傳統的三軸三坐標測量機在針對葉盤葉片的測量中效率較低。四軸聯動測量機是在傳統的三坐標測量機的基礎上增加了一個繞Z軸旋轉的氣動轉臺，在測量葉盤葉片的截面線時，只需要調整兩次測針方向即可完成掃描測量，具體過程如圖1所示。

名稱為Computer-aided measurement plan for an impeller on acoordinate measurement machine with a rotating and tilting probe.的文獻中公開的坐標測量機搭配PH10分度式測頭測量過程中需要多次調整測針方向，導致測量效率較低。另外在考慮到葉片結構的復雜性，在測量過程很可能會發生干涉碰撞，因此在路徑規劃過程中需要進行干涉檢查。而全局干涉檢查情況下的四軸聯動測量路徑規劃會非常耗時，難以直接用于實際應用，例如名稱為Automatic generation of efficient andinterference-free five-axis scanning path for free-form surface inspection.的文獻。因此，目前尚未有一種高效的整體葉盤葉片四軸聯動掃描路徑規劃方法。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種整體葉盤葉片四軸聯動測量路徑規劃方法及系統。

根據本發明提供的一種整體葉盤葉片四軸聯動測量路徑規劃方法，包括如下步驟：

截面線劃分步驟：將葉片截面線采樣獲得少量均勻分布的路徑點P(t)，分析在每一路徑點測針不同傾斜角的可測性；根據可測性和掃描的連續性將葉片截面線分為上下兩段，并確定測針傾斜角；

旋轉角可行區域確定步驟：在路徑點建立局部極坐標系，將其旋轉角離散化，獲得各自旋轉角的可測矩陣；利用增量式算法計算所有路徑點的可行區域；對可測矩陣進行修正；

軌跡生成步驟：根據路徑點的可測矩陣及相關測量約束，初步確定每一路徑點的旋轉角，利用三次樣條曲線對旋轉角進行擬合，通過二分法確定最優控制點數量，獲得測座旋轉軌跡。

優選地，當測針在某一傾斜角下，轉臺在任一旋轉角下，測針尖端可以無干涉的測量P_i點時，則該傾斜角相對于P_i是可測的。

優選地，根據掃描測量的約束，測量葉片的上葉緣時，測針傾斜角小于90°；測量葉片的下葉緣時，測針傾斜角大于90°。

優選地，旋轉角可行區域確定步驟中，利用增量式方法，迭代檢查前一點或后一點的矩陣邊緣像素能夠獲得每段路徑所有點的可測矩陣。