[發明專利]葉片氣膜孔加工自適應定位方法、系統、設備及存儲介質

有效

• 申請號: 202210344527.0
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114669775B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 王晶;侯堯華;趙衛;趙華龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: B23B41/00
• 分類號: B23B41/00;B23B47/00;G06T19/20
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

本發明提供了一種葉片氣膜孔加工自適應定位方法、系統、設備及存儲介質，解決現有克服變形葉片與理論葉片之間幾何信息差異的方法，無法匹配二者實際對應關系，需人工干預影響氣膜孔自動化加工的問題。該方法通過分析葉片裝夾后實際外形與理論模型間的相對位置，結合葉片變形映射關系，獲取實際葉片氣膜孔相對夾具的位置，并利用在機測量獲取夾具裝夾在機床上的實際裝夾狀態，實現對實際葉片氣膜孔的自適應定位，因此，該方法實現了實際氣膜孔的精確定位與解析，簡化了葉片與夾具的裝夾定位過程，降低了對操作人員的專業技能需求，并支撐了氣膜孔智能加工產線的自動化運行。

技術領域

本發明涉及航空發動機渦輪葉片氣膜孔的自適應加工技術領域，具體涉及一種考慮變形的葉片氣膜孔加工自適應定位方法、定位系統、控制設備及計算機可讀存儲介質。

背景技術

渦輪葉片服役環境惡劣，工作溫度極高，已超過自身材料所能承受的極限，容易產生高溫蠕變，對航空發動機的動力性能與使用壽命造成重大不利影響。氣膜冷卻是目前較為廣泛應用的渦輪葉片冷卻技術，可以有效的隔絕高溫氣體，提升相關部件的抗高溫蠕變能力。

氣膜孔的制造精度包括幾何形狀、位置分布與姿態方向，對冷卻效果起著決定性作用。其中，幾何形狀的制造精度通過飛秒激光、電火花等特種加工可以得到保障；受工藝的限制，鑄造后渦輪葉片與理論模型存在一定的差異，即使在滿足制造公差要求的情況下，鑄造后的變形也會改變渦輪葉片幾何模型的局部空間分布，使得氣膜孔的理論位姿與渦輪葉片的實際形狀無法完全匹配，仍然按照氣膜孔的理論信息進行加工將無法滿足冷卻性能的要求。

現有的解決變形葉片與理論葉片之間幾何信息差異的技術主要分兩個方面。其一是重建變形后葉片的幾何模型。通過一定的測量手段獲取變形葉片幾何外形的點云數據或者三角網格數據，利用葉片幾何特征等相關逆向工程方法，重構并掃掠葉片截面線，獲取實際葉片的三維幾何模型，并將理論氣膜孔投影于實際葉片。但是，投影過程未考慮氣膜孔位姿設計意圖與理論葉片模型的內在聯系，仍然無法匹配二者的實際對應關系。其二是葉片的配準定位法。以六點定位為代表，利用理論模型上的六個關鍵點與測量模型進行配準，并通過不斷迭代調整理論葉片的整體位姿，進而實現氣膜孔位姿的變換。該方法只能對葉片進行整體的剛性變換，并在一定約束下達到與測量葉片的最佳匹配位置，并沒有解決葉片變形后的氣膜孔分布問題。除此之外，鑄造工藝的一致性無法得到保證，不同批次的渦輪葉片誤差分布存在差異，需要通過人工干預的方法逐個調整孔位數據，嚴重影響了氣膜孔的自動化加工進程，需要應用自適應定位技術，提供個性化的變形定位解決方法。目前關于氣膜孔自適應定位的研究較少，已有技術對葉片幾何特征了解不足，也沒有建立定位結果與加工系統之間的數據傳輸系統，進而缺少渦輪葉片氣膜孔自適應定位的有效實施方案。

發明內容

為了解決現有克服變形葉片與理論葉片之間幾何信息差異的方法，或存在投影過程未考慮氣膜孔位姿設計意圖與理論葉片模型內在聯系，而無法匹配二者實際對應關系，或需通過人工干預，嚴重影響氣膜孔自動化加工進程的技術問題，本發明提供了一種葉片氣膜孔加工自適應定位方法、系統、設備及存儲介質。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

第一方面，本發明提供一種葉片氣膜孔加工自適應定位方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

步驟1、掃描葉片安裝到夾具上的整體外形，得到掃描模型M_scan；

步驟2、利用三維ICP配準算法將理論夾具模型M_jig與掃描模型M_scan進行定位計算，得到變換矩陣T_jig,scan；

步驟3、利用三維IMLS-ICP配準算法將理論葉片模型M_part上的設計點{P_part}與掃描模型M_scan進行定位計算，得到變換矩陣T_part,scan；