專利名稱：一種基于弦線的航空薄壁葉片加工扭曲度誤差測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于葉片加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于測量葉片的加工扭曲度誤差的方法。
背景技術(shù)：
葉片在航空(如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體葉輪)、核電(如汽輪機(jī)葉片)、艦船(如大型螺旋槳槳葉)等關(guān)系國計(jì)民生的行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。葉片型面一般為復(fù)雜曲面，加工工序比較復(fù)雜，其型面品質(zhì)對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能起著決定性的影響，享有航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)的“心臟“的美譽(yù)。
葉片這一類零件具有強(qiáng)扭曲、薄壁件、易變形、低損傷等技術(shù)特點(diǎn)，如何快速高效地檢測其多軸數(shù)控加工質(zhì)量一直是先進(jìn)制造領(lǐng)域的前沿難點(diǎn)問題。目前，國內(nèi)外主要采用人工卡板測量法和三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)測量法來對葉片型面進(jìn)行檢測。這兩種方法都是離線式檢測方法，其測量速度慢、信息量少、人為誤差大且存在過多不可測區(qū)域，極大地影響了葉片檢測效率。隨著光學(xué)測量技術(shù)的發(fā)展，可以通過非接觸式測量方式來執(zhí)行葉片型面的檢測，相應(yīng)克服傳統(tǒng)人工卡板測量法和CMM測量法的不足，但非接觸式測量的缺陷在于它是以二維圖像為輸入，應(yīng)用立體視覺、相位輪廓術(shù)等計(jì)算第三維坐標(biāo)值，受測量距離限制，直接采集的反映葉片表面性狀的點(diǎn)云同設(shè)計(jì)曲面在三維坐標(biāo)下可能存在不同的尺度形變。尤其對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，薄壁葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，從性能上看，其決定了增壓比，相應(yīng)限制了渦輪前的溫度。因此，薄壁葉片基本上決定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)的兩個(gè)專業(yè)參數(shù)。薄壁葉片在發(fā)動(dòng)機(jī)中的功能使命及其工作特點(diǎn)，決定了它為發(fā)動(dòng)機(jī)中復(fù)雜(三維曲面件)、尺度跨度大(長度從20mm到700mm)、受力惡劣、承載最大的零件。它在高溫、高壓和高速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，通常主要由合金化程度很高的熱強(qiáng)鋼、鈦合金以及高溫合金等材料制成；為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高性能、工作安全性、可靠性以及壽命的要求，葉片又必須具有精確的尺寸、準(zhǔn)確的形狀和嚴(yán)格的表面完整性。薄壁葉片的幾何形狀和尺寸決定著葉片的工作性能，而葉片的型面質(zhì)量對航空發(fā)動(dòng)機(jī)的二次流損耗有著較大的影響，直接影響著其能 量轉(zhuǎn)換效率。因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的檢測中，葉片型面誤差的檢測具有十分重要的意義。從目前的航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片生產(chǎn)廠家的測量來看，大都偏重于葉片型線誤差的檢測，忽略了葉片型面扭曲的分析，而葉柵通道形狀和初始?xì)鈩?dòng)參數(shù)控制了整個(gè)流場的流動(dòng)，對葉片氣動(dòng)、強(qiáng)度振、動(dòng)性能有重要影響。因此，在對航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片型面加工質(zhì)量進(jìn)行分析與評估的過程中，如何根據(jù)葉片型面加工誤差參數(shù)的定義，準(zhǔn)確、便利地測量葉片扭曲度誤差具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和技術(shù)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種一種用于葉片尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片的加工扭曲度誤差的方法，通過該方法，能夠快速、準(zhǔn)確地測量葉片在加工過程中的扭曲度誤差，并將所測得的葉片型面扭曲度誤差結(jié)果作為評價(jià)葉片加工質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，相應(yīng)地，對滿足葉片加工的“加工-測量” 一體化過程具備重要意義。按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于對航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片測量其加工扭曲度誤差的方法，該方法包括(I)為待測量的航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片建模，對該葉片測量模型截取多個(gè)截面并生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；此外，為作為比較基準(zhǔn)的葉片設(shè)計(jì)模型同樣截取相同數(shù)量的多個(gè)截面，并生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；(2)提取步驟(I)所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以獲得凸包；(3)根據(jù)步驟(2)所獲得的凸包，分別求出有關(guān)葉片測量模型和葉片設(shè)計(jì)模型的各個(gè)截面的弦線參數(shù)也即弦線的兩端點(diǎn)坐標(biāo)，該過程具體包括以下子步驟(31)對各個(gè)凸包依次計(jì)算其相鄰兩點(diǎn)的距離，并確定其中距離最大的相鄰兩點(diǎn)；(32)利用各個(gè)凸包通過擬合方式獲得各個(gè)葉片截面的前、后緣圖形，并對該前、后緣圖形分別求得其兩條外公切線的四個(gè)切點(diǎn)，從這四個(gè)切點(diǎn)中舍去通過步驟(31)所確定的相鄰兩點(diǎn)，由此將最終保留的兩個(gè)點(diǎn)作為葉片測量模型和葉片設(shè)計(jì)模型各自的截面弦線兩端點(diǎn) Pu、Pc2 和 Psl、Ps2，并獲取相應(yīng)的坐標(biāo)值(xel, ycl)、(xc2, yc2)和(xsl, ysl)、(xs2, ys2)；(4)根據(jù)所求出的弦線參數(shù)，通過下列公式來計(jì)算將葉片測量模型的各個(gè)截面與葉片設(shè)計(jì)模型的相應(yīng)截面重合時(shí)所需的旋轉(zhuǎn)角度e，該旋轉(zhuǎn)角度0也即待測量葉片的各個(gè)截面的扭曲度誤差，由此完成對航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片的扭曲度整體測量過程
權(quán)利要求
1.ー種用于對航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片測量其加工扭曲度誤差的方法，該方法包括 (I)為待測量的航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片建模，對該葉片測量模型截取多個(gè)截面并生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；此外，為作為比較基準(zhǔn)的葉片設(shè)計(jì)模型同樣截取相同數(shù)量的多個(gè)截面，井生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)； (2 )提取步驟(I)所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以獲得凸包； (3)根據(jù)步驟(2)所獲得的凸包，分別求出有關(guān)葉片測量模型和葉片設(shè)計(jì)模型的各個(gè)截面的弦線參數(shù)也即弦線的兩端點(diǎn)坐標(biāo)，該過程具體包括以下子步驟 (31)對各個(gè)凸包依次計(jì)算其相鄰兩點(diǎn)的距離，并確定其中距離最大的相鄰兩點(diǎn)； (32)利用各個(gè)凸包通過擬合方式獲得各個(gè)葉片截面的前、后緣圖形，并對該前、后緣圖形分別求得其兩條外公切線的四個(gè)切點(diǎn)，從這四個(gè)切點(diǎn)中舍去通過步驟(31)所確定的相鄰兩點(diǎn)，由此將最終保留的兩個(gè)點(diǎn)作為葉片測量模型和葉片設(shè)計(jì)模型各自的截面弦線兩端點(diǎn)Pd> Pc2 和 ps1、ps2，并獲取相應(yīng)的坐標(biāo)值(xci，yci)、(xc2，yc2)和(xsi，yJ、(xs2，ys2)； (4)根據(jù)所求出的弦線參數(shù)，通過下列公式來計(jì)算將葉片測量模型的各個(gè)截面與葉片設(shè)計(jì)模型的相應(yīng)截面重合時(shí)所需的旋轉(zhuǎn)角度θ，該旋轉(zhuǎn)角度θ也即待測量葉片的各個(gè)截面的扭曲度誤差，由此完成對航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片的扭曲度整體測量過程
2.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述獲得凸包的過程包括 (i)對步驟(I)所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用矩形區(qū)域腐蝕法來確定凸包的邊界區(qū)域，由此刪除冗余點(diǎn)，該步驟具體包括以下過程從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中找出SI、S2、S3、S4四個(gè)點(diǎn)，其中SI點(diǎn)為點(diǎn)云數(shù)據(jù)中將各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值相加其和最小時(shí)所對應(yīng)的點(diǎn)，S2點(diǎn)為將各個(gè)點(diǎn)的X坐標(biāo)值減去I坐標(biāo)值所得差值最大時(shí)所對應(yīng)的點(diǎn)，S3點(diǎn)為將各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值相加其和最大時(shí)所對應(yīng)的點(diǎn)，S4為將各個(gè)點(diǎn)的y坐標(biāo)值減去X坐標(biāo)值所得差值最大時(shí)所對應(yīng)的點(diǎn)；依次經(jīng)過所述SI和S2兩點(diǎn)中y坐標(biāo)值相對較大的點(diǎn)并取與X軸相平行的直線、經(jīng)過S3和S4兩點(diǎn)中I坐標(biāo)值相對較小的點(diǎn)并取與X軸相平行的直線、經(jīng)過SI和S4兩點(diǎn)中X坐標(biāo)值相對較大的點(diǎn)并取與Y軸相平行的直線，以及經(jīng)過S2和S3兩點(diǎn)中X坐標(biāo)值相對較小的點(diǎn)并取與Y軸相平行的直線，由此構(gòu)建ー個(gè)矩形區(qū)域；然后利用腐蝕法將落入到該矩形區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)去除，留下的點(diǎn)集即構(gòu)成凸包的邊界區(qū)域； ( )從所獲得的凸包邊界區(qū)域中提取其中的極值點(diǎn)，并用這些極值點(diǎn)構(gòu)成初始凸包；(iii)將通過步驟(ii)所獲得的初始凸包上的所有點(diǎn)分別按照其x、y坐標(biāo)值以從小到大的次序排序，由此得到有關(guān)這些點(diǎn)的X坐標(biāo)值排序表H和y坐標(biāo)值排序表V ； (i V)從所述排序表H調(diào)出其中處于第一位的點(diǎn)，并根據(jù)下列的判別函數(shù)
3.一種用于改善譬如航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片的加工質(zhì)量的方法，該方法包括按照如權(quán)利要求I或2所述的方法而獲得其加工扭曲度誤差，相應(yīng)調(diào)整葉片加工過程中的加工參數(shù)，由此完成對葉片加工質(zhì)量的改善。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測量葉片加工扭曲度誤差的方法，包括為待測量的葉片和葉片設(shè)計(jì)模型分別截取多個(gè)截面并生成相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；提取所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以獲得凸包；根據(jù)所獲得的凸包，分別求出有關(guān)葉片測量模型和葉片設(shè)計(jì)模型的各個(gè)截面的弦線參數(shù)也即弦線的兩端點(diǎn)坐標(biāo)；根據(jù)所求出的弦線參數(shù)，計(jì)算將葉片測量模型的各個(gè)截面與葉片設(shè)計(jì)模型的相應(yīng)截面重合時(shí)所需的旋轉(zhuǎn)角度，由此獲得待測量葉片的各個(gè)截面的扭曲度誤差。本發(fā)明還公開了相應(yīng)的用于提取凸包的改進(jìn)方式。按照本發(fā)明，可以快速、準(zhǔn)確地測量葉片在加工過程中的扭曲度誤差，并能將所測得的型面扭曲度誤差結(jié)果作為評價(jià)葉片加工質(zhì)量的指標(biāo)，相應(yīng)改善葉片加工質(zhì)量。
文檔編號G01B21/20GK102735204SQ20121018547
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者尹周平, 李文龍, 熊有倫 申請人:華中科技大學(xué)