一種葉片曲面的快速測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及葉片測量領(lǐng)域，具體是一種用于葉片加工過程的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空航天技術(shù)的發(fā)展對發(fā)動機的性能要求越來越高，葉片作為航空發(fā)動機的關(guān)鍵 零部件，其精密加工裝備與工藝已成為國家制造領(lǐng)域的前沿課題。為了獲得高質(zhì)量的葉片， 在其制造過程中需進(jìn)行多次測量與修正加工。葉片測量是分析葉片加工余量和檢測成品質(zhì) 量的重要手段，但由于測量效率和測量精度之間的內(nèi)在矛盾，葉片高效精確測量一直是葉 片加工過程的難點之一。隨著葉片型面復(fù)雜程度的增加，在保證葉片形狀精度的前提下實 現(xiàn)葉片高效快速測量的難度也隨之增大。
[0003]葉片的測量方法主要分為樣板法、非接觸式測量、接觸式測量=大類。非接觸測量 具有效率高、應(yīng)用范圍廣和無接觸應(yīng)力等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于復(fù)雜零件檢測和反求工程中。傳 統(tǒng)葉片測量軌跡規(guī)劃大多需由工人根據(jù)經(jīng)驗規(guī)劃出測量截面，并對每個測量截面進(jìn)行等步 長測量，該種測量規(guī)劃方法受主觀因素影響較大。隨著葉片型面復(fù)雜程度的增加，經(jīng)驗規(guī)劃 方法的測量精確性和效率均無法滿足要求，且等步長測量獲得的大量數(shù)據(jù)點會嚴(yán)重降低測 量效率和重構(gòu)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種葉片曲面的快速測量方法，W解決傳統(tǒng)葉片類零件測量過程中存 在的測量精度提高困難、測量效率和可靠性低的問題。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，包括W下步驟：
[0006](1)、在垂直于Z軸方向，在葉片頂部、根部和中部等間距截取3條截面線，利用S 坐標(biāo)測量機采集截面線測量點；
[0007](2)、幾何敏感點位置計算：分別對上述截面線測量點進(jìn)行3次B樣條曲線擬合，對 所得3次B樣條曲線進(jìn)行求導(dǎo)，將一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)帶入曲率公式，計算測量點曲率，計 算3次B樣條曲線曲率的平均值，平均值與曲率值的交點即為所求幾何敏感點；
[0008](3)、最大提度區(qū)域端點計算；分別計算葉背、葉盆的最大提度，確定出與其對應(yīng)的 最大提度點，連接最大提度點，W連線中點為圓屯、，連線長度為直徑作圓，過圓屯、作與連線 垂直的直線，與圓分別交于兩點，過該兩點分別做平行于連線的直線，分別與葉背、葉盆相 交，確定出截面線測量點的最大提度區(qū)域端點；
[0009] (4)、將步驟（2)、（3)中得到的最大提度區(qū)域端點和幾何敏感點沿葉片軸流方向 進(jìn)行最小二乘擬合，得到8條測量線，利用S坐標(biāo)測量機采集測量點；
[0010] 巧）、基于曲線逼近法的截面線條數(shù)確定
[0011] ①對每一條測量線上的測量點進(jìn)行3次B樣條曲線擬合，擬合曲線為L2,根據(jù)測量 點的邊界點和L,弧長的=等分點計算3次逼近B樣條曲線L1，設(shè)定逼近闊值為e，計算Li 與L2之間的Hausdorff距離最大值或lax，不斷添加測量點到Li，直到Hausdorff距離最大 值滿足ALx<。曲線Li與L2之間Hausdorff距離的計算方法為；計算L2上每一測量點的 法向量，計算Li上各參數(shù)點到法向量的距離，選取距離值最小時所對應(yīng)的參數(shù)點做為該法 向量的最近點，判別法向量最近點與L,上相對應(yīng)測量點之間的距離是否滿足式1。。、<€，不滿 足則添加L2上的測量點到L1中，最后得到測量線L'iW及測量點，對每一條測量線都按 如上方法處理，所有Hausdorff距離的計算方法都相同；
[0012] ②取其中一條保留測量點最多的測量線L' 1作為參照線，依次過其上每個測量 點做等Z值線，與其他測量線分別相交于交點〇b化=1，... 7)，選擇其余測量線上距離交 點最近的測量點，將該測量點用交點替換，計算由于測量點替換引起的L' 1上的曲線段 扣，tw]與測量線L'義間的Hausdorff距離最大值記ax的變化，若4L<6?則該測量點由 交點替換；若則將交點作為測量點添加到測量線L' 1中，重復(fù)該一步驟，直到遍歷 所有8條測量線，使得每條測量線上測量點數(shù)目相等，得到修正后的測量線L" 1和測量點 個數(shù)；
[001引 化）、將步驟（1)中3條截面線測量點，8條測量線L"1的測量點導(dǎo)入Geometric 軟件重構(gòu)葉片測量模型，根據(jù)重構(gòu)葉片測量模型，重新提取8條測量線，分別比較重新提取 的8條測量線與L"1之間的Hausdorff距離最大值A(chǔ)Lx，若記I、添加重新提取的測量 線中的測量點到相對應(yīng)的測量線L" 1中；
[0014](7)、重復(fù)步驟巧）、化），直到從重構(gòu)的葉片測量模型中所提取測量線與L"1之間 的Hausdorff距離最大值.式，最終確定出測量線L"1上測量點的個數(shù)，即需要測量的 葉片截面線條數(shù)；
[0015] 巧）、基于曲率特性區(qū)域劃分的截面線測量點個數(shù)確定
[0016] ①測量點曲率求解：
[0017] 對截面線測量點做坐標(biāo)平移變換，將其平移到第一象限內(nèi)，將測量點橫坐標(biāo)最小 的點作為起始點進(jìn)行積分運算，對積分曲線進(jìn)行單調(diào)性劃分，每一單調(diào)區(qū)間利用最小二乘 法擬合逼近直線，相鄰逼近直線的相交，交點為〇a，在每一單調(diào)區(qū)間中，計算積分曲線上 各點S(J)ma= 1,2. ..M，J= 1,2... 1)到其逼近直線L(I)的距離H(J)m，若點S(J)〇〇滿 足：
[001 引
【主權(quán)項】
1. 一種葉片曲面的快速測量方法，其特征在于包括下列步驟： (1) 、在垂直于Z軸方向，在葉片頂部、根部和中部等間距截取3條截面線，利用三坐標(biāo) 測量機采集截面線測量點； (2) 、幾何敏感點位置計算：分別對上述截面線測量點進(jìn)行3次B樣條曲線擬合，對所得 3次B樣條曲線進(jìn)行求導(dǎo)，將一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)帶入曲率公式，計算測量點曲率，計算3次 B樣條曲線曲率的平均值，平均值與曲率值的交點即為所求幾何敏感點； (3) 、最大撓度區(qū)域端點計算：分別計算葉背、葉盆的最大撓度，確定出與其對應(yīng)的最大 撓度點，連接最大撓度點，以連線中點為圓心，連線長度為直徑作圓，過圓心作與連線垂直 的直線，與圓分別交于兩點，過這兩點分別做平行于連線的直線，分別與葉背、葉盆相交，確 定出截面線測量點的最大撓度區(qū)域端點； (4) 、將步驟（2)、（3)中得到的最大撓度區(qū)域端點和幾何敏感點沿葉片軸流方向進(jìn)行 最小二乘擬合，得到8條測量線，利用三坐標(biāo)測量機采集測量點； (5) 、基于曲線逼近法的截面線條數(shù)確定 ① 對每一條測量線上的測量點進(jìn)行3次B樣條曲線擬合，擬合曲線為L2，根據(jù)測量點的 邊界點和L2弧長的三等分點計算3次逼近B樣條曲線L i，設(shè)定逼近閾值為ε，計算1^與L 2 之間的Hausdorff距離最大值，不斷添加測量點到L1，直到Hausdorff距離最大值滿足 C;曲線1^與L 2之間Hausdorff距離的計算方法為：計算L 2上每一測量點的法向量， 計算L1上各參數(shù)點到法向量的距離，選取距離值最小時所對應(yīng)的參數(shù)點做為該法向量的最 近點，判別法向量最近點與1^ 2上相對應(yīng)測量點之間的距離是否滿足<￡·，不滿足則添加 L2上的測量點到L ，最后得到測量線L' i以及測量點，對每一條測量線都按如上方法 處理，所有HausdorfT距離的計算方法都相同； ② 取其中一條保留測量點最多的測量線L' i作為參照線，依次過其上每個測量點做等 Z值線，與其他測量線分別相交于交點〇b (b = 1，... 7)，選擇其余測量線上距離交點最近的 測量點，將該測量點用交點替換，計算由于測量點替換引起的L' i上的曲線段[ti，ti+4]與 測量線L' i之間的Hausdorff距離最大值的變化，若s則該測量點由交點替換； 若>〃則將交點作為測量點添加到測量線L' ，重復(fù)這一步驟，直到遍歷所有8條測 量線，使得每條測量線上測量點數(shù)目相等，得到修正后的測量線L" JP測量點個數(shù)； (6) 、將步驟（1)中3條截面線測量點，8條測量線L" i的測量點導(dǎo)入Geometric軟件 重構(gòu)葉片測量模型，根據(jù)重構(gòu)葉片測量模型，重新提取8條測量線，分別比較重新提取的8 條測量線與L" 1之間的Hausdorff距離最大值，若^添加重新提取的測量線中 的測量點到相對應(yīng)的測量線L" 1中； (7) 、重復(fù)步驟（5)、（6)，直到從重構(gòu)的葉片測量模型中所提取測量線與L" i之間的 HausdorfT距離最大值，最終確定出測量線L" 測量點的個數(shù)，即需要測量的葉 片截面線條數(shù)； (8) 、基于曲率特性區(qū)域劃分的截面線測量點個數(shù)確定 ①測量點曲率求解： 對截面線測量點做坐標(biāo)平移變換，將其平移到第一象限內(nèi)，將測量點橫坐標(biāo)最小的點 作為起始點進(jìn)行積分運算，對積分曲線進(jìn)行單調(diào)性劃分，每一單調(diào)區(qū)間利用最小二乘法擬 合逼近直線，相鄰逼近直線的相交，交點為〇 (1.1+1)，在每一單調(diào)區(qū)間中，計算積分曲線上各點 S (J)⑴（I = 1，2··· M，J= 1，2··· 1)到其逼近直線L(I)的距離H(J)⑴，若點S (J) (K)滿足：
則以〇(1.1+1)為圓心，以|S(J) (K)-0(I，I+1)|的長度為半徑作弧，交逼近直線L(I)、L(I+1) 于點，點1λ.Μ1,、yOouitl將積分曲線重新劃分為不同的弧線段，新劃分的 弧線段為測量點的所屬區(qū)域，形成求解測量點曲率的支撐域，選取每個測量點對應(yīng)的支撐 域進(jìn)行最小二乘擬合，依據(jù)曲率公式求解測量點曲率； ② 基本測量點選擇： 在重新劃分的弧線段中，根據(jù)一條k次曲線至少由k+Ι個點表示的特性，綜合考慮曲率 與弧線段區(qū)域性質(zhì)選取基本測量點； ③ 完整測量點選擇： 依據(jù)基本測量點構(gòu)建3次逼近B樣條曲線L3，計算3次逼近B樣條曲線L3與截面線測 量點之間的Hausdorff距離最大值，不斷添加測量點到3次逼近B樣條曲線1^中，直 到Hausdorff距離最大值滿足<心對每條截面線都按上述步驟的處理，選取出完整測 量占. (9)、最終得到的整體葉片所需測量的截面線條數(shù)以及截面線測量點個數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種葉片曲面的快速測量方法，屬于葉片測量領(lǐng)域。首先確定截面線最大撓度區(qū)域端點和前后緣幾何敏感點位置，規(guī)劃葉片軸流方向測量曲線，利用曲線逼近法計算軸流曲線測量點，進(jìn)而確定葉片測量截面，依據(jù)截面線曲率突變特性進(jìn)行區(qū)域劃分，利用曲率和Hausdorff距離雙重準(zhǔn)則實現(xiàn)截面線測量點的快速提取，規(guī)劃出每條截面線的測量點集。優(yōu)點是應(yīng)用本方法進(jìn)行葉片曲面測量，有利于實現(xiàn)測量點數(shù)目的大幅度精簡，在保證葉片型面精度的前提下顯著提高了葉片的測量效率。
【IPC分類】G01B21-00, G01B21-16, G01B21-20
【公開號】CN104864829
【申請?zhí)枴緾N201510325124
【發(fā)明人】楊旭, 劉佳, 趙繼, 曲興田, 王昕
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月14日