[发明专利]航空发动机叶片型面三坐标测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶片型面三坐标测量方法，特别涉及一种航空发动机叶片型面三坐标测量方法。

背景技术

在航空发动机领域，叶片是透平机械的最核心部件，叶片类零件的外形复杂曲面对航空发动机的气动性能有重要影响；要保证航空发动机的整体气动性能达到设计要求，发动机叶片类零件的型面尺寸精度要严格控制在给定公差内；为了定量的评判叶片的型面制造误差、对叶片测绘样件进行逆向建模、对模具成型类叶片进行成型变形分析或模腔逆向调整，都需要首先得到叶片型面数据；因此如何高效、精确的实现对叶片型面的数据采集，对叶片类零件的高精度制造、型面尺寸精度评价与模具成型类叶片型腔逆向调整都有着非常重要的意义。

目前叶片类零件常用测量方法主要有光学测量、CT断层扫描、三坐标测量，其中三坐标测量是接触式测量仪器的典型代表，具有精度高、通用性强、效率高、测量稳定的优点而被广泛使用；对于叶片类自由曲面型面，测量时一般根据“曲面-曲线-点集-测点集”的原则，将曲面的测量简化为对曲面上若干条截面线的有限个点的测量；目前已有方法在已知CAD模型的零件曲面上规划测量截面时一般以设计截面来确定测量截面；由测量截面曲线规划测点集时，主要采用等弧长采点或分段等弧长采点；由于叶片曲面为自由曲面，叶片型面各点处曲率分布不均，叶片测量方案的制定应考虑叶片型面曲率的分布特点，故现有的曲面测量方法显然存在明显的不足。

规划叶片型面测量路径时，叶片型面的测量截面越多、每条测量截面的测量点越多，测量精度一般就越高，然而过多的测量截面和测量点将严重影响测量效率；不但加重测量工作量，而且难以快速高效的得到叶片型面的检测数据。因此，叶片类自由曲面零件型面的测量应该根据叶片曲率分布特点，在保证整体测量结果精度的基础上，尽可能减少测量截面数量和每条测量截面的测点数。

发明内容

为了克服现有叶片型面三坐标测量方法精度低的不足，本发明提供一种航空发动机叶片型面三坐标测量方法。该方法基于对能代表叶片型面主轴方向曲率分布特点的若干条曲线的提取，计算曲线控制点集以确定叶片测量截面；并基于曲率分布与容差控制，规划每条测量截面的最小控制点集，实现叶片型面的三坐标测量路径规划。本发明根据叶片型面曲率分布特点，规划出叶片测量截面，并基于曲率及容差控制规划每条测量截面的测点集，既能降低测量工作量，又能保证测量精度。避免了传统测量工作中根据经验规划测量截面，以及通过加密测量截面与测量点以保证测量精度而带来的工作量大量增加；并可在计算机中预先评判叶片测量方案的合理性；为定量的评判叶片的型面制造误差、对叶片测绘样件进行逆向建模、对模具成型类叶片进行成型变形分析或模腔逆向调整快速、高效的提供准确的型面数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种航空发动机叶片型面三坐标测量方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、叶身截面线提取：将叶片CAD模型导入UG软件，以叶片设计数据所在平面沿着叶片CAD模型高度方向截取截面，得到叶片若干条叶型曲线。

步骤二、提取叶盆、叶背曲线中弧线。设M为叶背曲线上任一点，过M作叶背曲线法线，与叶盆曲线交予N点；以MN为直径，MN的中点O为初始圆心作圆，计算O点到叶盆曲线的最近点P，比较OP距离和初始圆半径R，若差值小于ε，则O点为内切圆圆心；否则采用二分法移动O点在直线MN上的位置，直到OP和R差值小于ε；将叶背曲线进行点离散，重复上述操作，得到一系列叶盆叶背曲线的内切圆圆心，对所求圆心点进行曲线拟合得到叶盆叶背曲线的中弧线。

步骤三、提取中弧面等参数曲线。对上述步骤得到的一族叶盆叶背曲线中弧线进行曲面拟合，得到叶盆叶背曲面的中弧面；提取中弧面在叶片主轴方向的若干条参数曲线。

步骤四、基于容差控制的等参数曲线最小控制点集提取。

第一步，基于容差控制，提取每条曲线最小控制点集。任取一条等参数曲线，以曲线的任一端点为起点，向前搜索一微小弧长，计算搜索始末点连线的中点到该段搜索曲线的距离d，设h为曲线弦公差，若|d-h|＜ε，则该点为控制点；若h-d＞ε，则继续向前搜索。搜索完毕，将搜索到的点拟合曲线，记原始参数曲线容差值为S；将拟合曲线进行一定数量的点离散，并计算出离散点到原始曲线的最大距离d_max，若|S-d_max|＞ε，则调整n，重复上述操作，直到|S-d_max|＜ε。