[发明专利]一种基于激光测距的叶片稠密点云获取的扫描路径规划方法

说明书

技术领域本发明属于精密测量领域，具体涉及一种基于激光测距的复杂曲面叶片稠密点云获取过程中的扫描测量路径规划方法。

技术背景

叶片是航空发动机、燃气轮机等透平机械的最核心部件，其加工制造质量直接决定着发动机的能量转换效率、运行安全和使用寿命，而且具有变截面、变弦长、变扭角、数量庞大、测量参数多等特点。因此如何实现高效、精确的叶片型面测量，保证其加工制造质量，已成为叶片加工制造业亟需解决的问题。同时高效、精确的叶片型面测量适用于航空发动机、燃气轮机叶片等复杂型面零件的稠密点的测量规划，为后续叶片逆向设计、参数拟合检测提供基础数据。

由于叶片的空间尺寸精度要求高、定位复杂，所以叶片快速、高精度测量一直是困扰制造企的难题。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、测量稳定的优点，是目前制造企业对叶片进行终检的最主要手段。然而三坐标测量只能有限测量叶片截面型线，获得的信息有限（两个型线之间可能超差），在对叶片测量时，由于三轴联动，很难完全实现法向测量，而法向误差补偿算法复杂、精度差; 在曲率变化剧烈处（如叶片前后缘），实现精确测量难度大，甚至无法实现，成本高、周期长（特别是大尺寸叶片），获得基本数据需要大约30-40分钟的时间，获得全部数据需要花费几个小时甚至更长时间，而且更无法满足全测全检的需求。因此，光学测量方法开始应用于复杂曲面叶片的测量，由于叶片表面要求高，不允许在表面喷涂任何东西（如显影剂，为了减小反光而喷涂的。），所以点光源具有直接可以测量的优势。一种基于激光测距原理的传感器可以实现叶片快速精密扫描测量，获取型面的稠密点云，但是这种方法具有以下不足：1）激光测距原理由于景深和测量距离的限制更适合测量比较平坦的表面；2）测量复杂曲面需要加入旋转轴，受测量原理限制转轴标定精度不好保证；3）对高曲率小半径的区域测量时噪声大。

综上，基于激光测距原理发明一种测量规划方法对于快速精密实现复杂曲面叶片的稠密点云获取，为后续叶片的逆向设计和参数拟合检测将是十分有意义的。

发明内容

本发明为解决激光测距原理测量复杂曲面叶片存在问题，本发明公开一种基于激光测距原理实现复杂曲面叶片稠密点云快速精密获取的路径规划方法，完成叶片型面和细节，如叶片进排气边缘、叶根和榫头的准确点云数据获取，该方法具有速度快、精度高、噪声小等特点。

本发明实现发明目的采用的方法是；

步骤1.以叶片CAD模型的基准平面为起点，沿着基准面垂直的Z轴方向按照设计的固定步距截取一组待测量叶片型面的截面轮廓曲线，并将一组待测量叶片型面的截面轮廓曲线进行按序排列并分别做出标记；

步骤2.对步骤1获得截取的由叶片前缘、后缘、叶盆、叶背四部分曲线组成待测量叶片型面的截面轮廓曲线，提取一组叶盆曲线和叶背曲线公切圆圆心轨迹，形成叶盆曲线和叶背曲线的中弧线L；

步骤3.对步骤2获得的叶盆曲线和叶背曲线的中弧线两端延伸至与叶片前缘曲线和后缘曲线相交，得交点P₁和P₂，交点P₁和P₂将叶片型面的截面轮廓曲线分割成两段曲线L₁和L₂；

步骤4. 在步骤3得到的截面轮廓曲线分割成的两段曲线L₁和L₂上，计算得到叶片截面最大厚度处的两个点P₃和P₄，点P₃和P₄将两段曲线L₁和L₂分割成四段曲线，得线段L_1-1、L_1-2、L_2-1和L_2-2；

步骤5.对步骤4获得的线段L_1-1、L_1-2、L_2-1和L_2-2两端作延伸处理，两端延伸长度分别为该线段长度的1/8-1/4，P¹和P²点的延伸是P¹和P²点曲线弧的切线方向延伸，P₃和P₄的延伸为曲率延伸；

步骤6.按步骤2-步骤5对步骤1获得的一组待测量叶片型面的截面轮廓曲线按标记顺序全部进行处理；