[发明专利]非完整测量数据下的空心涡轮叶片精铸蜡型模型重构方法

说明书

本发明公开非完整测量数据下的空心涡轮叶片精铸蜡型模型重构方法包括以下步骤：设计出理想状态下蜡型及陶芯的设计模型、获取蜡型内外轮的廓测量点、提取设计截面线、刚性变换、几何调整和建模。本发明通过对设计截面线进行刚性变换与几何调整，从而构建实际蜡型内外轮廓截面线及参数化型面，从而完成蜡型模型重构，解决了工业CT扫描数据部分缺失状态下的空心涡轮叶片精铸蜡型模型参数化重构问题,同时精确测量蜡型的壁厚。

技术领域

本发明属于复杂曲面零件三维检测及重构领域，具体涉及非完整测量数据下的空心涡轮叶片精铸蜡型模型重构方法。

背景技术

空心涡轮叶片是航空发动机的核心热端部件，其形状精度对航空发动机的性能及可靠性具有直接影响。空心涡轮叶片普遍采用熔模精密铸造方法制造，其形状精度主要通过精铸蜡型来保证。且针对精铸蜡型采用先进的测量方法对蜡型外形轮廓及壁厚进行检测，之后基于检测的数据对蜡型模具型腔及其内部陶芯空间位置进行修正，是保证蜡型形状精度的有效途径。目前，空心涡轮叶片精铸蜡型形状精度主要采用组合式方法检测，即：利用三坐标或光学扫描方式对蜡型外形轮廓进行检测，然后再利用超声波探测仪对蜡型壁厚进行检测。然而，上述过程耗时费力，且会受到蜡型型面复杂程度影响，导致壁厚探测方向偏差，进而产生壁厚精度测量误差。

随着CT技术在工业领域的应用，利用先进工业CT对空心涡轮叶片精铸蜡型截面进行快速扫描，之后利用内外轮廓扫描数据重构实际蜡型三维模型，可为精铸蜡型外形轮廓及壁厚快速、同步、高精度评估提供可能。然而，受到蜡型内部陶芯扰流柱、横向肋条等镂空结构，以及锥束CT探测深度的影响，特别针对大尺寸、大扭度的空心涡轮叶片，目前无法从CT扫描灰度图中提取完整的蜡型内外轮廓数据，而现有的样条拟合方法在大量截面数据缺失条件下无法实现蜡型截面线及三维模型重建。

发明内容

鉴于此，本发明提供非完整测量数据下的空心涡轮叶片精铸蜡型模型重构方法，旨在解决现有技术重构拉型模型费时费力、所铸模型精度低等问题。

为达到上述目的本发明采用的技术方案：

非完整测量数据下的空心涡轮叶片精铸蜡型模型重构方法,包括以下步骤：

(1)根据标准的空心涡轮叶片设计出理想状态下蜡型及陶芯的设计模型；

(2)获取蜡型内外轮廓的测量点:沿积叠轴方向对蜡型的关键截面进行CT扫描，得到扫描灰度图,在扫描灰度图中提取蜡型的外部轮廓点以及蜡型内部的陶芯轮廓点，之后去除非陶芯表面轮廓点以及噪声点,将剩余的轮廓点作为最终蜡型内外轮廓的测量点数据导入三维绘图软件中，其中关键截面为蜡型中具有曲率变化较大的若干截面；

(3)提取设计截面线:在步骤(1)蜡型及陶芯的设计模型中与步骤(2)中对应关键截面位置处提取设计截面线；

(4)刚性变换：以步骤(2)中蜡型内外轮廓的测量点为基准对步骤(3)中设计截面线逐一作空间位置移动,使设计截面线与蜡型内外轮廓的测量点充分接近；

几何调整：对刚性变换后的设计截面线逐一进行形状调整使设计截面线与蜡型内外轮廓的测量点充分接近的同时尽可能保持初始几何形状，从而创建实际蜡型内外轮廓线；

(5)建模:在三维软件中对步骤(4)中几何调整后的实际蜡型内外轮廓线进行差值运算,生成蜡型的外部参数化型面及蜡型的内部参数化型面,从而完成蜡型模型重构。

优选的，所述刚性变换：假设蜡型外部或内部轮廓的测量点坐标向量为Q_i(i＝1,…,N)，其中，N测量点的数量，与之对应的蜡型或陶芯设计截面线为C(u)，为在第k-1次刚性变换后设计截面线C^k-1(u)上距测量点Q_i的最近点，通过令测量点Q_i与刚性变换后的最近点的欧式距离和最小可求解设计截面线第k次刚性变换时的坐标旋转矩阵R^k以及坐标平移矩阵T^k，即：