[发明专利]一种基于局部点云匹配的航发叶片陶瓷型芯在位去毛刺路径生成方法

说明书

一种基于局部点云匹配的航发叶片陶瓷型芯在位去毛刺路径生成方法，首先生成陶瓷型芯CAD模型理想刀具路径，再标定从3D扫描仪坐标系到机床夹具坐标系的刚体变换矩阵，获得陶瓷型芯点云数据，陶瓷型芯CAD模型和陶瓷型芯CAD模型理想刀具路径经矩阵变换与陶瓷型芯点云数据进行粗对齐，然后分割陶瓷型芯点云数据及粗对齐后的陶瓷型芯CAD模型，再进行局部刚体或者非刚体点云精匹配，获得点云精匹配矩阵；将粗对齐后的陶瓷型芯CAD模型理想刀具路径分别经过点云精匹配矩阵进行变换，变换结果作为陶瓷型芯的去毛刺路径；本发明同时考虑了陶瓷型芯的复杂结构、不均匀变形以及在机床夹具中装夹位姿不一致对去毛刺路径精度的影响，能满足需求。

技术领域

本发明属于工业零部件去毛刺技术领域，特别涉及一种基于局部点云匹配的航发叶片陶瓷型芯在位去毛刺路径生成方法。

背景技术

随着飞机设计指标的不断提升，相应地要求航空发动机朝着大推力、高推重比、低油耗等方向发展，而提高涡轮前进口温度是提高推重比最主要的途径之一。第五代航空发动机推重比达到15，涡轮前温度将达到1830～1930℃，因此必须增加涡轮叶片尤其是高压涡轮叶片的耐高温能力。采用近净形熔模精密铸造空心气冷叶片是解决发动机设计中涡轮前进口燃气温度与合金材料极限温度之间矛盾的重要技术之一，而铸造空心气冷叶片的关键是先制造出能形成叶片复杂内腔的陶瓷型芯。

目前陶瓷型芯通过铸造方式成型，但是经过压制、焙烧后的陶瓷型芯会存在飞边、毛刺以及孔堵塞等缺陷，严重影响了航发叶片的使用性能，需要对其进行修型以满足航空发动机的使用要求。国内航空航天单位目前多采用手工修理，导致陶瓷型芯型面精度差、微小结构不规则、成品率低(18％)、加工效率低等问题，这也制约了我国航空发动机的发展。由于超快激光加工技术在非接触式和材料通用性方面具有明显优势，拟通过超快激光结合多轴机床对陶瓷型芯进行自动化修型。由于陶瓷型芯结构复杂，铸造成型后存在不均匀收缩变形以及在夹具中装夹的位姿不一致等问题，导致陶瓷型芯去毛刺路径的生成是整个激光自动化去毛刺任务中最重要和最具挑战性的技术之一。

目前已提出的去毛刺路径生成方法主要包括示教的方法(C.Li,C.Park,J.Kyung,G.Chung,and C.Han,Study on teaching path reconstruction algorithm baseddirect teaching and playback method)、2D机器视觉的方法(Z.Lai,R.Xiong,H.Wu,andY.Guan,Integration of Visual Information and Robot Offline ProgrammingSystem for Improving Automatic Deburring Process)、以及基于CAD/CAM的方法(M.Rajaraman,M.Dawson-Haggerty,K.Shimada,and D.Bourne,Automated workpiecelocalization for robotic welding)，但是这些方法只适用于零部件形状结构简单、不存在变形以及精度要求不高的场合，并不能满足需求，亟待提出一种新的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出了一种基于局部点云匹配的航发叶片陶瓷型芯在位去毛刺路径生成方法，同时考虑陶瓷型芯的复杂结构、不均匀变形以及在机床夹具中装夹位姿不一致对去毛刺路径精度的影响，能满足需求。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于局部点云匹配的航发叶片陶瓷型芯在位去毛刺路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：