[发明专利]一种叶身截面型线配准与轮廓度误差计算方法

说明书

本发明涉及一种叶身截面型线配准与轮廓度误差计算方法，包括：计算理论及实测叶型前缘、后缘圆弧的圆心坐标和理论及实测叶型的中心坐标；依据理论及实测叶型前缘、后缘圆弧的圆心坐标和理论及实测叶型的中心坐标，获取第一次配准的变换矩阵；以第二次配准的变换矩阵中的旋转角和平移量作为随机梯度下降法的设计变量，通过随机梯度下降法不断迭代，获取第二次配准的变换矩阵；依据第一次配准的变换矩阵、第二次配准的变换矩阵，得到实测叶型精配准数据点集；依据每个实测叶型精配准点到理论叶型曲线的距离，计算实测叶型的轮廓度误差。该叶身截面型线配准与轮廓度误差计算方法的目的是解决叶身截面型线的轮廓度误差计算难度大的问题。

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片加工质量检测技术领域，具体涉及一种叶身截面型线配准与轮廓度误差计算方法。

背景技术

在航空领域中，叶片是涉及飞机发动机整体性能的关键零件，不仅种类多、数量大，而且形状复杂、尺寸跨度大。在叶片的工作过程中，其综合性能会受到自身几何形状和尺寸精度的直接影响。通常说来，叶片的叶身型面是根据流体力学原理进行设计的，属于典型的三维自由曲面，由一系列二维叶型沿着叶高方向扭转积叠而成，因而叶片大多呈现为弯扭上升的形态特征，其设计水平和加工质量在很大程度上决定着发动机的能量转换效率。二维叶型是指具有专门气动外型的叶身截面型线(简称“叶型”)，一个完整的二维叶型是由4段型线组合而成的闭合曲线，即叶背、叶盆、前缘和后缘。为了保证二维叶型的光滑和连续，从而优化叶片的气动性能，叶背和叶盆大多采用高次多项式曲线、样条曲线、NURBS曲线或贝塞尔曲线来构造，而前缘和后缘通常采用圆弧、椭圆或高次曲线来构造。

在叶片的制造过程中，高精度、高质量和高一致性的加工是建立在精确而高效的测量基础之上的，因而要制造出符合设计要求的叶身型面，就需要获取其不同高度截面的实际叶型轮廓测量数据，并进一步通过对实测数据的分析和解算而得到该截面的叶型参数及轮廓度误差等，从而实现叶片质量状态的评价。其中，叶型轮廓度是表征和控制叶型形状的重要指标，通常采用不带基准的“线轮廓度”来表示，要求实际叶型轮廓线必须位于包络一系列直径为公差值且圆心在理论叶型轮廓线上的圆的两条包络线之间。航空工业标准HB5647-98《叶片叶型的标注、公差与叶身表面粗糙度》中规定，叶型轮廓度公差不包括前、后缘圆弧的形状公差，因而只需研究叶背型线和叶盆型线(也称“叶型中部”)的轮廓度误差计算及评价方法。

大部分的叶身截面型线由自由曲线构造而成，无法将理论轮廓数据拟合为理论轮廓曲线方程，对其进行轮廓度误差计算存在着两方面难点：首先，需要将实际轮廓数据与理论轮廓数据进行配准，即将测量基准与设计基准进行统一；其次，需要制定轮廓度误差的计算与评定方法，对于常规轮廓度误差的评定，可以选用最小二乘法或最小条件法，而对于叶型等自由曲线的轮廓度误差计算，最小二乘法和最小条件法均不适用。

因此，发明人提供了一种叶身截面型线配准与轮廓度误差计算方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种叶身截面型线配准与轮廓度误差计算方法，解决了叶身截面型线的轮廓度误差计算难度大的技术问题。

(2)技术方案

本发明提供了一种叶身截面型线配准与轮廓度误差计算方法，包括以下步骤：

计算理论及实测叶型前缘圆弧的圆心坐标、理论及实测叶型后缘圆弧的圆心坐标和理论及实测叶型的中心坐标；

依据所述理论及实测叶型前缘圆弧的圆心坐标、所述理论及实测叶型后缘圆弧的圆心坐标和所述理论及实测叶型的中心坐标，获取第一次配准的变换矩阵；

以第二次配准的变换矩阵中的旋转角和平移量作为随机梯度下降法的设计变量，通过随机梯度下降法不断迭代、更新变换矩阵，直到满足设定的终止条件，获取所述第二次配准的变换矩阵；