[发明专利]航空发动机叶片型面三坐标测量方法

摘要

本发明公开了一种航空发动机叶片型面三坐标测量方法，用于解决现有叶片型面三坐标测量方法精度低的技术问题。技术方案是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，既降低了测量工作量，又保证了测量精度。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。

主权项

1.一种航空发动机叶片型面三坐标测量方法，其特征在于包括以下步骤：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；第二步，全体等参数曲线特征点集统一；取其中一条曲线为参考线，顺次过其上控制点作叶片主轴垂面与其余等参数曲线交于一点，计算其余曲线上离交点最近的控制点，如果该控制点与交点Z向坐标差值＜nr，n为自然数，r为测头半径，ΔZ_min为第一小步所求每条曲线各控制点Z向坐标差值的最小值，则将该控制点以交点代替；如果两点Z向坐标差值＞nr，则将交点加入该曲线的控制点集；第一条参考曲线上控制点遍历结束，再以第二条曲线为参考线重复上述操作，直到所有参考线遍历结束，实现全体等参数曲线的控制点集统一；第三步，基于容差控制的特征点集评判；以得到的控制点集拟合B样条曲线，设定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，则调整第二小步中n，直到|S-d_max|＜ε；步骤五、初选测量截面评判；以步骤四所计算出的初选测量截面曲线拟合叶身实体，将拟合叶身实体与叶片设计模型进行比较，若三维偏差合格则确定测量截面，若三维偏差超出叶片型面尺寸公差，则步骤三中弧面的等参数曲线条数加1，重复步骤四操作，直到拟合叶身实体与叶片设计模型三维偏差满足要求；步骤六、求取测量截面曲线最小控制点集；第一步，将第四步求出的测量截面型线分为前缘、后缘、叶盆、叶背四段；根据设计数据，列出前后缘曲线的方程，然后将叶型曲线进行一定数量的点离散，以前后缘附近的离散点对曲线方程进行最小二乘拟合，得到前后缘曲线方程各参数值；根据叶盆叶背曲线上离散点到前后缘曲线方程的距离相对前后缘点呈突变趋势，得到叶盆、叶背曲线的起始点，进而实现叶型曲线的分段处理；第二步，基于曲率大小及容差控制，提取每段曲线最小控制点集；对叶型曲线的四段分别进行步骤四第一步的操作，得到基于曲率及容差控制的曲线最小控制点集的提取；对所有测量截面实施上述操作，完成叶身型面测量。