專利名稱：一種用于確定葉片加工彎曲度誤差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于葉片加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于確定葉片的加工彎曲度誤差的方法。
背景技術(shù)：
葉片在航空(如飛機(jī)發(fā)動機(jī)的整體葉輪)、核電(如汽輪機(jī)葉片)、艦船(如大型螺旋槳槳葉)等關(guān)系國計民生的行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。葉片型面一般為復(fù)雜曲面，加工工序比較復(fù)雜，其型面品質(zhì)對發(fā)動機(jī)的性能起著決定性的影響，享有航空發(fā)動機(jī)、汽輪機(jī)的“心臟“的美譽(yù)。葉片作為復(fù)雜曲面類零部件的一種典型的代表，其設(shè)計和制造技術(shù)代表國家制造業(yè)的核心競爭力，事關(guān)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和國防安全。
由于葉片這一類零件具有強(qiáng)扭曲、薄壁件、易變形、低損傷等技術(shù)特點，如何快速高效地檢測其多軸數(shù)控加工質(zhì)量一直是先進(jìn)制造領(lǐng)域的前沿難點問題。尤其因為葉片型面是三維復(fù)雜曲面，描述的參數(shù)眾多，精度要求高，從葉頂?shù)饺~根每個截面的型線都不相同，所以葉片型面測量是葉片測量中的難點。目前，國內(nèi)外主要采用人工卡板測量法和三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)測量法來對葉片型面進(jìn)行檢測。這兩種方法都是離線式檢測方法，對毛坯、半成品、矯正件和成品進(jìn)行檢測，其測量速度慢、信息量少、人為誤差大且存在過多不可測區(qū)域，極大地影響了葉片檢測效率。隨著光學(xué)測量技術(shù)的發(fā)展，采用非對稱結(jié)構(gòu)克服了表面反光問題，使得非接觸式測量精度高達(dá)P m級、測速超過萬點/秒。采用激光掃描儀、結(jié)構(gòu)光測量儀等非接觸式測量設(shè)備進(jìn)行葉片型面的檢測，可以克服傳統(tǒng)人工卡板測量法和CMM測量法的不足，并且可以實現(xiàn)葉片型面的在機(jī)檢測，因而正成為葉片類復(fù)雜曲面型面精密檢測的重要手段。然而，受夾具-刀具等障礙物和機(jī)床內(nèi)部測量空間狹小等因素限制，光學(xué)傳感器與測量目標(biāo)相距較遠(yuǎn)。非接觸式測量是以二維圖像為輸入，應(yīng)用立體視覺、相位輪廓術(shù)等計算第三維坐標(biāo)值，受測量距離限制，直接采集的反映葉片表面性狀的點云同設(shè)計曲面在三維坐標(biāo)下可能存在不同的尺度形變。此外，從目前葉片生產(chǎn)廠家的測量方式來看，大都偏重于葉片型線誤差的檢測，忽略了葉片在加工過程中的加工彎曲度誤差的分析，而葉片的加工彎曲度對流經(jīng)葉片的氣體的流動狀況等方面有重要影響。因此，在對葉片型面加工質(zhì)量進(jìn)行分析評估的過程中，有必要構(gòu)思新的便于操作的方法，來更為準(zhǔn)確地獲取葉片在加工過程中的彎曲度誤差結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和技術(shù)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種用于確定葉片加工過程中的彎曲度誤差的方法，該方法可以快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測量葉片在加工過程中所產(chǎn)生的彎曲度誤差，并將所測得的葉片型面彎曲度誤差結(jié)果作為評價葉片加工質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，相應(yīng)地，對滿足葉片加工的“加工-測量” 一體化過程具備重要意義。按照本發(fā)明，提供了一種用于確定葉片加工彎曲度誤差的方法，該方法包括
(I)為待測量的葉片建模，對該葉片測量模型依次截取η個截面并獲取各個截面的形心OcdUcd, yci, zj，然后將所述η個截面中位于第一和最后的截面的形心OcaUca,Yd. Zcl) >0cn(xcn, ycn, Zcn)相連，由此獲得方向向量為 Sc^Xm-Xcl, ycn-ycl, zcn-zcl)的直線 L。，其中Xei, yci, zci分別表示第i個截面的形心在模型坐標(biāo)系中的x、y、z坐標(biāo)值，i=l, 2，…，n ;(2)對作為比較基準(zhǔn)的葉片設(shè)計模型同樣依次截取η個截面并獲取各個截面的形心Osi (xsi, ysi, zsi),然后將所述η個截面中位于第一和最后的截面的形心Osl (xsl, ysl, zsl)、Osn(xsn，ysn，zsn)相連，由此獲得方向向量為 Ss(xsn-xsl，ysn-ysl, zsn-zsl)的直線 Ls,其中 xsi,ysi，zsi分別表示第i個截面的形心在模型坐標(biāo)系中的x、y、z坐標(biāo)值，i=l, 2，…，n ;(3)對待測量葉片的所述η個截面分別計算其形心與所述直線L。之間的距離dci= I ScXScil I / I S。I，其中S。表示所述直線L。的方向向量，Scdl表示將第i個截面和第一個截面的形心分別相連所獲得直線的方向向量，并對葉片設(shè)計模型的所述多個截面分別計算其形心與所述直線Ls之間的距離dsi= I SsXSsil I / I Ss I，其中Ss表示所述直線Ls的方向向量， Ssil表示將第i個截面和第一個截面的形心分別相連所獲得直線的方向向量；(4)利用步驟(3)所計算出的dwcU，相應(yīng)計算得出待測量葉片的各個截面的彎曲度誤差dfcU-cU，由此確定葉片在加工過程中的彎曲度誤差。通過以上構(gòu)思，由于將待測量葉片的多個截面的形心作為評判彎曲度誤差的參考指標(biāo)，圖形形心能夠準(zhǔn)確地反映出各個截面的圖形特性，并且形心的獲取相對而言比較穩(wěn)定且易于執(zhí)行，因此按照本發(fā)明的方法能夠更為快速、準(zhǔn)確地用于確定葉片的加工彎曲度誤差。此外，由于對整體的流程而言，通過采用了離散分布的點數(shù)據(jù)來計算彎曲度誤差，與經(jīng)過曲面擬合后再計算彎曲度誤差的方式相比，能夠在減少計算步驟的同時保證最終測量結(jié)果的精確性。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述對葉片測量模型和葉片設(shè)計模型分別獲取其各個截面的形心的過程包括(i)獲得所述截面的點云，并按照逆時針排序方式提取凸包；(ii)將所述截面分割成m個呈現(xiàn)為三角形的基本圖形，并根據(jù)這些基本圖形的形心及面積來相應(yīng)計算出截面的初始形心，其具體操作為從所提取的凸包中取其一點作為所有三角形的固定點，然后按照逆時針方向依次取隨后相鄰的兩點作為構(gòu)成三角形的另外兩點，由此獲得多個三角形；對這些三角形分別計算其形心及面積，并按照下列公式求出截 面的初始形心坐標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種用于確定葉片加工彎曲度誤差的方法，該方法包括 (1)為待測量的葉片建模，對該葉片測量模型依次截取n個截面并獲取各個截面的形心Oei (xei, yci, ZcJ ,然后將所述n個截面中位于第一和最后的截面的形心OelUel, ycl, zcl) >Ocn(xcn, ycn, zcn)相連，由此獲得方向向量為 Sc^Xm-Xca, ycn-ycl, zcn-zcl)的直線 L。，其中 xci，lci，zci分別表示第i個截面的形心在模型坐標(biāo)系中的x、y、z坐標(biāo)值，i=l, 2，…，n ; (2)對作為比較基準(zhǔn)的葉片設(shè)計模型同樣依次截取n個截面并獲取各個截面的形心Osi (xsi, ysi, zsi),然后將所述n個截面中位于第一和最后的截面的形心Osl (xsl, ysl, zsl)、Osn(xsn, ysn, z J 相連，由此獲得方向向量為 Ss(xsn-xsl，ysn-ysl, zsn-zsl)的直線 Ls,其中 xsi,ysi，zsi分別表示第i個截面的形心在模型坐標(biāo)系中的x、y、z坐標(biāo)值，i=l, 2，…，n ; (3)對待測量葉片的所述n個截面分別計算其形心與所述直線L。之間的距離dci= I ScXScil I / I S。I，其中S。表示所述直線L。的方向向量，Scdl表示將第i個截面和第一個截面的形心分別相連所獲得直線的方向向量，并對葉片設(shè)計模型的所述多個截面分別計算其形心與所述直線Ls之間的距離dsi= I SsXSsil I / I Ss I，其中Ss表示所述直線Ls的方向向量，Ssil表示將第i個截面和第一個截面的形心分別相連所獲得直線的方向向量； (4)利用步驟(3)所計算出的Clc^dsi,相應(yīng)計算得出待測量葉片的各個截面的彎曲度誤差decU-cU，由此確定葉片在加工過程中的彎曲度誤差。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述對葉片測量模型和葉片設(shè)計模型分別獲取其各個截面的形心的過程包括 (i)獲得所述截面的點云，并按照逆時針排序方式提取凸包； (ii)將所述截面分割成m個呈現(xiàn)為三角形的基本圖形，并根據(jù)這些基本圖形的形心及面積來相應(yīng)計算出截面的初始形心，其具體操作為從所提取的凸包中取其一點作為所有三角形的固定點，然后按照逆時針方向依次取隨后相鄰的兩點作為構(gòu)成三角形的另外兩點，由此獲得多個三角形；對這些三角形分別計算其形心及面積，并按照下列公式求出截面 mm ji XA V的初始形心坐標(biāo)(X1, Y1) x 二合r J，y =合j^其中X、Y分別表示截面形 AAj'=i心的X坐標(biāo)值和y坐標(biāo)值，Xj., Yj分別表示第j個三角形形心的X坐標(biāo)值和y坐標(biāo)值，Aj表示第j個三角形的面積，j=l, 2，…，m, A表示所述m個三角形的面積之和； (iii)將步驟(i)所獲得的截面點云減去所述凸包，然后加上所述凸包上距離最大的兩點由此構(gòu)成新的點集，對該新的點集重復(fù)執(zhí)行步驟(ii)中獲得多個三角形并根據(jù)這些三角形共同求出形心的操作，由此相應(yīng)獲得新的形心坐標(biāo)(X2，Y2)； (iv)通過下列表達(dá)式求出最終確定的截面形心坐標(biāo)(XyYc)A=A1X1-A2X2,Yc=A1Y1-A2Y2,其中A1、A2分別表示在步驟(i i )和(i i i )中所計算出的三角形面積之和，X1、X2和Y1、Y2分別表示在步驟(ii)和(iii)中所計算出的形心的X坐標(biāo)值和y坐標(biāo)值。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，分別為待測量葉片和葉片設(shè)計模型所截取的多個截面包括葉片根部的截面和葉片頂部的截面。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的方法，其特征在于，所述葉片譬如為工業(yè)發(fā)動機(jī)用葉片。
5.一種用于改善葉片加工質(zhì)量的方法，該方法包括按照如權(quán)利要求1-4任意一項所述的方法而獲得的加工彎曲度誤差，來相應(yīng)調(diào)整葉片加工過程中的加工參數(shù)，由此完成對葉 片加工質(zhì)量的改善過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于確定葉片加工過程中的彎曲度誤差的方法，包括為待測量的葉片獲取其多個截面的形心，并將位于第一和最后的截面的形心相連以獲得直線Lc；對葉片設(shè)計模型同樣獲取其多個截面的形心，并將位于第一和最后的截面的形心相連以獲得直線Ls；對葉片測量模型、葉片設(shè)計模型的多個截面分別計算其形心與直線Lc、Ls之間的距離dci、dsi；相應(yīng)計算得出待測量葉片的各個截面的彎曲度誤差di＝dci-dsi。本發(fā)明還公開了相應(yīng)地用于準(zhǔn)確獲取截面形心的改進(jìn)方式。按照本發(fā)明，可以快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測量葉片在加工過程中所產(chǎn)生的彎曲度誤差，并能將所測得的型面扭曲度誤差結(jié)果作為評價葉片加工質(zhì)量的指標(biāo)，相應(yīng)改善葉片加工質(zhì)量。
文檔編號B21C51/00GK102728658SQ20121018670
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者吳謀虎, 尹周平, 李文龍, 熊有倫 申請人:華中科技大學(xué)