CN103049596B - 一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，包括(A)选取样品、(B)建立样品的坐标系、(C)将样品扫描成点云数据P_i、(D)在三坐标测量机上建立坐标系；(E)依次将三维实体模型的尺寸误差、强度和质量三种参数与样品的三个数据比较，将与样品最接近的三维实体模型作为最终的模型；(F)导出步骤(E)选定的三维实体模型，导出二维图纸。本发明在不破坏样品的情况下就能获得较高精度的叶轮类零件结构和尺寸：获得叶轮类零件的二维设计图纸，用于产品加工制造，叶型误差可控制在0.08mm以下，其它尺寸误差控制在0.02mm以下，通过本方法制造出来的叶轮保真度高，能够满足使用要求。

Description

一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法

技术领域

本发明涉及压缩机和推进器的叶轮制造业中的指导图纸，具体是指一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法。

背景技术

叶轮是压缩机和推进器的核心零部件，广泛应用于航空航天领域。叶轮叶片型面复杂，设计、制造、试验难度较大，研制周期长。通过反求方法研制叶轮具有周期短、费用低的优点，但叶轮类零件对强度和叶型气动要求严格，导致叶轮类零件的反求精度要求高。目前一般叶轮类零件的反求方法包含两个内容：叶轮样品数字化和三维CAD模型重建。传统方法是：

1由于成本原因和时间限制，传统方法只扫描一个样品，得到点云数据；只采用点云数据中的一个(一组)叶片建立叶轮类零件的三维实体模型，所得模型具有较大随机性，可能与原设计误差较大。

2模型评估时传统方法采用反求软件自带的误差分析功能，将点云数据与三维实体模型进行比较，只考虑点云和三维实体模型之间的误差，忽略了扫描点云的误差，另外由于铸造的叶轮各个叶片都不尽相同，而建模时只选用一个叶片的点云数据进行建模，然后阵列获得全部叶片，采用反求软件自带的误差分析功能求得的其它叶片误差值偏大。

3传统方法只对叶轮的三维实体模型和样品的几何尺寸进行对比，评估模型的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，包括以下步骤：

(A)选取i个样品A₁、A₂、A₃……A_i，i为自然数，并测量i个样品A_i的材料密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃……ρ_i，i为自然数，测量i个样品的质量分别为m₁、m₂、m₃……m_i，i为自然数、以及平均质量m_a；

(B)建立样品的坐标系：通过在样品上钻孔的方式确定样品坐标系；

(C)将i个样品分别扫描成点云数据P₁、P₂、P₃……P_i，i为自然数，并输入到建模软件建模，每个样品各取三个叶片分别建立三维实体模型，每个模型分别为S_i1、S_i2、S_i3；每个模型的坐标系与样品的坐标系相同；

(D)在三坐标测量机上建立坐标系，该坐标系与样品坐标系相同；

(E)在样品坐标系、三维实体模型、三坐标测量机的坐标系建立好以后，依次将三维实体模型的尺寸误差、强度和质量三种参数与样品的三个数据比较，将与样品最接近的三维实体模型作为最终的模型；

(F)导出步骤(E)选定的三维实体模型，导出二维图纸。

本发明的方法应用于叶轮类零件的逆向，经过检测、修正、优选出最终的三维实体模型，导出二维图纸后，用于指导生产过程，本方法在不破坏样品的情况下，就能获得最接近样品的三维实体模型。虽然逆向的过程耗费较多的人力和时间，但该方法能保证一次成功，不会出现根据逆向所得工程图纸试制的零件不满足功能要求或强度不足的现象，大幅节约产品开发的成本和时间；与传统的逆向方法相比，本发明具体有以下几点不同，传统方法只扫描一个样品，得到点云数据，只采用点云数据中的一个(一组)叶片建立叶轮类零件的三维实体模型，所得模型具有较大随机性，可能与原设计误差较大，而本发明采用多个样品、多个叶片进行建模，能获得关于样品更多的信息，从众多模型中优选出来的模型与原设计更接近；叶轮形状精度高能有效保证叶轮的气动性能与样品相同；强度计算能避免因叶根强度不足导致叶片断裂飞出的严重故障；选用模型质量m_i接近平均质量m_a的三维实体模型做为最终模型，最接近样品的原设计，从这四个方面可以有效控制反求叶轮的精度，大大提高了图纸的质量，更加适用于生产。

所述步骤(E)中，三维实体模型的尺寸误差与样品的数据比较方法具体如下：

(E1)将三维实体模型导入三坐标测量机的坐标系中，测量出叶型误差；

(E2)测量叶轮上的非叶型误差；

(E3)当叶型误差≥0.08mm和/或非叶型误差≥0.02mm时，修正点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(E1)～(E3)；当叶型误差＜0.08mm，且非叶型误差＜0.02mm时，该三维实体模型合格。

模型评估时传统方法采用反求软件自带的误差分析功能，将点云数据与三维实体模型进行比较，只考虑点云和三维实体模型之间的误差，忽略了扫描点云的误差；另外由于铸造的叶轮各个叶片都不尽相同，而建模时只选用一个叶片的点云数据进行建模，然后阵列获得全部叶片，采用反求软件自带的误差分析功能求得的其它叶片误差值偏大；本发明的叶型误差检测方法是：用任意一个叶片的点云数据建立的三维叶型模型，模型评估时测量样品的对应叶片，所得叶型误差真实合理；当样品与三维实体模型坐标系一致时，使用三坐标测量机的“模型对比测量功能”，可以准确地定位各个叶片，直接获得样品与三维实体模型之间的误差。三坐标测量机的“模型对比测量功能”通常用来检测零件加工质量，具体做法是按零件的设计图纸建立零件名义尺寸的三维实体模型，按设计图纸加工零件；零件加工好后，用三坐标测量机的“模型对比测量功能”测零件三维实体模型和零件的对应尺寸，以获得加工后的零件的尺寸偏差，这种做法是以零件的三维实体模型为基准，考核加工零件的尺寸精度。而本发明的方法是将三坐标测量机的“模型对比测量功能”用于检测叶轮零件的反求模型精度，是以样品为基准，考核三维实体模型的精度，克服了传统的思维模式，以逆向的方法来运用三坐标测量机的“模型对比测量功能”，该方法是本领域的普通技术人员所想不到的，解决了叶型误差检测难度大，精度低的技术问题，大大提高了尺寸误差的数据可靠性，取得了良好的技术效果。

所述步骤(E)中，强度参数与样品的数据比较方法具体如下：

(E4)三维实体模型导入有限元计算软件中计算叶轮零件的强度，获得叶轮零件最大危险点的应力值σ；

(E5)计算零件的安全系数n，安全系数n＝叶轮零件材料的屈服极限σ_s或强度极限σ_b÷叶轮零件上最大危险点的应力值σ；

(E6)判断安全系数n是否合格，如果n＜1.2，则复查和修正叶轮零件最大危险点应力所在区域的点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(E4)～(E6)；如果n≥1.2，该三维实体模型合格。

根据强度计算结果，即使不能实际测量，也能在一定程度上保证反求叶片根部的质量，保证反求的叶轮零件有足够的强度，不会在工作过程中出现破裂故障。现代微小型叶轮的叶片通常设计得较复杂，复合造型叶型，三坐标测量机的测针很难触到，叶片根部几乎无法检测，叶轮在工作过程中主要承受离心力和气体力，最大应力点(即危险点)通常位于叶片根部，逆向工程所得的叶片根部如果比样品的根部薄，强度可能不足，易导致根据该三维实体模型加工的叶轮零件在工作过程中断裂，因此需将三维实体模型导入有限元软件中进行强度计算，如果安全系数n≥1.2，则能保证按逆向工程所得的叶轮有足够的强度，如果安全系数n＜1.2，则需修正叶轮的点云数据和三维实体模型，再进行强度计算，如此反复，直至安全系数n≥1.2，只有强度足够，才能保证根据该三维实体模型加工的叶轮零件工作安全可靠，在正常工况下不发生断裂故障。

传统的叶轮逆向过程中是不进行强度计算的，直接按逆向所得叶轮三维实体模型进行加工制造，有时会出现叶片在工作过程中断裂的故障，出现此种情况时，通常的做法是从材料本身考虑问题，通常选择性能更好的材料来解决问题，而没有仔细地分析出其中的原因，造成了时间和资金的浪费，而本发明的方法中，利用强度计算的步骤就完全解决了断裂的问题，大大降低了制造成本，而且产品稳定可靠。

所述步骤(E)中，质量参数与样品的数据比较方法具体如下：

(E7)给各个三维实体模型赋予密度ρ_i，源自同一个样品的多个三维实体模型赋予同一个密度ρ；

(E8)计算出i个三维实体模型的质量分别为m₁、m₂、m₃……m_i，i为自然数；

(E9)选取步骤(E8)中三维实体模型的质量m_i与平均质量m_a之差最小的3～5个三维实体模型；

(E10)从步骤(E9)选取的三维实体模型中选取叶型误差最小的三维实体模型作为最终的模型。

传统的方法中，根本不考虑质量参数，而本发明中，引入了质量参数作为优选三维实体模型的依据，使得选择的三维实体模型的精度更高。通常零件质量参数是个随机变量X，符合正态分布X～N(μ，σ²)，μ为数学期望(总体平均数)，当零件材料密度为某一定值时，理论上为零件按名义尺寸(无尺寸加工误差)加工的零件的质量。质量参数X的概率密度f(X)是以μ值为中心，对称分布的钟形曲线，零件尺寸加工误差越小，零件的质量越接近μ。

叶轮零件的质量误差主要来源于叶片叶型误差，因为叶轮多为铸造，各个叶片都会不同，有的叶片较样品原设计的理论叶片厚，有的薄，对叶轮零件的质量误差影响较大，而非叶型尺寸的误差多为机械加工误差，如中心孔的内径、叶轮轴向长度等尺寸精度较高，加工误差较小，对叶轮零件的质量误差影响较小，通过以上分析可知：三维实体模型质量与样品平均质量差值越小，其叶片与样品原设计越接近，采用样本平均数估计总体平均数总会有一些误差，采用区间估计，可以增进可信度，因此根据质量参数选出3～5个三维实体模型，再根据叶型误差来进一步确定最终三维实体模型。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，导出二维图纸后，用于指导生产过程，本方法在不破坏样品的情况下，就能获得最接近样品的三维实体模型。虽然逆向的过程耗费较多的人力和时间，但该方法能保证一次成功，不会出现根据逆向所得工程图纸试制的零件不满足功能要求或强度不足的现象，大幅节约产品开发的成本和时间；

2本发明一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，根据数理统计学中关于总体参数估计的相关知识知，尽管在一次抽样中得到的估计值不一定恰好等于待估参数的真值，但在大量重复抽样时，所得到的估计值平均起来与待估参数的真值相同，换句话说，样本容量很大的时候，估计量的均值(数学期望)等于未知参数的真值，因此可采用样本平均数代替对总体平均数(数学期望)进行的估计，可以简化计算；叶轮零件的逆向过程近似是一个由“样本数据估计总体参数的过程”，选取多个叶件进行三维光学扫描，获取点云数据，每个样品选取三个叶片进行三维实体建模，目的是为了获取较多的样本数量，使得叶轮零件各个尺寸和质量的样本平均数能更接近总体平均数，即更接近叶轮样品的原设计值；

3本发明一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，在产品开发过程中，将强度计算提前到叶轮逆向过程中，不仅能有效控制反求叶轮的叶根误差，而且能保证根据该三维实体模型加工的叶轮零件强度足够，避免叶轮零件在正常工况下发生破裂故障；

4本发明一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，叶片叶型的逆向是叶轮逆向工程中最大的难点，根据质量参数可以从若干个三维实体模型中选出最接近叶轮样品原设计的叶片叶型，能够保证反求的叶轮与样品原设计具有同样的气动特性，较好满足叶轮机械对叶轮的功能需求。因为三维实体模型质量与样品平均质量差值越小，其叶片与样品原设计越接近，当样品数量有限时，采用样本平均数估计总体平均数总会有一些误差，采用区间估计，可以增进可信度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

本发明一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，包括以下步骤：

(A)选取外观完好的样品三件，分别命名为A₁、A₂、A₃，并测量样品A₁、A₂、A₃的材料密度ρ₁、ρ₂、ρ₃，ρ₁为8010kg/m³、ρ₂为8012kg/m³、ρ₃为8007kg/m³，样品A₁、A₂、A₃的质量为m₁为0.151kg、m₂为0.146kg、m₃为0.146kg，样品A₁、A₂、A₃的平均质量m_a为0.150kg；

(B)建立样品的坐标系：坐标系原点为涡轮进气端端面与中心孔的交点O；由于涡轮进气端端面上没有动平衡去重孔，加工了一个直径3mm，深3mm的孔，孔的中心O'与坐标原点O的连线定义为Z轴，中心孔的轴线为X轴，由坐标系右手定则确定了Y轴，具体方法如下：以叶轮进气端端面即叶轮小端端面与中心孔的交点为样品坐标系原点O；中心孔的轴线为X轴；若样品进气端端面存在动平衡去重形成的圆孔，其直径>2mm，深度>3mm，则以此孔的中心O'与坐标原点O的连线定义为Z轴；若无去重孔，则可在小端端面上随机加工一个圆孔，其直径>2mm，深度>3mm，该孔的中心O'与坐标原点O的连线定义为Z轴；根据右手直角坐标系规则，确定Y轴；

(C)用德国ATOS公司的光学扫描仪扫描三个样品，获得点云数据P₁、P₂、P₃，将点云数据进行处理后导入三维建模软件Pro/E中进行建模，模型坐标系与样品坐标系相同，由点云数据P₁中选取三个叶片分别进行建模，所得三维实体模型分别是S₁₁、S₁₂、S₁₃；由点云数据P₂中选取三个叶片分别进行建模，所得三维实体模型分别是S₂₁、S₂₂、S₂₃；由点云数据P₃中选取三个叶片分别进行建模，所得三维实体模型分别是S₃₁、S₃₂、S₃₃；

(D)在三坐标测量机上建立坐标系，该坐标系与样品坐标系相同；

(E1)将三维实体模型导入三坐标测量机的坐标系中，采用三坐标测量仪测量叶型误差，将三维实体模型S₁₁导入三坐标测量仪的软件中打开，然后将样品A₁放在测量台上，设置三坐标测量仪的测量坐标系与样品A₁坐标系一致，找到样品A₁上用来建立三维实体模型S₁₁的那个叶片，从叶根开始，每隔3mm测量一个叶型截面的叶型误差，共测了五个截面的误差，最大误差为0.10mm，记录下误差最大的位置，用于指导三维实体模型的修正；保持样品A₁放在测量台上不动，将三维实体模型S₁₂导入三坐标测量仪的软件中打开，找到样品A₁上用来建立三维实体模型S₁₂的那个叶片，从叶根开始，每隔3mm测量一个叶型截面的叶型误差，共测了五个截面的误差，最大误差为0.07mm，可以不修正，其余的三维实体模型叶型误差测量依次类推，具体比对测量过程如下：

将建好的三维实体模型导入到三坐标测量机自带的软件里打开，进入“模型对比测量功能”模块，将样品放在测量台上，设置测量坐标系与三维实体模型一致，在样品上找到一个叶片，该叶片的点云数据用来建立三维实体模型的叶片，将三坐标测量机的测针对准该叶片，直接在叶片上某一截面测量点，则在软件里可以直接给出样品上的点与三维实体模型对应点的误差，测得叶片若干截面的若干点的误差后，得出叶型误差，例如，测叶片五个截面的100个点，其中最大误差为0.06，则叶型误差不大于0.6；

(E2)测量叶轮上的非叶型误差；非叶型误差的测量，如中心孔直径误差，采用三点内径千分尺测量，其精度为0.001mm，样品A₁的中心孔直径为而S₁₁模型的中心孔直径为误差为0.042mm，修正S₁₁模型的中心孔直径为测得S₁₂模型的中心孔直径为误差为0.007mm，小于0.02mm，可不修正，其它尺寸和模型依次类推；

(E3)当叶型误差≥0.08mm和/或非叶型误差≥0.02mm时，修正点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(E1)～(E3)；当叶型误差＜0.08mm，且非叶型误差＜0.02mm时，该三维实体模型合格；最终获得的三维实体模型S₁₁、S₁₂……S₃₃的叶型误差分别小于0.05、0.07、0.06、0.08、0.07、0.08、0.06、0.05、0.08。

(E4)三维实体模型导入有限元计算软件中计算叶轮零件的强度，获得叶轮零件最大危险点的应力值σ；将各三维实体模型导入有限元软件中进行强度计算，获得各模型的安全系数；

(E5)计算零件的安全系数n，安全系数n＝叶轮零件材料的屈服极限σ_s或强度极限σ_b÷叶轮零件上最大危险点的应力值σ；其中只有S₃₁模型的安全系数小于1.2，最大危险点应力位于叶片进气端根部；

(E6)判断安全系数n是否合格，如果n＜1.2，则复查和修正叶轮零件最大危险点应力所在区域的点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(E4)～(E6)；如果n≥1.2，该三维实体模型合格，对S₃₁模型的危险点区域进行修正，重新进行强度计算，安全系数达到1.25，由于修正区域较小，且在叶片根部，不会影响叶型误差；最终三维实体模型S₁₁、S₁₂……S₃₃的安全系数分别为1.32、1.34、1.30、1.29、1.32、1.28、1.24、1.30、1.31；

(E7)给各个三维实体模型赋予密度ρ_i，源自同一个样品的多个三维实体模型赋予同一个密度ρ_i；给三维实体模型S₁₁、S₁₂、S₁₃赋予密度8010kg/m³，；给三维实体模型S₂₁、S₂₂、S₂₃赋予密度8012kg/m³；给三维实体模型S₃₁、S₃₂、S₃₃，赋予密度8007kg/m³；

(E8)计算出各个三维实体模型的质量计算质量分别是0.149kg、0.144kg、0.153kg，0.147kg、0.151kg、0.154kg，0.148kg、0.154kg、0.153kg；

(E9)选取步骤(E8)中三维实体模型的质量m_i与平均质量m_a之差最小的3～5个三维实体模型；与样品平均质量0.150kg/m³接近的三维实体模型有S₁₁(质量为0.149kg)、S₂₂(质量为0.151kg)、S31(质量为0.148kg)，在这三个模型里S₁₁的叶型误差、强度好于其它两个模型，因此确定S₁₁为最终的三维实体模型；

(E10)从步骤(E9)选取的三维实体模型中选取叶型误差最小的三维实体模型作为最终的模型；

(F)导出步骤(E)选定的三维实体模型，导出二维图纸，符合叶型误差＜0.08mm，且非叶型误差＜0.02mm的要求。

实施例二

(A)选取外观完好的样品三件，分别命名为A₁、A₂、A₃、A₄，并测量样品A₁、A₂、A₃、A₄的材料密度ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄，ρ₁为2684kg/m³、ρ₂为2678kg/m³ _、ρ₃为2676kg/m³、ρ₄为2682kg/m³，样品A₁、A₂、A₃、A₄的质量为m₁为0.267kg_、m₂为0.260kg、m₃为0.262kg、m₄为0.258kg，样品A₁、A₂、A₃、A₄的平均质量m_a为0.262kg/m³；

(B)建立样品的坐标系：坐标系原点为涡轮进气端端面与中心孔的交点O；由于涡轮进气端端面上没有动平衡去重孔，加工了一个直径3mm，深3mm的孔，孔的中心O'与坐标原点O的连线定义为Z轴，中心孔的轴线为X轴，由坐标系右手定则确定了Y轴，具体方法如下：以叶轮进气端端面即叶轮小端端面与中心孔的交点为样品坐标系原点O；中心孔的轴线为X轴；若样品进气端端面存在动平衡去重形成的圆孔，其直径>2mm，深度>3mm，则以此孔的中心O'与坐标原点O的连线定义为Z轴；若无去重孔，则可在小端端面上随机加工一个圆孔，其直径>2mm，深度>3mm，该孔的中心O'与坐标原点O的连线定义为Z轴；根据右手直角坐标系规则，确定Y轴；

(C)用德国ATOS公司的光学扫描仪扫描三个样品，获得点云数据P₁、P₂、P₃、P₄，将点云数据进行处理后导入三维建模软件Pro/E中进行建模，模型坐标系与样品坐标系相同，由点云数据P₁中选取三个叶片分别进行建模，所得三维实体模型分别是S₁₁、S₁₂、S₁₃；由点云数据P₂中选取三个叶片分别进行建模，所得三维实体模型分别是S₂₁、S₂₂、S₂₃；由点云数据P₃中选取三个叶片分别进行建模，所得三维实体模型分别是S₃₁、S₃₂、S₃₃，由点云数据P₄中选取三个叶片分别进行建模，所得三维实体模型分别是S₄₁、S₄₂、S₄₃；

(D)在三坐标测量机上建立坐标系，该坐标系与样品坐标系相同；

(E1)将三维实体模型导入三坐标测量机的坐标系中，采用三坐标测量仪测量叶型误差，将三维实体模型S₁₁导入三坐标测量仪的软件中打开，然后将样品A₁放在测量台上，设置三坐标测量仪的测量坐标系与样品A₁坐标系一致，找到样品A₁上用来建立三维实体模型S₁₁的那个叶片，从叶根开始，每隔3mm测量一个叶型截面的叶型误差，共测了五个截面的误差，最大误差为0.10mm，记录下误差最大的位置，用于指导三维实体模型的修正；保持样品A₁放在测量台上不动，将三维实体模型S₁₂导入三坐标测量仪的软件中打开，找到样品A₁上用来建立三维实体模型S₁₂的那个叶片，从叶根开始，每隔3mm测量一个叶型截面的叶型误差，共测了五个截面的误差，最大误差为0.08mm，可以不修正，其余的三维实体模型叶型误差测量依次类推，具体比对测量过程如下：

将建好的三维实体模型导入到三坐标测量机自带的软件里打开，进入“模型对比测量功能”模块，将样品放在测量台上，设置测量坐标系与三维实体模型一致，在样品上找到一个叶片，该叶片的点云数据用来建立三维实体模型的叶片，将三坐标测量机的测针对准该叶片，直接在叶片上某一截面测量点，则在软件里可以直接给出样品上的点与三维实体模型对应点的误差，测得叶片若干截面的若干点的误差后，得出叶型误差，例如，测叶片五个截面的100个点，其中最大误差为0.06，则叶型误差不大于0.6；

(E2)测量叶轮上的非叶型误差；中心孔直径误差，采用三点内径千分尺测量，其精度为0.001mm，样品A₁的中心孔直径为而S₁₁模型的中心孔直径为误差为0.04mm，修正S₁₁模型的中心孔直径为测得S₁₂模型的中心孔直径为误差为0.011mm，小于0.02mm，可不修正，其它尺寸和模型依次类推；

(E3)当叶型误差≥0.08mm和/或非叶型误差≥0.02mm时，修正点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(E1)～(E3)；当叶型误差＜0.08mm，且非叶型误差＜0.02mm时，该三维实体模型合格；最终获得的三维实体模型S₁₁、S₁₂……S₃₃的叶型误差分别小于0.08、0.06、0.05、0.08、0.07、0.05、0.08、0.07、0.06、0.05、0.08、0.07；

(E4)三维实体模型导入有限元计算软件中计算叶轮零件的强度，获得叶轮零件最大危险点的应力值σ；将各三维实体模型导入有限元软件中进行强度计算，获得各模型的安全系数；

(E5)计算零件的安全系数n，安全系数n＝叶轮零件材料的屈服极限σ_s或强度极限σ_b÷叶轮零件上最大危险点的应力值σ；其中只有S₃₁模型的安全系数小于1.2，最大危险点应力位于叶片进气端根部；

(E6)判断安全系数n是否合格，如果n＜1.2，则复查和修正叶轮零件最大危险点应力所在区域的点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(E4)～(E6)；如果n≥1.2，该三维实体模型合格，对S₃₁模型的危险点区域进行修正，重新进行强度计算，安全系数达到1.25，由于修正区域较小，且在叶片根部，不会影响叶型误差；最终三维实体模型S₁₁、S₁₂……S₄₄的安全系数分别为1.22、1.24、1.30、1.21、1.24、1.26、1.20、1.25、1.21、1.22、1.20、1.24；

(E7)给各个三维实体模型赋予密度ρ_i，源自同一个样品的多个三维实体模型赋予同一个密度ρ_i；给三维实体模型S₁₁、S₁₂、S₁₃赋予密度2684kg/m³；给三维实体模型S₂₁、S₂₂、S₂₃赋予密度2678kg/m³；给三维实体模型S₃₁、S₃₂、S₃₃，赋予密度2676kg/m³；S₄₁、S₄₂、S₄₃，赋予密度2682kg/m³；

(E8)计算出各个三维实体模型的质量计算质量分别是0.266kg、0.257kg、0.261kg、0.266kg、0.257kg、0.261kg、0.259g、0.260kg、0.264kg、0.262kg、0.266kg、0.265kg；

(E9)选取步骤(E8)中三维实体模型的质量m_i与平均质量m_a之差最小的3～5个三维实体模型；与样品平均质量0.262kg接近的三维实体模型有S₁₃(质量为0.263kg)、S₂₃(质量为0.151kg)、S₄₁(质量为0.262kg)，在这三个模型里S₁₃的叶型误差、强度好于其它两个模型，因此确定S₁₃为最终的三维实体模型；

(E10)从步骤(E9)选取的三维实体模型中选取叶型误差最小的三维实体模型作为最终的模型；

(F)导出步骤(E)选定的三维实体模型，导出二维图纸，符合叶型误差＜0.08mm，且非叶型误差＜0.02mm的要求，根据S₁₃三维实体模型和试制图纸加工出来的离心叶轮零件，经装机试验考核，完全满足功能要求、强度足够。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A)选取i个样品A₁、A₂、A₃……A_i，i为自然数，并测量i个样品A_i的材料密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃……ρ_i，i为自然数，测量i个样品的质量分别为m₁、m₂、m₃……m_i，i为自然数、以及平均质量m_a；

(B)建立样品的坐标系：通过在样品上钻孔的方式确定样品坐标系；

(C)将i个样品分别扫描成点云数据P₁、P₂、P₃……P_i，i为自然数，并输入到建模软件建模，每个样品各取三个叶片分别建立三维实体模型，每个模型分别为S_i1、S_i2、S_i3；每个模型的坐标系与样品的坐标系相同；

(D)在三坐标测量机上建立坐标系，该坐标系与样品坐标系相同；

(E)在样品坐标系、三维实体模型、三坐标测量机的坐标系建立好以后，依次将三维实体模型的尺寸误差、强度和质量三种参数与样品的三个数据比较，将与样品最接近的三维实体模型作为最终的模型；

(F)导出步骤(E)选定的三维实体模型，导出二维图纸。

2.根据权利要求1所述的一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，其特征在于：所述步骤(E)中，三维实体模型的尺寸误差与样品的数据比较方法具体如下：

(E1)将三维实体模型导入三坐标测量机的坐标系中，测量出叶型误差；

(E2)测量叶轮上的非叶型误差；

(E3)当叶型误差≥0.08mm和/或非叶型误差≥0.02mm时，修正点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(E1)～(E3)；当叶型误差＜0.08mm，且非叶型误差＜0.02mm时，该三维实体模型合格。

3.根据权利要求1所述的一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，其特征在于：所述步骤(E)中，强度参数与样品的数据比较方法具体如下：

(E4)三维实体模型导入有限元计算软件中计算叶轮零件的强度，获得叶轮零件最大危险点的应力值σ；

(E5)计算零件的安全系数n，安全系数n＝叶轮零件材料的屈服极限σ_s或强度极限σ_b÷叶轮零件上最大危险点的应力值σ；

(E6)判断安全系数n是否合格，如果n＜1.2，则复查和修正叶轮零件最大危险点应力所在区域的点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(E4)～(E6)；如果n≥1.2，该三维实体模型合格。

4.根据权利要求1所述的一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，其特征在于：所述步骤(E)中，三维实体模型的质量参数与样品的数据比较方法具体如下：

(E7)给各个三维实体模型赋予密度ρ_i，源自同一个样品的多个三维实体模型赋予同一个密度ρ；

(E8)计算出i个三维实体模型的质量分别为m₁、m₂、m₃……m_i，i为自然数；

(E9)选取步骤(E8)中三维实体模型的质量m_i与平均质量m_a之差最小的3～5个三维实体模型；

(E10)从步骤(E9)选取的三维实体模型中选取叶型误差最小的三维实体模型作为最终的模型。