CN104316016B - 一种整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法 - Google Patents

Abstract

一种整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，其特征在于：所述的整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，首先根据叶型理论截面轮廓数据构建复杂曲面CAD三维模型；然后分别在叶片的前缘、后缘、叶盆、叶背面上提取纵向检测线，采用三坐标测量机按照纵向检测方式检测叶片实物，并进一步对采样点进行数据处理；最后将处理后的采样数据导入到CAD三维模型中进行比对，分析并获得全面、真实的叶身型面数据集。本发明的优点：本发明所述的整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，测量路径规划简单；能够全面反映叶身型面的真实状态；可以选用短测针，提高检测精度的同时还可以提高测量效率。

Description

一种整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法

技术领域

本发明涉及机械加工及检测技术领域，特别涉及了一种整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法。

背景技术

随着推进器、鼓风机、汽轮机、压缩机等动力输出设备对高性能指标的迫切需求，各种整体结构、复杂型面的零件得到广泛应用。对于整体叶盘、叶轮结构零件而言，其叶身型面的最终加工状态是否符合设计图纸的要求对于其效能的发挥起着极其重大的影响，或者可以说直接影响着设备的工作性能和使用寿命。为提高动力输出设备的性能，整体叶轮、叶盘结构零件的叶片多为非直纹面叶型，且扭转较大，叶型截面前后缘半径小，同时，由于叶片数量多，互相遮挡，导致侧杆姿态受到限制，使得精准测量难度非常大。

目前，整体叶盘、叶轮结构叶身型面的检测方法主要采用三坐标接触式或激光、白光非接触式手段对设计给定的已知截面轮廓进行采点，通过一定的拟合方法形成实测截面轮廓，然后进行比对分析。截面轮廓采点检测方法存在如下四方面问题：1)叶片前后缘部分圆角一般小于1mm，而综合考虑测杆刚性因素，测头直径通常为1～3mm，这种情况极易导致前后缘处的测量结果失真；2)叶片扭转大且互相遮挡，导致测头或激光无法一次完成完整截面轮廓的采点，需要多次变换方向，或者更换测头，导致增大测量误差；3)截面轮廓采点后，两截面之间区域是否满足要求一般是凭借检验人员的主观判断，并不能真实反映自由曲面的真实情况；4)测量效率低。同时，误差评定时常常以截面轮廓理论点与对应实测点的距离作为误差值，但实际测量中并不能保证测量数据点刚好与三维曲面提供的理论点重合，因此不能真实反映型面状态。

发明内容

本发明的目的是提出一种能全面、真实反映整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，特提供了一种整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法。

本发明提供了一种整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，其特征在于：所述的整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，首先根据叶型理论截面轮廓数据构建复杂曲面CAD三维模型；然后分别在叶片的前缘、后缘、叶盆、叶背面上提取纵向检测线，采用三坐标测量机按照纵向检测方式检测叶片实物，并进一步对采样点进行数据处理；最后将处理后的采样数据导入到CAD三维模型中进行比对，分析并获得全面、真实的叶身型面数据集。

具体步骤如下：

步骤1：采用UGCAD三维造型软件，根据整体叶盘叶身型面的理论截面数据集对叶身型面和流道面进行三维实体造型(如图1)；

步骤2：在步骤1中得到的叶身三维模型上分别在前缘、后缘、叶盆和叶背上提取相应数量的纵向测量线(如图2)；

步骤3：建立四个必要文件，理论数据文件measure.nom；公差文件measure.tol；计算方法文件measure.flv；操作者文件measure.op；

步骤4：编制PC测量程序；

步骤5：将被测零件放置在转台上，用杠杆百分表以平台找正的方法，将被测件与转台圆心找正，即保证零件与转台同心，找正后固定零件；

步骤6：启动PC-DMIS操作系统，设置相关搜索路径，启动三坐标测量机并连接转台；

步骤7：校准转台，并在同一个校准球上校准测头；

步骤8：编制零件原始坐标系测量程序，以备扫描叶片时进行调用；

步骤9：在纵向测量线上提取采集点(如图3)；

步骤10：采用接触测头或者非接触激光光斑测量叶片上的纵向已知理论点集，可以得到每条纵向测量线，即可以得到每一理论点P的实测值P_i的坐标；

步骤11：一个测量点P_i(x_i,y_i,z_i)在曲面上一定能找到一个最近点此点即为过测量点的曲面法线与曲面的交点；因此，在CAD曲面上搜索一组u^*、v^*值，使它们所对应的曲面上的点到相应测量点的距离为最小；据此，测量点到曲面距离的目标函数为：

(1)

其中i＝0,1,....,n,n为测量点数；

步骤12：计算复杂曲面形状误差的关键是计算空间某个测量点到其CAD曲面的最小距离；在CAD曲面上找到一个点，使其与该实测点的距离最小，以实现复杂曲面的精确误差评定。

本发明的优点：

本发明所述的整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，测量路径规划简单；能够全面反映叶身型面的真实状态；可以选用短测针，提高检测精度的同时还可以提高测量效率。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是整体叶盘叶身型面三维示意图；

图2是叶身型面设计截面轮廓线和纵向检测线示意图；

图3是叶身和前缘纵向线上的采集点示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，其特征在于：所述的整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，首先根据叶型理论截面轮廓数据构建复杂曲面CAD三维模型；然后分别在叶片的前缘、后缘、叶盆、叶背面上提取纵向检测线，采用三坐标测量机按照纵向检测方式检测叶片实物，并进一步对采样点进行数据处理；最后将处理后的采样数据导入到CAD三维模型中进行比对，分析并获得全面、真实的叶身型面数据集。

具体步骤如下：

步骤1：采用UGCAD三维造型软件，根据整体叶盘叶身型面的理论截面数据集对叶身型面和流道面进行三维实体造型(如图1)；

步骤2：在步骤1中得到的叶身三维模型上分别在前缘、后缘、叶盆和叶背上提取相应数量的纵向测量线(如图2)；

步骤3：建立四个必要文件，理论数据文件measure.nom；公差文件measure.tol；计算方法文件measure.flv；操作者文件measure.op；

步骤4：编制PC测量程序；

步骤5：将被测零件放置在转台上，用杠杆百分表以平台找正的方法，将被测件与转台圆心找正，即保证零件与转台同心，找正后固定零件；

步骤6：启动PC-DMIS操作系统，设置相关搜索路径，启动三坐标测量机并连接转台；

步骤7：校准转台，并在同一个校准球上校准测头；

步骤8：编制零件原始坐标系测量程序，以备扫描叶片时进行调用；

步骤9：在纵向测量线上提取采集点(如图3)；

步骤10：采用接触测头或者非接触激光光斑测量叶片上的纵向已知理论点集，可以得到每条纵向测量线，即可以得到每一理论点P的实测值P_i的坐标；

步骤11：一个测量点P_i(x_i,y_i,z_i)在曲面上一定能找到一个最近点此点即为过测量点的曲面法线与曲面的交点；因此，在CAD曲面上搜索一组u^*、v^*值，使它们所对应的曲面上的点到相应测量点的距离为最小；据此，测量点到曲面距离的目标函数为：

(1)

其中i＝0,1,....,n,n为测量点数；

步骤12：计算复杂曲面形状误差的关键是计算空间某个测量点到其CAD曲面的最小距离；在CAD曲面上找到一个点，使其与该实测点的距离最小，以实现复杂曲面的精确误差评定。

Claims (1)

1.一种整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，其特征在于：所述的整体叶盘复杂曲面叶片的纵向测量方法，首先根据叶型理论截面轮廓数据构建复杂曲面CAD三维模型；然后分别在叶片的前缘、后缘、叶盆、叶背面上提取纵向检测线，采用三坐标测量机按照纵向检测方式检测叶片实物，并进一步对采样点进行数据处理；最后将处理后的采样数据导入到CAD三维模型中进行比对，分析并获得全面、真实的叶身型面数据集；

具体步骤如下：

步骤1：采用UGCAD三维造型软件，根据整体叶盘叶身型面的理论截面数据集对叶身型面和流道面进行三维实体造型；

步骤2：在步骤1中得到的叶身三维模型上分别在前缘、后缘、叶盆和叶背上提取相应数量的纵向测量线；

步骤3：建立四个必要文件，理论数据文件；公差文件；计算方法文件；操作者文件；

步骤4：编制PC测量程序；

步骤5：将被测零件放置在转台上，用杠杆百分表以平台找正的方法，将被测件与转台圆心找正，即保证零件与转台同心，找正后固定零件；

步骤6：启动PC-DMIS操作系统，设置相关搜索路径，启动三坐标测量机并连接转台；

步骤7：校准转台，并在同一个校准球上校准测头；

步骤8：编制零件原始坐标系测量程序，以备扫描叶片时进行调用；

步骤9：在纵向测量线上提取采集点；

步骤10：采用接触测头或者非接触激光光斑测量叶片上的纵向已知理论点集，可以得到每条纵向测量线，即可以得到每一理论点P的实测值P_i的坐标；

步骤11：一个测量点P_i(x_i,y_i,z_i)在曲面上一定能找到一个最近点此点即为过测量点的曲面法线与曲面的交点；因此，在CAD曲面上搜索一组u^*、v^*值，使它们所对应的曲面上的点到相应测量点的距离为最小；据此，测量点到曲面距离的目标函数为：

其中i＝0,1,....,n,n为测量点数。