CN109977352A - 基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法。本发明分析了转子圆轮廓测量过程中存在的测量误差建立了真实采样角度分布函数；从包络滤波技术设计了基于非等间隔采样角度的形态学滤波器；建立了alpha包络边界和采样点极坐标关系式，实现了单级转子圆轮廓测量数据的非等间隔形态学滤波。从而解决了航空发动机转子圆轮廓测量数据滤波精度低的问题，提高了航空发动机单级转子圆轮廓测量精度。

Description

基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部 件跳动数据处理方法

技术领域

本发明属于表面形状测量技术领域，特别是涉及基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法。

背景技术

航空发动机作为人类工业皇冠上的明珠，集中体现了一个国家科技、工业和国防实力。随着我国大力发展航空业，对航空发动机性能的要求也不断提高。在追求研制更高推重比的航空发动机的同时，也要注重减小发动机自身的振动，以提高发动机性能，保证飞行安全。

减小发动机的振动是发动机研制过程中的重要目标。转子的制造与加工质量对航空发动机的性能有着极大的影响，因此为了减小振动，需要保证转子的圆轮廓度。保证圆轮廓测量数据的滤波精度能够保证圆轮廓的测量精度，对提高发动机转子加工精度、降低加工成本以及提高发动机性能具有重要意义。

株式会社三丰提出一种圆度测量装置及其控制方法(圆度测量装置及其控制方法。公开号：CN 105444651A)，该圆度测量装置在基底上设置有转动台，在转动台发生转动的情况下，对放置于转动台上的被测测量物的圆度进行测量，并且包括检测装置主体、检测装置驱动机构、触针、接触构件和控制装置。所述检测装置驱动机构使装置主体相对于基底移位。所述触针具备在装置主体上可转动地支撑的基端并且能够通过使用外力来改变相对于所述检测装置主体的角度位置。所述接触构件被设置在由于利用所述检测装置驱动机构使所述检测装置主体移位而能够与所述触针接触的位置。所述控制装置控制所述检测装置驱动机构的驱动。

哈尔滨工业大学提出一种双偏置参数圆轮廓测量模型与偏置误差分离方法(一种双偏置参数圆轮廓测量模型与偏置误差分离方法。公开号：CN 101339021A)，该模型中同时包含被测试件偏心误差(e,α)和传感器测头偏移误差d两个偏置误差分量，其测量模型为ρ_i＝ecos(θ_i-α)+((r₀+Δr_i)²-(d+esin(θ_i-α))²)^1/2，采用参数优化的方法实现对偏置误差参量和模型中其他参量的精确估计与直接求解，获得被测试件真实的圆轮廓。

以上和现有的方法均存在的问题在于：保证圆轮廓测量数据的滤波精度是实现航空发动机单级转子圆轮廓精确测量的前提，然而以上方法未分析圆轮廓测量误差下的采样角度非等间隔性，且未建立基于非等间隔采样角度下的滤波方法，未对采样点进行功能性滤波，进而无法提取出转子装配时接触点信息。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的技术问题，提供了一种基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法，以解决航空发动机转子圆轮廓测量数据滤波精度低的问题，提高航空发动机单级转子圆轮廓测量精度。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法，

步骤1、基于圆轮廓测量模型建立真实采样角度分布函数；

步骤2、根据包络滤波技术设计基于非等间隔采样角度的形态学滤波器；

步骤3、建立alpha包络边界和采样点极坐标关系式，从而实现单级转子圆轮廓测量数据的非等间隔形态学滤波。

进一步地，所述步骤1具体为：

在实际单级转子圆轮廓测量中，由于存在测量误差会导致真实采样角度呈非等间隔分布，因此，基于圆轮廓测量模型建立真实采样角度分布函数：

式中，为相对于几何中心的采样角度，θ_i为相对于回转中心的采样角度，d为传感器测头偏移量，e为转子偏心量，α为转子偏心角，r₀为转子拟合椭圆短轴，r为传感器测头半径，γ为回转轴线与几何轴线的夹角，β为几何轴线在测量平面上的投影与测量初始方向的夹角，χ为传感器倾斜角，n为采样点数。

进一步地，所述测量误差包括偏心误差和/或传感器测头偏移量。

进一步地，所述步骤2具体为：

从包络滤波技术设计了基于非等间隔采样角度的形态学滤波器，在二维点集S中取任意一点P₁，以点P₁开始在与之距离小于2α的点构成子集S₁，其中S为圆轮廓采样点的二维空间坐标点集，α为alpha圆盘半径；在子集S₁中取任意一点P₂，则存在两个半径为α的alpha圆盘过P₁和P₂两点，P₀和P_0'分别为两个alpha圆盘的圆心，alpha圆盘内外圆圆心的轨迹方程为：

或

其中，

ρ₀、ρ_0'、ρ₁、ρ₂、分别为点P₀、P_0'、P₁、P₂在极坐标下的极径和极角。

进一步地，alpha包络边界和采样点极坐标关系表示为：

其中，n为圆轮廓采样点数，F为基于alpha shape理论的非等间隔形态学滤波器设计法则。

附图说明

图1是本发明基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法的流程图；

图2是滤波示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1，本发明提出基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法，

步骤1、基于圆轮廓测量模型建立真实采样角度分布函数；

所述步骤1具体为：

在实际单级转子圆轮廓测量中，由于存在测量误差会导致真实采样角度呈非等间隔分布，所述测量误差包括偏心误差和/或传感器测头偏移量。因此，基于圆轮廓测量模型建立真实采样角度分布函数：

式中，为相对于几何中心的采样角度，θ_i为相对于回转中心的采样角度，d为传感器测头偏移量，e为转子偏心量，α为转子偏心角，r₀为转子拟合椭圆短轴，r为传感器测头半径，γ为回转轴线与几何轴线的夹角，β为几何轴线在测量平面上的投影与测量初始方向的夹角，χ为传感器倾斜角，n为采样点数。

步骤2、根据包络滤波技术设计基于非等间隔采样角度的形态学滤波器；

所述步骤2具体为：

结合图2，从包络滤波技术设计了基于非等间隔采样角度的形态学滤波器，在二维点集S中取任意一点P₁，以点P₁开始在与之距离小于2α的点构成子集S₁，其中S为圆轮廓采样点的二维空间坐标点集，α为alpha圆盘半径；在子集S₁中取任意一点P₂，则存在两个半径为α的alpha圆盘过P₁和P₂两点，P₀和P_0'分别为两个alpha圆盘的圆心，alpha圆盘内外圆圆心的轨迹方程为：

或

其中，

ρ₀、ρ_0'、ρ₁、ρ₂、分别为点P₀、P₀'、P₁、P₂在极坐标下的极径和极角。

步骤3、建立alpha包络边界和采样点极坐标关系式，从而实现单级转子圆轮廓测量数据的非等间隔形态学滤波。

alpha包络边界和采样点极坐标关系表示为：

其中，n为圆轮廓采样点数，F为基于alpha shape理论的非等间隔形态学滤波器设计法则。

本发明分析了转子圆轮廓测量过程中存在的测量误差建立了真实采样角度分布函数；从包络滤波技术设计了基于非等间隔采样角度的形态学滤波器；建立了alpha包络边界和采样点极坐标关系式，实现了单级转子圆轮廓测量数据的非等间隔形态学滤波。

以上对本发明所提供的基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.基于非等间隔滤波有效性处理的大型高速回转装备单级零部件跳动数据处理方法，其特征在于：

步骤1、基于圆轮廓测量模型建立真实采样角度分布函数；

步骤2、根据包络滤波技术设计基于非等间隔采样角度的形态学滤波器；

步骤3、建立alpha包络边界和采样点极坐标关系式，从而实现单级转子圆轮廓测量数据的非等间隔形态学滤波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

在实际单级转子圆轮廓测量中，由于存在测量误差会导致真实采样角度呈非等间隔分布，因此，基于圆轮廓测量模型建立真实采样角度分布函数：

式中，为相对于几何中心的采样角度，θ_i为相对于回转中心的采样角度，d为传感器测头偏移量，e为转子偏心量，α为转子偏心角，r₀为转子拟合椭圆短轴，r为传感器测头半径，γ为回转轴线与几何轴线的夹角，β为几何轴线在测量平面上的投影与测量初始方向的夹角，χ为传感器倾斜角，n为采样点数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量误差包括偏心误差和/或传感器测头偏移量。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

从包络滤波技术设计了基于非等间隔采样角度的形态学滤波器，在二维点集S中取任意一点P₁，以点P₁开始在与之距离小于2α的点构成子集S₁，其中S为圆轮廓采样点的二维空间坐标点集，α为alpha圆盘半径；在子集S₁中取任意一点P₂，则存在两个半径为α的alpha圆盘过P₁和P₂两点，P₀和P_0'分别为两个alpha圆盘的圆心，alpha圆盘内外圆圆心的轨迹方程为：

或

其中，

ρ₀、ρ_0'、ρ₁、ρ₂、分别为点P₀、P_0'、P₁、P₂在极坐标下的极径和极角。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

alpha包络边界和采样点极坐标关系表示为：

其中，n为圆轮廓采样点数，F为基于alpha shape理论的非等间隔形态学滤波器设计法则。