CN110703686A - 一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法 - Google Patents

一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法，所述的方法为，按照叶片积叠轴、设置的截面高度、测头及测量参数，自动规划无干涉截面测量路径。本申请的一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法，实现叶片在线测量截面测量路径的规划，自动规划各测量点的无干涉测杆方向，用于铣削加工中叶片截面档检测，路径规划效率高。整体叶盘叶片截面在线测量，避免了叶片精加工中拆卸离线测量的效率损耗问题，提高机床利用率，又能快速获取检测截面档的轮廓误差和特征参数，为工艺人员下一步修正叶片加工刀路或调整加工参数提供直接依据，提高了生产效率。

Description

一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法
技术领域
本发明属于航空发动机整体叶盘数控铣削加工在线测量技术，涉及一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法。
背景技术
整体叶盘是航空发动机的核心零件，其叶片精度要求高，加工中常常需要经过试切、测量、再试切的反复操作，直至满足加工要求。目前的测量手段多采用离线三坐标检测，过程中，需要拆卸工件、送检、再装夹，严重影响整体叶盘的加工效率。随着机床在线测量的精度越来越高，可通过机床在线测量改善这一问题。
离线三坐标测量，需要将整体叶盘从机床拆卸至三坐标检验台进行检测，如检测不合格，则需要将工件在机床上继续装夹加工，反复的试切、检测，极大地增加了机床、三坐标设备的占用时间和操作人员的工作量，叶盘制造效率低，企业成本高。而在叶片上人工采点在线测量，仅能反映测量点的误差，不能全貌反映测量截面档的特征参数，而且无干涉测杆方向获取困难，反复采点和调整方向，路径规划效率低。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法，所述的方法为，按照叶片积叠轴、设置的截面高度、测头及测量参数，自动规划无干涉截面测量路径。
优选地，所述的方法包括，
(1)导入整体叶盘几何模型，规范叶片的U、V方向，模型坐标系X轴为叶片前缘指向后缘的方向，Z轴为叶片的U参数方向，Y轴由右手坐标系规定，同时设置叶片数目m；
(2)设置在线测量的探头半径设为r，叶片积叠轴(i，j，k)、截面高度h、截面线离散参数、测量参数，截面线离散参数包括最大弦长c和最大转角f，测量参数包括搜索距离s、安全距离d、回退距离e和过渡距离t；
(3)分布截面测量点，
(3.1)按照积叠轴(i，j，k)和截面高度h，生成测量平面H，
(3.2)测量平面H与整体叶盘的叶片曲面求交，得到测量曲线C；
(3.3)根据设置的离散最大弦长c和最大转角f，在测量曲线C上分布测量点P1,...Pi,...Pn，使所有测量点P1,...Pi,...Pn的弦长小于最大弦长c，切向转角小于最大转角f；
(4)计算测量路径点，
(4.1)将测量点Pi投影到叶片曲面上，取其对应的叶片曲面法向Ni，根据探头半径r，计算测量点Pi对应的球心点Pci，计算公式为Pci＝Pi+r×Ni；
(4.2)根据设置的测量安全距离d，计算测量安全点Pdi，计算公式为Pdi＝Pci+d×Ni；
(4.3)依次对测量点执行上述(4.1)、(4.2)步骤，计算所有测量点对应的球心点和安全点；
(5)计算无干涉测杆方向，
(5.1)构建叶片、相邻叶片、轮毂的三角化模型，以及在坐标系原点构建探头三角化模型，
(5.2)将探头三角化模型定位到测量点Pi，使探头球心点与Pci重合，使用三角形相交算法检测探头与轮毂是否干涉，若干涉则提示截面高度h设置不合理；若不干涉，则使用迭代检测算法分别求探头与叶片、相邻叶片刚好不发生干涉的方向，记为Vim、Vin，探头迭代检测旋转方向取测量点Pi在截面曲线C上的切线方向，记为Vir，
(5.3)将探头球心点与安全点Pdi重合，并在Vim与Vin范围之间按二分法迭代取矢量Vi，检测探头与相邻叶片的干涉情况，若找到无干涉刀轴，则确定为测量点Pi的测杆方向，若无法找到无干涉刀轴，则调整探头或测量参数，重新执行步骤(3)至步骤(5.3)，
(5.4)对所有测量点依次计算无干涉测杆方向；
(6)形成截面测量路径，
(6.1)对于测量点Pi的测量过程，其各路径点的测杆方向是固定的，均为Vi，根据设置的回退距离e、过渡距离t，计算测量路径中的回退点Pei和过渡点Pti，计算公式为Pei＝Pdi+e×Vi,Pti＝Pdi+(e+t)×Vi；
(6.2)按照起始点-进入点-安全点-测量点-安全点-回退点-过渡点的顺序依次连接，构成单测量点Pi的测量路径，其中起始点与过渡点相同，进入点与回退点相同，即Pti-Pei-Pdi-Pci-Pdi-Pei-Pti；
(6.3)计算所有测量点P1,...Pi,...Pn的测量路径，将测量点P1,...Pi,...Pn的测量路径依次连接，形成截面测量路径。
优选地，所述的方法还包括，步骤(7)，对截面测量路径进行后置处理，获得测量NC文件，导入数控机床，驱动探头进行截面在线测量，进行测量数据记录、解析与截面特征参数提取，评价加工质量，以修正刀路或调整加工参数。
优选地，在步骤(1)中，整体叶盘几何模型为igs或step格式。
本申请的一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法，实现叶片在线测量截面测量路径的规划，自动规划各测量点的无干涉测杆方向，用于铣削加工中叶片截面档检测，路径规划效率高。整体叶盘叶片截面在线测量，避免了叶片精加工中拆卸离线测量的效率损耗问题，提高机床利用率，又能快速获取检测截面档的轮廓误差和特征参数，为工艺人员下一步修正叶片加工刀路或调整加工参数提供直接依据，提高了生产效率。
附图说明
图1是本申请的整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法流程图；
图2是本申请的整体叶盘特征规范；
图3是本申请的截面测量点分布示意图；
图4是本申请的测量点无干涉测杆方向示意图；
图5是本申请的截面测量路径示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
本申请提供了一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法，所述的方法为，按照叶片积叠轴、设置的截面高度、测头及测量参数，自动规划无干涉截面测量路径。
优选地，所述的方法包括，
(1)导入igs或step格式的整体叶盘几何模型，指定叶盘的叶片、围带和轮毂曲面，作为叶盘基本特征定义为“叶片”、“围带”和“轮毂”，规范叶片的U、V方向，模型坐标系X轴为叶片前缘指向后缘的方向，Z轴为叶片的U参数方向，Y轴由右手坐标系规定，同时设置叶片数目m，如图2所示；
(2)设置在线测量的探头半径设为r，叶片积叠轴(i，j，k)、截面高度h、截面线离散参数、测量参数，截面线离散参数包括最大弦长c和最大转角f，测量参数包括搜索距离s、安全距离d、回退距离e和过渡距离t；
(3)分布截面测量点，
(3.1)按照积叠轴(i，j，k)和截面高度h，生成测量平面H，
(3.2)测量平面H与整体叶盘的叶片曲面求交，得到测量曲线C；
(3.3)根据设置的离散最大弦长c和最大转角f，在测量曲线C上分布测量点P1,...Pi,...Pn，使所有测量点P1,...Pi,...Pn的弦长小于最大弦长c，切向转角小于最大转角f，如图3所示，
(4)计算测量路径点，
(4.1)将测量点Pi投影到叶片曲面上，取其对应的叶片曲面法向Ni，根据探头半径r，计算测量点Pi对应的球心点Pci，计算公式为Pci＝Pi+r×Ni；
(4.2)根据设置的测量安全距离d，计算测量安全点Pdi，计算公式为Pdi＝Pci+d×Ni；
(4.3)依次对测量点执行上述(4.1)、(4.2)步骤，计算所有测量点对应的球心点和安全点；
(5)计算无干涉测杆方向，
(5.1)构建叶片、相邻叶片、轮毂的三角化模型，以及在坐标系原点构建探头三角化模型，
(5.2)将探头三角化模型定位到测量点Pi，使探头球心点与Pci重合，使用三角形相交算法检测探头与轮毂是否干涉，若干涉则提示截面高度h设置不合理；若不干涉，则使用迭代检测算法分别求探头与叶片、相邻叶片刚好不发生干涉的方向，记为Vim、Vin，探头迭代检测旋转方向取测量点Pi在截面曲线C上的切线方向，记为Vir，
(5.3)将探头球心点与安全点Pdi重合，并在Vim与Vin范围之间按二分法迭代取矢量Vi，检测探头与相邻叶片的干涉情况，若找到无干涉刀轴，则确定为测量点Pi的测杆方向，若无法找到无干涉刀轴，则调整探头或测量参数，重新执行步骤(3)至步骤(5.3)，
(5.4)对所有测量点依次计算无干涉测杆方向，测量点无干涉测杆方向如图4所示。
(6)形成截面测量路径，
(6.1)对于测量点Pi的测量过程，其各路径点的测杆方向是固定的，均为Vi，根据设置的回退距离e、过渡距离t，计算测量路径中的回退点Pei和过渡点Pti，计算公式为Pei＝Pdi+e×Vi,Pti＝Pdi+(e+t)×Vi；
(6.2)按照起始点-进入点-安全点-测量点-安全点-回退点-过渡点的顺序依次连接，构成单测量点Pi的测量路径，其中起始点与过渡点相同，进入点与回退点相同，即Pti-Pei-Pdi-Pci-Pdi-Pei-Pti；
(6.3)计算所有测量点P1,...Pi,...Pn的测量路径，将测量点P1,...Pi,...Pn的测量路径依次连接，形成截面测量路径，如图5所示。
(7)对截面测量路径进行后置处理，获得测量NC文件，导入数控机床，驱动探头进行截面在线测量，进行测量数据记录、解析与截面特征参数提取，评价加工质量，以修正刀路或调整加工参数。
本申请的一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法，实现叶片在线测量截面测量路径的规划，自动规划各测量点的无干涉测杆方向，用于铣削加工中叶片截面档检测，路径规划效率高。整体叶盘叶片截面在线测量，避免了叶片精加工中拆卸离线测量的效率损耗问题，提高机床利用率，又能快速获取检测截面档的轮廓误差和特征参数，为工艺人员下一步修正叶片加工刀路或调整加工参数提供直接依据，提高了生产效率。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种整体叶盘叶片截面在线测量路径规划方法，其特征在于，所述的方法为，按照叶片积叠轴、设置的截面高度、测头及测量参数，自动规划无干涉截面测量路径。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法包括，
(1)导入整体叶盘几何模型，规范叶片的U、V方向，模型坐标系X轴为叶片前缘指向后缘的方向，Z轴为叶片的U参数方向，Y轴由右手坐标系规定，同时设置叶片数目m；
(2)设置在线测量的探头半径设为r，叶片积叠轴(i，j，k)、截面高度h、截面线离散参数、测量参数，截面线离散参数包括最大弦长c和最大转角f，测量参数包括搜索距离s、安全距离d、回退距离e和过渡距离t；
(3)分布截面测量点，
(3.1)按照积叠轴(i，j，k)和截面高度h，生成测量平面H，
(3.2)测量平面H与整体叶盘的叶片曲面求交，得到测量曲线C；
(3.3)根据设置的离散最大弦长c和最大转角f，在测量曲线C上分布测量点P1,...Pi,...Pn，使所有测量点P1,...Pi,...Pn的弦长小于最大弦长c，切向转角小于最大转角f；
(4)计算测量路径点，
(4.1)将测量点Pi投影到叶片曲面上，取其对应的叶片曲面法向Ni，根据探头半径r，计算测量点Pi对应的球心点Pci，计算公式为Pci＝Pi+r×Ni；
(4.2)根据设置的测量安全距离d，计算测量安全点Pdi，计算公式为Pdi＝Pci+d×Ni；
(4.3)依次对测量点执行上述(4.1)、(4.2)步骤，计算所有测量点对应的球心点和安全点；
(5)计算无干涉测杆方向，
(5.1)构建叶片、相邻叶片、轮毂的三角化模型，以及在坐标系原点构建探头三角化模型，
(5.2)将探头三角化模型定位到测量点Pi，使探头球心点与Pci重合，使用三角形相交算法检测探头与轮毂是否干涉，若干涉则提示截面高度h设置不合理；若不干涉，则使用迭代检测算法分别求探头与叶片、相邻叶片刚好不发生干涉的方向，记为Vim、Vin，探头迭代检测旋转方向取测量点Pi在截面曲线C上的切线方向，记为Vir，
(5.3)将探头球心点与安全点Pdi重合，并在Vim与Vin范围之间按二分法迭代取矢量Vi，检测探头与相邻叶片的干涉情况，若找到无干涉刀轴，则确定为测量点Pi的测杆方向，若无法找到无干涉刀轴，则调整探头或测量参数，重新执行步骤(3)至步骤(5.3)，
(5.4)对所有测量点依次计算无干涉测杆方向；
(6)形成截面测量路径，
(6.1)对于测量点Pi的测量过程，其各路径点的测杆方向是固定的，均为Vi，根据设置的回退距离e、过渡距离t，计算测量路径中的回退点Pei和过渡点Pti，计算公式为Pei＝Pdi+e×Vi,Pti＝Pdi+(e+t)×Vi；
(6.2)按照起始点-进入点-安全点-测量点-安全点-回退点-过渡点的顺序依次连接，构成单测量点Pi的测量路径，其中起始点与过渡点相同，进入点与回退点相同，即Pti-Pei-Pdi-Pci-Pdi-Pei-Pti；
(6.3)计算所有测量点P1,...Pi,...Pn的测量路径，将测量点P1,...Pi,...Pn的测量路径依次连接，形成截面测量路径。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括，步骤(7)，对截面测量路径进行后置处理，获得测量NC文件，导入数控机床，驱动探头进行截面在线测量，进行测量数据记录、解析与截面特征参数提取，评价加工质量，以修正刀路或调整加工参数。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，整体叶盘几何模型为igs或step格式。
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