CN115555921B - 一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置及方法 - Google Patents

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CN115555921B CN202211560158.5A CN202211560158A CN115555921B CN 115555921 B CN115555921 B CN 115555921B CN 202211560158 A CN202211560158 A CN 202211560158A CN 115555921 B CN115555921 B CN 115555921B
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Abstract

本发明公开一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置及方法，涉及测量技术领域；解决的技术问题是涡轮叶片加工结果的形状精度差和尺寸一致性差，采用的技术方案是一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整方法，包括（S1）对涡轮叶片进行去毛刺和清洁的预处理；（S2）将涡轮叶片夹紧在自适应调整装置上，定位销采用带触发探针的机器测量方法六点定位涡轮叶片实际形状，并与标称形状进行比较；（S3）基于标称形状生成的模板刀具位置加工涡轮叶片；（S4）将变形的刀具位置后处理到数控程序中，自适应调整装置采用自动化编程代码进行自适应加工；该方法大大提高了加工涡轮叶片形状与尺寸的精度。

Description

一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置及方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体为一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置及方法。
背景技术
涡轮叶片是涡轮发动机中涡轮段的重要组成部件，涡轮段包括涡轮轴和多个涡轮叶片，各个涡轮叶片安装在涡轮轴上。在涡轮叶片领域中，形状精度和生产效率是加工涡轮叶片零件的两个主要问题，结合两种或多种加工工艺的混合加工工艺因其在提高加工效率和精度方面的优势而备受关注，混合加工工艺就是其中之一。混合加工工艺的总体目标是获得“1+1>2”的效果，通常分为辅助混合加工工艺和组合混合加工工艺。在混合加工工艺（例如激光辅助车削、振动辅助磨削）中，一个或多个过程被设置为主要过程，其他过程仅起辅助作用。
在混合加工工艺中，两个或多个过程被顺序地或交替地布置。现如今，航空和航天应用中的涡轮叶片首先通过热工艺形成，如锻造、铸造工艺或超塑性成形，然后通过多轴铣削工艺加工并通过磨料加工工艺完成。涡轮叶片的近净形状是在先前的成形过程中制造的，这非常有效，但仍有一些余量需要去除。多轴铣削通常用于去除涡轮叶片前缘/后缘、叶尖和根部的多余材料，而磨料加工用于提高涡轮叶片的精度和表面质量。在叶片的多轴铣削中，通常需要涡轮叶片的计算机辅助设计模型。现有技术中提出了一种铣削涡轮的几何重建，使用磨料加工对涡轮叶片进行后处理，以控制和提高轮廓精度以及表面粗糙度。另一种现有技术中提出了一种涡轮叶片磨料流加工中的材料去除率和轮廓精度控制。然而这两种方法得到的测量结果的形状精度差和尺寸一致性差，这会影响后续过程：形状精度差和尺寸一致性差会导致难以甚至不可能获得零件的设计形状；由于形状精度差，公差分布不均匀，定位未知，这将提高产品的拒收率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置及方法，实现测量涡轮叶片的表面形状，通过机器测量方法六点定位涡轮叶片实际形状，并与标称形状进行比较，实现自适应调整装置加工涡轮叶片形状与尺寸的高精度性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置，其特征在于：包括：
底板，用于保护底板内部的底板控制器，所述底板控制器用于控制基板的运动状态，对基板进行控制、存储和程序逻辑指令执行，所述底板控制器包括微控制器和存储器；所述微控制器采用CV8F5016系列具有8位带32K字节FLASH模块，存储器与所述微控制器连接，所述存储器包含256字节的内部RAM和4K字节的外部RAM模块；
电源，通过运行高频开关将输入的较高的交流电压交流电转换为自适应调整装置工作所需要的直流电压，用于向自适应调整装置提供正常工作的电压和电流；所述电源包括充电控制器和储能器，充电控制器用于防止储能器中存储的电荷放出静电；储能器用于存储自适应调整装置产生的电荷；
对表模块，用于检测顶面与涡轮叶片平面是否共面；所述对表模块上用于放置表架，并在表架上设置百分表，通过百分表在对表模块的顶面进行对表，并在涡轮叶片上进行测量，当误差值在规定范围内时，表明对表模块的顶面与涡轮叶片共面；
数控编程器，用于对输入到控制器的不同数据信息进行数据信息编程；所述数控编程器的控制指令包括脉冲和方向信号的输出、自动定位销测量的处理和原点形状对齐；
定位模块，用于六点测量涡轮叶片；所述定位模块包括第一定位销、第二定位销、第三定位销、第四定位销、第五定位销和第六定位销；其中第一定位销和第二定位销设置为一组，第三定位销和第四定位销设置为一组，第五定位销和第六定位销设置为一组，并且所述第一定位销、第二定位销、第三定位销、第四定位销、第五定位销和第六定位销构成六点定位空间；
其中，电源的输出端接口与底板控制器输入端接口连接，对表模块的的输出端接口与底板控制器输入端接口连接，定位模块与底板控制器相互连接，数控编程器的输出端接口与底板控制器输入端接口通过电气控制总线连接。
作为本发明的进一步技术方案，所述对表模块的顶面上设置网状槽，网状槽用于减小表架与对表模块顶面的粘附力。
作为本发明的进一步技术方案，所述数控编程器包括定位销控制程序和驱动控制程序，定位销控制程序用于协调涡轮叶片六点定位检测工作，通过控制参数的设定实现自适应调整；驱动控制程序用于控制自适应调整装置的启动与关闭，包括电源的输电控制与数字信号处理协同工作，并保存数控程序指令信息；定位销控制程序和驱动控制程序通过电气控制总线与自适应调整装置的地板内控制器连接。
作为本发明的进一步技术方案，所述底板控制器还包括基于单片机控制的声光报警单元，用于当六个定位销所采集的涡轮叶片位置信号超出允许误差时，报警单元中的LED灯发出红色光，指示自适应调整装置需要进行人为调整。
作为本发明的进一步技术方案，一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整方法，其特征在于：步骤包括：
（S1）对涡轮叶片进行去毛刺和清洁的预处理；
（S2）将涡轮叶片夹紧在自适应调整装置上，定位销采用带触发探针的机器测量方法六点定位涡轮叶片实际形状，并与标称形状进行比较；
（S3）当实际形状在预先设计的公差范围内，则使用基于标称形状生成的模板刀具位置加工涡轮叶片；否则，模板刀具位置在全局空间变形下与涡轮叶片实际形状对齐，然后在局部空间变形下解决桥接问题；
（S4）将变形的刀具位置后处理到数控程序中，自适应调整装置采用自动化编程代码进行自适应加工。
作为本发明的进一步技术方案，所述机器测量方法为在定位销上安装一个触摸探头或测量传感器，以检查零件的形状，由于接触探头无法在线检查形状，因此将剖面线分散成点，生成测量点后规划探头的测量路径；探测路径分为四个步骤：①接近涡轮叶片表面；②随后检查测量点；③接触涡轮叶片表面后离开；④最后前往下一个待测点；当形成总计N个测量点的探测路径时，将执行后处理操作以生成指定的数控程序；当在测量过程中触发探头时，记录探头中心P 0的位置，零件的实际测量点P 1描述为：
Figure SMS_1
（1）
式（1）中，n是单位法向量，r是探头的半径；
作为本发明进一步的技术方案，所述全局空间变形方法包含自由形式变形算法，表示为三组样条函数的张量积组合，形式为：
Figure SMS_2
（2）
式（2）中，F表示张量积矩阵，u、v、w分别是曲面的横轴、纵轴、竖轴，
Figure SMS_3
是涡轮叶片变形函数，B i 、B j 、B k 是样条基本函数，i、j、k均表示序号参数，L、M、N是在微观下晶格的横轴、纵轴、竖轴；等式（2）构建了L×M×N的晶格，嵌入涡轮叶片变形的对象p，p中的每个点通过基于晶格构建坐标以如下形式描述：
Figure SMS_4
（3）
式（3）中，c 0是局部坐标的原点；从等式（3）看出，当晶格改变时，嵌入涡轮叶片变形的对象p将改变；应用自由形式变形算法计算变形体积，测量出涡轮叶片的材料参数变化，通过自适应调整与涡轮叶片实际形状对齐。
作为本发明的进一步技术方案，所述局部空间变形方法为使刀具位置局部变形，以便桥接自适应调整最终形状和实际形状；在自适应调整最终形状和实际形状之间建立了一条三阶贝塞尔曲线，公式如下：
Figure SMS_5
（4）
式（4）中，C是三阶贝塞尔曲线函数，b i 是涡轮叶片变形测量点，B是贝塞尔基本函数，展开公式如下：
Figure SMS_6
（5）
从等式（4）看出，当涡轮叶片变形测量点b0、b1、b2和b3大小已知知时，b0和b3是三阶贝塞尔曲线的端点，b0和b3分别位于实际形状和自适应调整最终形状上；则：
Figure SMS_7
（6）
式（6）中，n 0和n 3是控制点b0和b3处的单位矢量，根据等式（6）确定涡轮叶片变形测量点b1和b2，因此，贝塞尔曲线分别与控制点b0和b3处的实际形状和自适应调整最终形状相切；贝塞尔曲面由一系列贝塞尔曲线构建，部分刀具位置被投影在贝塞尔曲面上，用公式表示为：
Figure SMS_8
（7）
根据等式（7）确定变形的刀具位置能桥接涡轮叶片的实际形状和自适应调整最终形状。
作为本发明的进一步技术方案，所述涡轮叶片中设置在叶冠处的待测涡轮叶片平面是锯齿面中的一个平面，涡轮叶片的毛坯在进行锯齿面的打磨后，测量锯齿面的精度来确定涡轮叶片平面已进行预处理过程。
本发明有益的积极效果在于：
区别于常规技术，本发明快速有效地解决混合加工过程中形状精度差和尺寸一致性差的问题，提供了使用触摸探头进行机器测量涡轮叶片平面的详细信息，采用基于体积的自由变形方法对模板刀具位置进行全局变形，建立了一个三阶贝塞尔曲面，刀具位置在该曲面上进行局部投影，大大提高了加工涡轮叶片形状与尺寸的精度。
附图说明
图1为基于六点测具的自适应调整装置结构示意图；
图2为数控编程器与底板控制器之间控制导线示意图；
图3为基于六点测具的自适应调整方法流程图；
图4种涡轮叶片加工方法的测量误差对比图。
实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明；
如图1所示，一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置，包括底板1、电源2、对表模块3、数控编程器4和定位模块5。其中，电源2用于向其他模块提供正常工作的电压和电流；所述电源2包括充电控制器和储能器，充电控制器用于防止储能器中存储的电荷放出静电；储能器用于存储自适应调整装置产生的电荷；底板控制器用于控制、存储和执行程序逻辑指令的基板配置，从而使自适应调整装置以特定方式运行；所述控制面板包括微控制器和存储器；所述微控制器采用CV8F5016系列，具有8位的带32K字节FLASH，连接的存储器包含256字节的内部随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）和4K字节的外部RAM；对表模块3用于检测顶面与涡轮叶片平面是否共面；所述对表模块3上用于放置表架，并在表架上设置百分表，通过百分表在对表模块3的顶面进行对表，并在涡轮叶片上进行测量，当误差值在规定范围内时，说明对表模块3的顶面与涡轮叶片共面；数控编程器4用于自适应调整装置实时控制和控制指令的程序编程；所述数控编程器4的控制指令包括脉冲和方向信号的输出、自动定位销测量的处理和原点形状对齐；定位模块包括三个，其中第一定位模块包括第一定位销6和第二定位销7，第二定位模块包括第三定位销8和第四定位销9，第三定位模块包括第五定位销10和第六定位销11。电源2的输出端接口与底板控制器输入端接口连接，对表模块3的的输出端接口与底板控制器输入端接口连接，定位模块与底板控制器相互连接，数控编程器4的输出端接口与底板控制器输入端接口通过电气控制总线12连接。其中第一定位销6和第二定位销7设置为一组，第三定位销8和第四定位销9设置为一组，第五定位销10和第六定位销11设置为一组，并且所述第一定位销6、第二定位销7、第三定位销8、第四定位销9、第五定位销10和第六定位销11构成六点定位空间；
在具体实施例中，自适应调整装置采用自适应加工方法，自适应加工是一类加工技术，它为特定的加工要求或零件定制策略。在自适应加工中，首先收集或测量加工过程或零件的状态，然后生成适合于收集或测量状态的定制加工策略。自适应加工采用测量、传感器、计算机辅助设计、计算机辅助制造、有限元模拟、误差补偿等技术。自适应加工显著提高零件的加工精度和生产率。自适应加工根据零件的每个实际形状和位置调整加工策略，可分为两类：位置自适应加工和形状自适应加工。自适应加工是在零件的实际形状和标称CAD形状之间找到合适的姿势。在自适应加工中，自适应CAD形状用于生成用于加工的数控程序，并实现零件的最终形状。然而，由于尺寸一致性差，每个零件的数控程序不同。这意味着对每个零件重复“测量-形状调整-编程”程序，其中测量操作是获得零件的实际形状数据，形状调整操作是构建CAD形状，编程是生成数控程序。整个过程非常耗时，尤其是形状调整操作。如果程序缩短为“测量-编程”，生产效率将得到有效提高。
在具体实施例中，工厂在进行叶片检测时，根据每种叶片制作专用夹具，以叶片榫头底面和榫头上端面作为定位基准面，选取距离基准面特定距离的截面作为待检测面，使用活动卡板在选定位置上卡靠叶面，由于卡板型线根据待检测叶片标准模型制作，因此，可根据卡靠后贴合程度，通过判断卡靠间隙的大小来确定叶片铸造是否合格。
在具体实施例中，在一种可选的实现方式中，在第一定位模块上设置有第一斜面，该第一斜面上下部分别设置有第一定位销6和第二定位销7，该两定位销的轴线垂直与第一斜面设置。在第二定位模块上设置有第二斜面，该第二斜面的两侧设置第三定位销8和第四定位销9，该两定位销的轴线与第二斜面垂直。第五定位销10的轴线平行于底板的顶面设置。第六定位销11的轴线垂直于底板的顶面设置。第一斜面与第二斜面成夹角设置。其中，第四定位销9和第六定位销11设置在待测量叶片的叶冠处，分别与叶冠的外沿相抵；第一定位销6、第二定位销7、第三定位销8和第五定位销10设置在待测量叶片的缘板端，其中第五定位销10与缘板的内侧面相抵，其余三个与缘板的外沿相抵。通过直接将待测量叶片放置在六个定位销上，即6个点与待测量叶片相接触，即可保证待测平面与对表模块3的顶面平行设置，若待测平面测量误差在规定范围内，则可说明该待测平面与对表模块3的顶面共面设置，也就是合格。当本实施例具体使用时，先将待测量叶片放置在6个定位销共同形式的空间内，使得每个定位销的顶头与待测量叶片相抵，实现六点定位。当定位完成后，在对表模块3上放置表架，在表架上放置百分表。首先将百分表在对表模块3的顶面上进行对表，然后通过百分表测量待测平面是否在误差范围内，如果在误差范围内则产品合格，否则不合格。对表模块3的顶面上设置网状槽，网状槽用于减小表架与对表模块3顶面的粘附力。
在具体实施例中，如图2所示，数控编程器4包括定位销控制程序和驱动控制程序，定位销控制程序用于协调涡轮叶片六点定位检测工作，通过控制参数的设定实现自适应调整；驱动控制程序用于控制自适应调整装置的启动与关闭，包括电源2的输电控制与数字信号处理协同工作，并保存数控程序指令信息；定位销控制程序和驱动控制程序通过电气控制总线12与自适应调整装置的地板内控制器连接。
在具体实施例中，所述底板控制器还包括基于单片机控制的声光报警单元，用于当六个定位销所采集的涡轮叶片位置信号超出允许误差时，报警单元中的LED灯发出红色光，指示自适应调整装置需要进行人为调整。
在具体实施例中，如图3所示，一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整方法，步骤包括：
（S1）对涡轮叶片进行去毛刺和清洁的预处理；
在具体实施例中，去毛刺和清洁工作采用去毛刺磁力抛光机，去毛刺磁力抛光机利用超强的电磁力，传导细小的研磨不锈钢针，产生高速流动，调头等动作，在工件内孔，表面摩擦，一达到抛光，清洗，去除毛边等精密研磨效果。去毛刺磁力抛光机特点包括轻铁类金属、非铁类金属、硬质塑料等精密零件成品，去除毛边、倒角、抛光、洗净等精密研磨工作一次完成；.不规则状零件、孔内、管内、死角、夹缝等皆可研磨加工；加工速度快，操作简单安全，成本低；成品加工后不变形，不影响精度；机种齐全，可设计专用机种。
（S2）将涡轮叶片夹紧在自适应调整装置上，定位销采用带触发探针的机器测量方法六点定位涡轮叶片实际形状，并与标称形状进行比较；
在具体实施例中，涡轮叶片去毛刺和清洁的预处理的先工艺的实际形状未知，即使在同一批次中也可能彼此不同。然而，去毛刺和清洁的预处理先工艺的实际形状是适应标称最终形状的唯一指导，应准确检查。机上测量是一种过程中测量方法，其中在机床主轴上安装一个触摸探头或测量传感器，以检查涡轮叶片的形状。
（S3）当实际形状在预先设计的公差范围内，则使用基于标称形状生成的模板刀具位置加工涡轮叶片；否则，模板刀具位置在全局空间变形下与涡轮叶片实际形状对齐，然后在局部空间变形下解决桥接问题；
在具体实施例中，涡轮叶片的CAD模型通常表示为非均匀有理样条曲面。根据涡轮叶片形状的设计规则，将CAD模型沿翼展方向切割成多个截面，并生成截面线。由于接触探头无法在线检查形状，因此应将剖面线分散成点。有几种绝望的方法，如基于等距的、基于曲率的、基于等量的等。本发明采用一种基于六点定位测量点的算法，该算法减少测量时间，同时保持具有最少点的截面形状。生成测量点后，下一步是规划探头的测量路径。
（S4）将变形的刀具位置后处理到数控程序中，自适应调整装置采用自动化编程代码进行自适应加工。
在具体实施例中，所述机器测量方法为在定位销上安装一个触摸探头或测量传感器，以检查零件的形状，由于接触探头无法在线检查形状，因此将剖面线分散成点，生成测量点后规划探头的测量路径；探测路径分为四个步骤：①接近涡轮叶片表面；②随后检查测量点；③接触涡轮叶片表面后离开；④最后前往下一个待测点；当形成总计N个测量点的探测路径时，将执行后处理操作以生成指定的数控程序；当在测量过程中触发探头时，记录探头中心P 0的位置，零件的实际测量点P 1描述为：
Figure SMS_9
（1）
式（1）中，n是单位法向量，r是探头的半径；通过这种方式实现实际测量点的实际测量。通过将探头中心位置、探头的半径和单位法向量一起构建起来，以实现零件的实际测量，大大提高了探头的测量能力。
在具体实施例中，所述全局空间变形方法包含自由形式变形算法，表示为三组样条函数的张量积组合，形式为：
Figure SMS_10
（2）
式（2）中，F表示张量积矩阵，u、v、w分别是曲面的横轴、纵轴、竖轴，
Figure SMS_11
是涡轮叶片变形函数，B i 、B j 、B k 是样条基本函数，i、j、k均表示序号参数，L、M、N是在微观下晶格的横轴、纵轴、竖轴；在具体实施例中，在数学中，张量积(tensor product) ，可以应用于不同的上下文中如向量、矩阵、张量、向量空间、代数、拓扑向量空间和模。在各种情况下这个符号的意义是同样的：最一般的双线性运算。在某些上下文中也叫做外积，通过将横轴、纵轴、竖轴等不同的参数组建为三组样条函数的张量积组合，能够提高不同参数的计算能力。通过数学分析的方法，能够提高涡轮叶片计算能力，以提高自适应调整能力。
等式（2）构建了L×M×N的晶格，嵌入涡轮叶片变形的对象p，p中的每个点通过基于晶格构建坐标以如下形式描述：
Figure SMS_12
（3）
式（3）中，c 0是局部坐标的原点；从等式（3）看出，当晶格改变时，嵌入涡轮叶片变形的对象p将改变；嵌入对象可能会整体变形且非刚性。这是因为晶格中的所有点都与晶格的控制点建立了局部坐标。变形量由晶格的变化决定。应用自由形式变形算法计算变形体积，测量出涡轮叶片的材料参数变化，通过自适应调整与涡轮叶片实际形状对齐。
在具体实施例中，在形状自适应加工过程中，有时需要对TCP进行部分修改以满足某些特定要求。例如，在加工涡轮叶片时，由于模板TCP已经整体变形，因此在前缘或后缘和机身之间的过渡区域总是出现不连续性问题。铣削操作仅在涡轮叶片的前缘和后缘上进行，而本体区域在皮带磨削操作下进行。皮带磨削的目的是提高表面质量，其去除余量约为0.15 mm。此外，前缘/后缘的铣削余量范围为0.15 mm-1.2 mm。因此，铣削操作后，过渡区域会留下一个台阶，在皮带磨削过程中很难去除。此外，还很难通过其他附加操作去除涡轮叶片曲面上的台阶，例如抛光、磨料流动和电化学加工。由于在后续操作中不容易去除铣削步骤，因此在铣削过程中避免铣削步骤是必要的，其关键是使刀具位置局部变形，以便桥接自适应调整最终形状和实际形状；在自适应调整最终形状和实际形状之间建立了一条三阶贝塞尔曲线，公式如下：
Figure SMS_13
（4）
式（4）中，C是三阶贝塞尔曲线函数，b i 是涡轮叶片变形测量点，B是贝塞尔基本函数，展开公式如下：
Figure SMS_14
（5）
从等式（4）看出，当涡轮叶片变形测量点b0、b1、b2和b3大小已知知时，b0和b3是三阶贝塞尔曲线的端点，b0和b3分别位于实际形状和自适应调整最终形状上；则
Figure SMS_15
（6）
式（6）中，n 0和n 3是涡轮叶片变形测量点b0和b3处的单位矢量，根据等式（6）确定涡轮叶片变形测量点b1和b2，因此，贝塞尔曲线分别与涡轮叶片变形测量点b0和b3处的实际形状和自适应调整最终形状相切；贝塞尔曲面由一系列贝塞尔曲线构建，部分刀具位置被投影在贝塞尔曲面上，用公式表示为：
Figure SMS_16
（7）
根据等式（7）确定变形的刀具位置能桥接涡轮叶片的实际形状和自适应调整最终形状。
在具体实施例中，所述涡轮叶片中设置在叶冠处的待测涡轮叶片平面是锯齿面中的一个平面，涡轮叶片的毛坯在进行锯齿面的打磨后，测量锯齿面的精度来确定涡轮叶片平面已进行预处理过程。
在具体实施例中，为了验证本发明一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置及方法的有效性，选择在实验室内采用计算机仿真进行验证，其中计算机的硬件配置CPU为Inter Core i7-9700H，运行内存为3200MHz 8×2GB，硬盘大小为1TB。以一种铣削涡轮的几何重建（方案一）和一种涡轮叶片磨料流加工中的材料去除率和轮廓精度控制（方案二）的涡轮叶片加工方法作为实验参照对象，采用这三种方法测量涡轮叶片得到相同数据量的涡轮叶片测量数据，统计综合评估的相关误差结果，如表1所示。
表1三种车辆自动化驾驶定位方法的定位精度对比
Figure SMS_17
在表1中，通过多次试验得到种涡轮叶片加工方法的测量误差对比如图4所示，从图4中看出，三种涡轮叶片加工方法的测量误差在初始时就存在差异，随着数据量的变化而变化，总体上看，本发明的种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整装置远远高于方案一与方案二的涡轮叶片加工方法，在10GB数据量的环境下，比其他两种方法的测量精度要高出1.5%与1.8%，体现出本发明基于六点测具的自适应调整装置及方法的优越性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变；例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围；因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整方法，其特征在于：步骤包括：
（S1）对涡轮叶片进行去毛刺和清洁的预处理；
（S2）将涡轮叶片夹紧在自适应调整装置上，定位销采用带触发探针的机器测量方法六点定位涡轮叶片实际形状，并与标称形状进行比较；
（S3）当实际形状在预先设计的公差范围内，则使用基于标称形状生成的模板刀具位置加工涡轮叶片；否则，模板刀具位置在全局空间变形下与涡轮叶片实际形状对齐，然后在局部空间变形下解决桥接问题；
（S4）将变形的刀具位置后处理到数控程序中，自适应调整装置采用自动化编程代码进行自适应加工；其中所述机器测量方法为在定位销上安装触摸探头或测量传感器，探测路径分为四个步骤：①接近涡轮叶片表面；②随后检查测量点；③接触涡轮叶片表面后离开；④最后前往下一个待测点；当形成总计N个测量点的探测路径时，将执行后处理操作以生成指定的数控程序；当在测量过程中触发探头时，记录探头中心P 0的位置，零件的实际测量点P 1描述为：
Figure QLYQS_1
（1）
式（1）中，n是单位法向量，r是探头的半径；所述全局空间变形方法包含自由形式变形算法，自由形式变形算法表示为三组样条函数的张量积组合，组合形式为：
Figure QLYQS_2
（2）
式（2）中，F表示张量积矩阵，u、v、w分别是曲面的横轴、纵轴、竖轴，
Figure QLYQS_3
是涡轮叶片变形函数，B i 、B j 、B k 是样条基本函数，i、j、k均表示序号参数，L、M、N是在微观下晶格的横轴、纵轴、竖轴；
等式（2）构建了L×M×N的晶格，嵌入涡轮叶片变形的对象为p，p中的每个点通过基于晶格构建坐标以如下形式表示：
Figure QLYQS_4
（3）
式（3）中，c 0是局部坐标的原点；从等式（3）看出，当晶格改变时，嵌入涡轮叶片变形的对象p将改变；应用自由形式变形算法计算变形体积，测量出涡轮叶片的材料参数变化，通过自适应调整与涡轮叶片实际形状对齐；所述局部空间变形方法为使刀具位置局部变形，以便桥接自适应调整最终形状和实际形状；在自适应调整最终形状和实际形状之间建立了一条三阶贝塞尔曲线，三阶贝塞尔曲线函数公式如下：
Figure QLYQS_5
（4）
式（4）中，C是三阶贝塞尔曲线函数，b i 是涡轮叶片变形测量点，B是贝塞尔基本函数，展开公式如下：
Figure QLYQS_6
（5）
从等式（4）看出，当涡轮叶片变形测量点b0、b1、b2和b3大小已知时，b0和b3是三阶贝塞尔曲线的端点，b0和b3分别位于实际形状和自适应调整最终形状上；则涡轮叶片变形测量点之间的关系式函数为：
Figure QLYQS_7
（6）
式（6）中，n 1和n 3是控制点b0和b3处的单位矢量，根据等式（6）确定涡轮叶片变形测量点b1和b2，则贝塞尔曲线分别与控制点b0和b3处的实际形状和自适应调整最终形状相切；贝塞尔曲面由一系列贝塞尔曲线构建，部分刀具位置被投影在贝塞尔曲面上，用公式表示为：
Figure QLYQS_8
（7）
根据等式（7）确定变形的刀具位置能桥接涡轮叶片的实际形状和自适应调整最终形状。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整方法，其特征在于：所述涡轮叶片中设置在叶冠处的待测涡轮叶片平面是锯齿面中的一个平面，涡轮叶片的毛坯在进行锯齿面的打磨后，测量锯齿面的精度来确定涡轮叶片平面已进行预处理过程。
3.一种根据权利要求1-2中任意一种涡轮叶片基于六点测具的自适应调整方法实现自适应调整的装置，其特征在于：包括：
底板（1），用于保护底板内部的底板控制器，所述底板控制器用于控制基板的运动状态，对涡轮叶片进行控制、信息存储和程序逻辑指令执行；底板控制器包括微控制器和存储器；所述微控制器采用CV8F5016系列具有8位带32K字节FLASH模块，存储器与所述微控制器连接，所述存储器包含256字节的内部RAM和4K字节的外部RAM模块；
电源（2），通过运行高频开关将输入的交流电压交流电转换为涡轮叶片工作所需要的直流电压，用于向涡轮叶片提供正常工作的电压和电流；所述电源（2）包括充电控制器和储能器，充电控制器用于防止储能器中存储的电荷放出静电；储能器用于存储自适应调整装置产生的电荷；
对表模块（3），用于检测底板（1）的顶面与涡轮叶片平面是否共面；所述对表模块（3）上用于放置表架，并在表架上设置百分表，通过百分表在对表模块的顶面进行对表，并在涡轮叶片上进行测量，当误差值在规定范围内时，表明对表模块的顶面与涡轮叶片共面；
数控编程器（4），用于对输入到控制器的不同数据信息进行数据信息编程；所述数控编程器（4）的控制指令包括脉冲和方向信号的输出、自动定位销测量的处理和原点形状对齐；
定位模块（5），用于六点测量涡轮叶片；所述定位模块包括第一定位销（6）、第二定位销（7）、第三定位销（8）、第四定位销（9）、第五定位销（10）和第六定位销（11）；其中第一定位销（6）和第二定位销（7）设置为一组，第三定位销（8）和第四定位销（9）设置为一组，第五定位销（10）和第六定位销（11）设置为一组，并且所述第一定位销（6）、第二定位销（7）、第三定位销（8）、第四定位销（9）、第五定位销（10）和第六定位销（11）构成六点定位空间；
其中，电源（2）的输出端接口与底板（1）控制器输入端接口连接，对表模块（3）的输出端接口与底板（1）控制器输入端接口连接，定位模块（5）与底板（1）控制器相互连接，数控编程器（4）的输出端接口与底板（1）控制器输入端接口通过电气控制总线（12）连接；所述对表模块（3）的顶面上设置网状槽，网状槽用于减小表架与对表模块（3）顶面的粘附力；所述数控编程器（4）包括定位销控制程序和驱动控制程序，定位销控制程序用于协调涡轮叶片六点定位检测工作，通过控制参数的设定实现自适应调整；驱动控制程序用于控制自适应调整装置的启动与关闭，包括电源（2）的输电控制与数字信号处理协同工作，并保存数控程序指令信息；定位销控制程序和驱动控制程序通过电气控制总线（12）与自适应调整装置的底板（1）控制器连接；所述底板（1）还包括基于单片机控制的声光报警单元，当六个定位销所采集的涡轮叶片位置信号超出允许误差10%时，报警单元中的LED灯发出红色光，指示自适应调整装置需要进行人为调整。
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