CN113983929B - 一种流道叶型板叶型孔位置度、轮廓度测量与评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种流道叶型板叶型孔位置度、轮廓度测量与评价方法,通过三维光学测量机与理论模型网格对齐,在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建参考平面,从而通过投影平面的方法将3维曲线特征转化为2D曲线特征,在通过选取的分段线条进行分段拟合运算,其评价方法可根据现有技术处理,本发明的优点是:直接获取流道叶型板待测特征,不存在由于余弦误差带来的轮廓测量误差,并提出了一种叶型孔位置度以及轮廓度评价拟合方法,真实反映叶型孔实际加工状态,提高流道叶型板测量精度,降低其与静子叶片的焊接装配返修率。
Description
技术领域
本发明设计航空制造加工技术领域,具体地说是流道叶型板叶型孔位置度、轮廓度测量与评价技术。
背景技术
流道叶型板是航空发动机高压静子组件的关键部件之一,叶型孔位置度以及轮廓度直接影响静子叶片的装配效果。由于其叶型孔呈叶型形状(最大宽度1.2mm,弦长28mm),且分布在圆柱面上,接触三坐标测量无法准确测量与评价,一般在投影仪上采用幕板检测平板试片叶型孔轮廓度,在零件工艺试验件上加工圆孔,采用三坐标测量其位置度,代替叶型孔位置度,依靠叶型孔成型工艺保障其位置度,属于一种间接定性测量,不仅工序繁琐,而且测量精度不可靠,不能真实表达零件加工状态。
发明内容
为解决上述问题,本发明公开一种流道叶型板叶型孔位置度、轮廓度测量与评价方法。
具体技术方案如下:
一种流道叶型板叶型孔位置度、轮廓度测量与评价方法,包括以下步骤:
(1)配置测量镜头组
根据流道叶型板结构,以及测量精度的要求,选择的合适的光学镜头组,以叶型孔最大宽度为1.2mm,厚度0.8mm,弦长27mm流道叶型板为例,根据其测量精度的要求,选择的光学镜头组应满足:形状误差≤0.003mm;尺寸误差≤0.006mm;球间距误差≤0.008mm;参考点选择0.8mm专用测量参考点。选择MV170镜头组,参考点布置数量在任何170x130mm范围内的数量不少于5个,应贴于零件平坦表面上;
(2)获取流道叶型板三维测量网格数据
新建测量系列,选择不同拍摄角度,设置合适的光学参数,去除多余噪声点数据,保存测量点云,选择标准的网格算法,生成流道叶型板三维测量网格数据;调整相机姿态,设置拍照参数:最小条纹对比度选择15,光亮对比强的点选择避开,阴影区域的点选择避开,槽边缘的点选择使用,最大残差0.20像素,最大视角80°,运动检查阀值0.1像素,环境光线检查阀值0.4灰度值,曝光时间选择自动调解。待零件外缘表面拍摄完成后,新建通过公共参考点进行转换的测量系列,拍摄零件内缘表面,选择两次测量系列的公共参考点每次不少于3个,进行两次拍摄点云拼接,拼接精度应小于0.1像素,否则重复以上操作,然后进行测量点云网格化处理,生成被测零件的三维数据,检查网格质量,查看网格表面是否有漏点、折叠点等缺陷,重复以上操作步骤,直到网格数据完整、光顺为止。
(3)基于三维CAD模型,对齐测量网格
导入流道叶型板理论CAD模型,与实际测量网格进行预对齐操作,在其对正以后,根据设计图要求,构造基准A、B、C特征,然后再用基准特征,通过零件测量、分析坐标系的方法,构建最终零件对齐。
(4)构造被测要素2D特征
在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建第一参考平面,以第一参考面为基础偏置一定距离得到第二参考平面,所述第二参考平面为第一参考平面的平行平面,形状与大小与第一参考平面一致,所述第二参考平面与实际测量网格相交,构造相交截面,此时的截面方向为第一参考平面的法向,所述相交截面为3D空间曲线,无法按照叶型曲线评价,因此创建投影平面,创建所述投影平面的方向为叶型板理论模型Z轴矢量方向,位置为接近第二参考平面,将创建的截面投影到所述投影平面,得到叶型孔2D曲线特征;
(5)位置度、轮廓度评价
选择上述构建的2D曲线,在叶片分析模块中,对2D曲线进行进行分段处理,选择整个封闭的2D曲线,进行位置度拟合计算,分别选择叶型孔四段曲线,分别是CC、CV、LE、TE,进行不同拟合规则的轮廓度计算。
所述构造被测要素2D特征的方法为:在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建第一参考平面,以第一参考面为基础偏置一定距离得到第二参考平面,所述第二参考平面为第一参考平面的平行平面,形状与大小与第一参考平面一致,所述第二参考平面与实际测量网格相交,构造相交截面,此时的截面方向为第一参考平面的法向,所述相交截面为3D空间曲线,无法按照叶型曲线评价,因此创建投影平面,创建所述投影平面的方向为叶型板理论模型Z轴矢量方向,位置为接近第二参考平面,将创建的截面投影到所述投影平面,得到叶型孔2D曲线特征。
(2)获取流道叶型板三维测量网格数据
新建测量系列,选择不同拍摄角度,设置合适的光学参数,去除多余噪声点数据,保存测量点云,选择标准的网格算法,生成流道叶型板三维测量网格数据。
(3)基于三维CAD模型,对齐测量网格
导入流道叶型板理论CAD模型,与实际测量网格进行预对齐操作,在其对正以后,根据设计图要求,构造基准A、B、C特征,然后再用基准特征,通过零件测量、分析坐标系的方法,构建最终零件对齐。
(4)构造被测要素2D特征
在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建参考平面,构造相交于叶型孔内表面的截面,创建投影平面,将此前创建的截面投影到该平面,得到叶型孔2D曲线特征。
(5)位置度、轮廓度评价
选择上述构建的2D曲线,在叶片分析模块中,对2D曲线进行进行分段处理,选择整个封闭的2D曲线,进行位置度拟合计算,分别选择叶型孔四段曲线,进行不同拟合规则的轮廓度计算。
所述构造被测要素2D特征的方法为:在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建第一参考平面,以第一参考面为基础偏置一定距离得到第二参考平面,所述第二参考平面为第一参考平面的平行平面,形状与大小与第一参考平面一致,所述第二参考平面与实际测量网格相交,构造相交截面,此时的截面方向为第一参考平面的法向,所述相交截面为3D空间曲线,无法按照叶型曲线评价,因此创建投影平面,创建所述投影平面的方向为叶型板理论模型Z轴矢量方向,位置为接近第二参考平面,将创建的截面投影到所述投影平面,得到叶型孔2D曲线特征。
本发明的优点是:可以直接评价流道叶型板面轮廓度,用二维叶型孔截面位置度评价叶型孔位置度,代替用圆形孔位置度间接表述叶型孔位置度,提高了叶型孔的位置度的测量精度;提出了分段拟合叶型孔轮廓度的评价方法,使叶型孔轮廓度由定性评价转变为定量评价;本专利所述方法可直接用于零件测量,省去平板工艺件测量以及加工工序,节约了制造成本。
附图说明
图1为典型流道叶型板结构;
图2投影法检测叶型孔轮廓度示意图;
图3为圆孔代替叶型孔位置度示意图;
图4为实际网格与理论CAD初始对齐的示意图;
图5为参考面、投影面、Z轴方向示意图;
图6为构建第一参考平面的示意图;
图7为投影生成的2D叶型孔轮廓线;
图8为本发明的工作流程逻辑框图;
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明,如图所示,
一种流道叶型板叶型孔位置度、轮廓度测量与评价方法,包括以下步骤:
(1)配置测量镜头组
根据流道叶型板结构,以及测量精度的要求,选择的合适的光学镜头组。
(2)获取流道叶型板三维测量网格数据
新建测量系列,选择不同拍摄角度,设置合适的光学参数,去除多余噪声点数据,保存测量点云,选择标准的网格算法,生成流道叶型板三维测量网格数据。
(3)基于三维CAD模型,对齐测量网格
导入流道叶型板理论CAD模型,与实际测量网格进行预对齐操作,在其对正以后,根据设计图要求,构造基准A、B、C特征,然后再用基准特征,通过零件测量、分析坐标系的方法,构建最终零件对齐。
(4)构造被测要素2D特征
在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建参考平面,构造相交于叶型孔内表面的截面,创建投影平面,将此前创建的截面投影到该平面,得到叶型孔2D曲线特征;所述构造被测要素2D特征的方法为,在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建第一参考平面1,以第一参考面为基础偏置一定距离得到第二参考平面2,所述第二参考平面为第一参考平面的平行平面,形状与大小与第一参考平面一致,所述第二参考平面与实际测量网格相交,构造相交截面,此时的截面方向为第一参考平面的法向,所述相交截面为3D空间曲线,无法按照叶型曲线评价,因此创建投影平面3,创建所述投影平面的方向为叶型板理论模型Z轴矢量方向,位置为接近第二参考平面,将创建的截面投影到所述投影平面,得到叶型孔2D曲线特征。
(5)位置度、轮廓度评价
选择上述构建的2D曲线,在叶片分析模块中,对2D曲线进行叶片参数计算,如厚度、弦长、进气角度等,构造特征点,依照设计轮廓度公差不同,对2D曲线进行分段处理,对整个封闭的2D曲线,选择高斯拟合算法,进行位置度拟合计算;选择叶型孔盆、背曲线CC、CV,在上次整体拟合的坐标下评价其轮廓度;选择叶型孔进排气边缘曲线LE、TE,进行二次对齐,只进行平移,不进行扭转,采用切比雪夫算法评价LE、TE轮廓度。将上述步骤定义为宏操作,对余下的叶型孔进行评价;
现有技术中,
如图1所示,流道叶型板典型薄壁翼型孔特征结构,若干叶型孔均匀分布在圆柱面上,基准特征很难构成稳定的测量坐标系,叶型孔内空间狭小,由于余弦误差的存在,三坐标测量机无法准确测量以及评价叶型孔;
常规测量方法是将叶型孔位置度以及轮廓度分开独立测量评价,其轮廓度测量如图2所示,在多倍投影仪上采用幕板检测平板试片上的9个孔,型孔投影在幕板两条曲线之间为合格型孔,该方式无法定量分析轮廓度,也无法测量真实零件特征,轮廓采用整体拟合评价未充分利用弦长公差,易造成轮廓度超差。
如图3所示,在工艺试验件上加工圆孔(直径大于2mm),用三坐标测量机检测圆孔位置度,验证成型工艺的可靠性,真实零件叶型孔位置度靠工艺保证,属于间接测量方法;
本发明的有益效果是:可以直接评价流道叶型板面轮廓度,用二维叶型孔截面位置度评价叶型孔位置度,代替用圆形孔位置度间接表述叶型孔位置度,提高了叶型孔的位置度的测量精度;提出了分段拟合叶型孔轮廓度的评价方法,使叶型孔轮廓度由定性评价转变为定量评价;本专利所述方法可直接用于零件测量,省去平板工艺件测量以及加工工序,节约了制造成本;
以上的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种流道叶型板叶型孔位置度、轮廓度测量与评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)配置测量镜头组
根据流道叶型板结构,以及测量精度的要求,选择的合适的光学镜头组;
(2)获取流道叶型板三维测量网格数据
新建测量系列,选择不同拍摄角度,设置合适的光学参数,去除多余噪声点数据,保存测量点云,选择标准的网格算法,生成流道叶型板三维测量网格数据;
(3)基于三维CAD模型,对齐测量网格
导入流道叶型板理论CAD模型,与实际测量网格进行预对齐操作,在其对正以后,根据设计图要求,构造基准A、B、C特征,然后再用基准特征,通过零件测量、分析坐标系的方法,构建最终零件对齐;
(4)构造被测要素2D特征
在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建参考平面,构造相交于叶型孔内表面的截面,创建投影平面,将此前创建的截面投影到该平面,得到叶型孔2D曲线特征;
(5)位置度、轮廓度评价
选择上述构建的2D曲线,在叶片分析模块中,对2D曲线进行分段处理,选择整个封闭的2D曲线,进行位置度拟合计算,分别选择叶型孔四段曲线,进行不同拟合规则的轮廓度计算,依照设计轮廓度公差不同,对2D曲线进行分段处理,对整个封闭的2D曲线,选择高斯拟合算法,进行位置度拟合计算;选择叶型孔盆、背曲线CC、CV,在上次整体拟合的坐标下评价其轮廓度;选择叶型孔进排气边缘曲线LE、TE,进行二次对齐,只进行平移,不进行扭转,采用切比雪夫算法评价LE、TE轮廓度;将上述步骤定义为宏操作,对余下的叶型孔进行评价。
2.根据权利要求1所述的流道叶型板叶型孔位置度、轮廓度测量与评价方法,其特征在于,所述构造被测要素2D特征的方法为:在叶型孔外缘曲面附近选择合适三点创建第一参考平面,以第一参考面为基础偏置一定距离得到第二参考平面,所述第二参考平面为第一参考平面的平行平面,形状与大小与第一参考平面一致,所述第二参考平面与实际测量网格相交,构造相交截面,此时的截面方向为第一参考平面的法向,所述相交截面为3D空间曲线,无法按照叶型曲线评价,因此创建投影平面,创建所述投影平面的方向为叶型板理论模型Z轴矢量方向,位置为接近第二参考平面,将创建的截面投影到所述投影平面,得到叶型孔2D曲线特征。
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