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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| GR01 | Patent grant | ||
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