整体叶盘测量特征点提取与数据处理研究

【摘要】整体叶盘以重量轻、零部件少，可靠度高等优势代替叶片结构迅速普及到航空发动机中，成为航空工业发展的趋势。整体叶盘属于高精密零部件，制造精度要求很高，叶片扭转角度大、叶片通道间隙狭窄，面临着加工难度大的问题。目前加工困难是制约整体叶盘发展的一个重要瓶颈。如何加工出质量好，合格率高的整体叶盘成为目前国内外研究热点。其中测量是保证整体叶盘加工质量的一个关键，其目的是为获得工件的加工余量，该加工余量用来指导后续精加工。本文采用双立柱五轴五联动机床，实现加工测量一体化，控制精度高，测头选择接触式触发测头，测头测量精度和重复精度高。然而接触式测量方法存在测量效率低下的不足，在保证达到测量精度的前提下提高测量效率对缩短整体叶盘制造周期有很重要的意义。围绕这一难点，本文展开研究工作。在充分研究自由曲面表征方法的基础上，采用三次非均匀B样条法对叶片截面型线的原始数据点进行插值，插值得到的曲线作为设计曲线，为后续的测量特征点规划提供了基础。深入研究了B样条全局逼近算法，推导了针对封闭数据点集重构的算法，在matlab软件的基础上实现了对测量数据的逼近，逼近程度由重构误差E来进行调节，完成了测量曲线的重构工作。分析了复杂曲线曲面特征点提取的基本原则和常用方法，针对难以同时满足测量精度和测量效率的矛盾，提出了适用于叶片截面型线的特征点提取算法—自适应规划方法。建立用于比较特征点提取算法优劣的仿真系统，基于该系统比较了弦公差法和自适应规划法，并以叶片为例，对弦公差法和自适应规划法进行了验证，所提出的自适应规划法能够满足特征点密度与曲率成正相关的关系，比弦公差法规划的结果更具优越性，提高了测量精度和测量效率。通过比较基于距离的数据点排序法、基于极坐标的排序法和二分法，探讨了这些排序方法的不足之处，指出这些排序算法不能有效地对叶片截面型线数据进行排序。为解决叶片截面型线测量数据点集排序的问题，针对叶片截面型线的构造特点，提出了叶片截面型线专用的数据点排序算法—中折线算法，完成了叶片截面型线测量数据的排序。研究了加工余量求解算法以及加工方向确定方法。通过求解设计曲线到测量点的最近点方式求解加工余量，避免了复杂的设计数据点法向量和测量曲线求交运算，并通过两个实例验证了该算法的正确性。
【作者】谭晓丹；
【导师】张雷；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】整体叶盘；测量点；自适应规划；排序；

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