基于点云配准算法的叶片进排气边测量技术研究

针对航空发动机叶片型面自动检测的难题,建立了以激光测头为核心的五轴非接触测量系统。通过合理的测量规划对叶片进行多角度、多截面自动扫描测量,得到其表面测量点及冗余点。进而将点邻域曲率特征引入到点云配准算法中,自动优化初始冗余点点集,应用ICP点云配准算法对多角度测量点进行拼接处理,最终得到叶片型面点云。     

基于iGPS的飞机部件对接测量点选取方法研究

iGPS在飞机对接中拥有多点实时测量、测量范围大的优势,是未来飞机对接测量的发展趋势.在iGPS测量过程中,测量点的选取是测量工作的重要环节,对飞机部件的对接质量影响很大.目前测量点的选取主要依赖经验,难以满足高效对接的需求,针对这一问题提出了一套基于测量关键特性的iGPS测量点选取方法,按照对接流程将测量关键特性分为基准特性、调姿特性、连接特性和工装特性4类.基于4类测量关键特性提出了测量点选取原则和方法.通过某型号民机前、中机身对接实例详细阐述了飞机对接测量点选取流程,验证了该方法的可行性.     

基于随机测量点的机翼精加工位姿计算方法

在机翼精加工过程中,需要对机翼的位姿进行计算,以指导其调整。通过对翼面水平测量原理的分析,提出一种基于随机测量点的机翼精加工位姿计算方法。首先,以翼面水平测量数据为基础,采用以最小二乘法为目标函数的迭代最近点算法,求解出测量点在翼面设计模型上的匹配点,形成位姿计算所需的2个点集。然后,运用Levenberg-Marquardt算法计算出这2个点集间的变换关系,实现位姿参数的求解。最后,为减少测量点误差对位姿计算的影响,给出了测量点精度补偿方法。仿真算例表明,该方法具有较高的计算精度,能够满足实际工程需求。     

精密测量中的圆柱拟合算法研究

针对测量圆柱型工件时无法采集稠密测量点的情况,提出基于投影点圆度计算的圆柱拟合算法。算法思想为根据测量点在某一平面上的投影的不同情况来判断投影平面法向和测量圆柱轴向的关系。当测量点的投影点拟合出的平面圆圆度最小时,投影平面的法向和圆柱轴向是最相近的,最后将该平面的法向和平面圆半径做为圆柱拟合的初值用牛顿迭代法进行圆柱拟合。实验结果验证了该算法在测量点稀疏的情况下也可以较为准确的拟合圆柱。     

飞机部件数字化调姿定位测量点的优选与构造算法

数字化调姿定位系统中飞机部件的位姿常通过固连在部件上的测量点的坐标来控制，依据测量点在调姿定位前的实际坐标和调姿定位后的理论坐标将飞机部件从初始位姿调整到目标位姿。由于实际工况中测量点之间的实际长度与理论长度存在偏差，甚至存在超差，如果不对测量点及其坐标数据进行处理，将会产生较大的调姿定位系统内力，也将影响调姿定位精度。为提高飞机部件调姿定位的整体精度，降低调姿过程中的系统内力，提出一种测量点的优选和构造算法，以测量点在调姿定位前、后的实际坐标和理论坐标作为输入条件，分析实际工况中测量点的位置偏离状态，构建测量点的优选判据，计算并确定优选的测量点。在此基础上，将实际工况中的优选测量点匹配构造到理论坐标处，使构造点处于其理论点的公差盒内，并使构造点与理论点的距离的平方和最小。试验结果表明：经过测量点的优选和构造，飞机部件调姿定位过程中的系统内力减少到无优选和构造情况下的4.4%,并使得满足理论坐标及其公差要求的测量点的数量较无优选和构造情况提高了30%。     

用宽视场实时测量系统进行多目标测量时轨迹识别的一种方法

本文给出了利用宽视场实时光学测量系统进行多目标弹道测量时识别多目标轨迹的一种方法。该方法分两步完成,即先进行单站目标测量点轨迹识别,然后进行站间测量点的轨迹匹配。在单站轨迹识别中,先利用多项式拟合进行预测,根据跟踪门进行轨迹分裂、延伸,然后按多帧预测偏差量对各分裂轨迹进行x~2检验,形成可能轨迹,最后对可能轨迹进行判诀。在站间轨迹匹配中,利用轨迹上多点共面条件行列式绝对值之和进行轨迹匹配判决。文中还粗略分析了单站轨迹识别及站间轨迹匹配方法能可靠识别的目标测量点密集度极限。仿真实验表明,本文给出的轨迹识别方法可行,识别极限的分析结果也基本正确。     

基于CMM的薄壁叶片型线测量点分区域采样规划方法

薄壁叶片具有型面复杂,刚性差,加工误差大且分布不均匀的特点。传统的测量点采样规划方法只考虑了薄壁叶片的几何特征,而忽略了其加工误差的分布情况。这直接导致叶片型线重要形状信息丢失,更造成有限测量资源的浪费,限制三坐标测量机精密、高效测量性能的发挥。针对以上问题,提出一种测量点分区域采样规划方法。在测量点采样过程中,既利用叶片型线的几何特征,又兼顾叶片加工误差的分布情况。首先,根据薄壁叶片的特点,提出测量点采样规划的原则;然后,基于所提出的原则,依次从测量区域划分和测量点计算两方面,对测量点分区域采样规划方法进行研究;最后,在实际叶片上,对所提出的方法进行试验验证和对比分析。结果表明,所提方法在满足薄壁叶片几何特征的同时,更加适应其加工误差的分布情况,并且能够提高测量效率和精度。     

压气机转子叶片表面动态压力测量的探索研究

将一个Kulite动态压力传感器埋入轴流压气机转子叶片50%叶高、25%轴向弦长位置,对该点吸力面动态压力进行了实验测量,并与CFD数值模拟结果进行了对比,为今后进一步测量转子表面静压分布和动态压力脉动积累了丰富的经验。实验中数据采集系统固定在压气机转轴上随其一起旋转,可以对压力信号直接进行采集、放大并存储。结果表明：①叶片表面静压实验测量值与计算结果吻合较好,说明测量结果是可信的;②可以成功地捕捉到转子叶片表面的非定常压力脉动,测量点非定常压力脉动的周期与转子转动周期相同。     

三坐标测量机测量路径自动生成的研究

测量路径的自动生成是现代三坐标自动测量机软件系统的一个重要功能。测量路径即测量机执行测量任务时的运动轨迹，由测量点、定位点和触测方向的序列组成。本文研究了截平面法生成理论测量路径和计算测量点，给出了简单稳定的方法计算测量点，计算定位点的算法采用了等距法。     

基于通用三坐标测量机的面齿轮齿形误差测量

考虑面齿轮实际齿面的加工误差客观存在的基础上，采用一种迭代方法建立测量坐标系，使得测量坐标系尽量接近设计坐标系，并根据加工误差对测量坐标系与设计坐标系之间关系的数学模型进行约束，从而实现精确求解。在此基础上，建立了实测点与理论测量点之间的数学模型，并由此补偿加工误差引起的相关测量误差。最后进行实际测量实验，结果显示本方法的测量坐标系与设计坐标系之间的误差相比于传统方法降低了89%以上，最大测量偏差降低了54%以上，测量结果更加真实可靠。     

考虑半径补偿的三坐标测量数据精确配准方法

叶片模型的配准定位是叶片形状检测分析的一个核心环节,针对涡轮叶片的三坐标测量数据在基于迭代最近点的配准定位中与CAD模型表面点的配准关系不对应的问题,提出一种考虑半径补偿的精确配准方法。在求取配准点集的过程当中考虑到半径补偿,使得测量点集与待配准点集之间的关系相对应,进而获取更高的配准精度。进行基于仿真数据的配准试验及对比,给出了基于实测数据的应用与分析,验证了该方法的精确性与实用性。结果表明,考虑半径补偿的三坐标测量数据精确配准方法是可行的。     

三维PDPA系统在φ3．2m风洞中的实验研究

非接触测量的PSPA系统在φ3．2m风洞中进行双三解翼速度场试验中，采用随测量点位置的移动而进行粒子投放。三维的光路布置则是采用安装在风洞外移测架的横梁上。实验结果表明，粒子投放的方法和光路布置及测量是合理的。同时指出：粒子的投放应该在x／d＞45处，从而解决了在大型低速风洞中的粒子投放和光路布置问题。     

拟合精度约束下航发叶片在机测量采样策略

测量点数量是影响航空发动机叶片复杂曲面在机测量效率的关键因素，为了在满足拟合精度要求的情况下最少化测量点数量，提出了一种考虑拟合精度的叶片在机测量采样方法。首先，根据叶身曲面测量的评价特点，将评价曲面的拟合精度降维成评价一组截面轮廓的拟合精度，建立了度量不同拟合曲线之间误差关系的模型。接着，使用放缩变换从误差关系模型中剥离出拟合误差，并推导出拟合误差的上界模型。进一步以拟合误差上界满足给定拟合允差为约束，依据逼近误差原理迭代计算出最少测量点数量。最后，选择离心式叶轮为对象，在保证在机测量结果拟合精度要求的前提下，验证了此方法能够减少测量点数量以提升测量效率，这为优化曲面类零件的在机测量工艺提供了一种新方法。     

飞机装配中的数字化测量系统

阐述了面向飞机装配过程的数字化测量系统相对于传统测量系统具备的特点和优势,对飞机装配中常用数字化测量设备的功能和作用进行了简要介绍,详细论述了数字化测量软件环境的结构框架,研究了测量设备布站规划与仿真、测量点自动搜索跟踪算法、飞机装配测量误差补偿手段以及飞机部件装配质量分析方法。     

压气机转子叶片表面动态压力测量的探索

将一个Kulite动态压力传感器埋入轴流压气机转子叶片50%叶高、25%轴向弦长位置,对该点吸力面动态压力进行了试验测量,并与CFD(计算流体动力学)数值模拟结果进行了对比,为今后进一步测量转子表面静压分布和动态压力脉动积累了丰富的经验.试验中数据采集系统固定在压气机转轴上随其一起旋转,可以对压力信号直接进行采集、放大并存储.结果表明:①叶片表面静压试验测量值与计算结果吻合较好,说明测量结果是可信的;②可以成功地捕捉到转子叶片表面的非定常压力脉动,测量点非定常压力脉动的周期与转子转动周期相同.      

基于CATIA/CAA的快速布点技术研究

针对框、梁、壁板、翼肋、双曲面类机身蒙皮、模具型面等三坐标数字化测量前测量布点和数据准备效率低、布点规范性差和测量二维简图生成繁琐等问题,在典型测量特征的布点规则进行整理的基础上,提出了测量布点的算法.在CATIA的环境下,通过CAA二次开发,建立了测量布点平台,实现了框、梁、壁板、翼肋、双曲面类机身蒙皮、模具型面等零件测量点快速布置的功能,提高了测量点和数据的规范性,缩短了测量准备周期,在实际生产中有一定使用价值.     

弓高弦长法测量圆直径的研究

弓高弦长法测圆直径的一个重要问题，是如何选取最佳测量点。本文从误差的传递着手，严密推证了弓高及弦长测量的标准差取不同值时最佳测量点的位置。     

基于五轴测量技术的整体叶环快速检测方法研究

针对航空发动机整体叶环形状复杂、技术要求高、检测难度大等特点,本文基于五轴测量技术,搭建了测量系统,对整体叶环叶片型面进行了扫描测量方法研究,应用MODUS软件对测量点云数据进行处理与分析,实现了叶片截面轮廓误差和特征参数等的测量。通过实例测量,验证了该方法的测量效率。     

基于测量点云的涡轮叶片配准定位算法应用研究

涡轮叶片是航空发动机的核心零件,其精铸后进行数控机加需要先实现叶片测量点云与CAD模型的快速、准确配准定位。为此,针对测量点云初始位姿不佳的问题,实现了基于主成分分析的预对齐和手工关联预对齐两种预对齐算法;针对匹配点计算效率较低的问题,实现了网格法、赋范空间投影法和基于kd–tree快速搜索法3种搜索算法,通过对比分析发现,基于kd–tree搜索算法计算效率较好。在此基础上,确定了手工关联预对齐、基于kd–tree快速搜索匹配点集和ICP方法的配准方案,示例测量点云配准定位后与CAD模型差异区间为[–0.06 mm,+0.1 mm],符合涡轮叶片铸造精度情况。     

基于可行图的五轴在机测量探针轴向优化方法

针对不同探针轴向下红宝石球上触碰点会引入不同预行程误差导致标定精度和效率低的问题，提出了一种用于优化在机测量探针轴向的可行图构建方法。首先，根据包围盒算法计算各个测量点处免干涉的探针轴向。接着，利用机床运动学链建立红宝石球上触碰点与机床旋转轴的关系，进而构建机床转台旋转角度的可行图。为了提升检测精度，以减少红宝石球上触碰点和机床旋转轴方向变化为原则，优化测量路径上探针轴向，满足无干涉且红宝石球触碰点最少的条件。最后，以离心式叶轮为例进行验证，采用此方法不仅能保证红宝石球上触碰点个数最少而大幅度缩短标定时间，还能减少引入的机床误差量而提升测量精度，实验结果证明该方法重复性好、可行度高。