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。     

涡轮叶片叶面B-spline曲面层次化拟合方法

航空发动机涡轮叶片表面形状复杂,其三维重构是叶片成型精度分析以及质量控制的重要手段。涡轮叶片叶面是一个复杂的自由曲面,其拟合是重构涡轮叶片的关键步骤之一。本文以涡轮叶片叶面拟合为研究对象,提出一种B-spline曲面层次化拟合方法,该方法首先构建网格曲面的多分辨率模型,然后完成该多分辨率三角网格模型的参数化,最后在多分辨率三角网格的基础上通过粗略拟合、精确拟合以及最终拟合3个主要步骤完成曲面拟合。该方法可以完成高阶连续自由曲面的拟合,适用于海量测量数据的快速拟合,具有较高效率并且拟合结果精度高。     

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。     

航空发动机叶片大曲率型面测量方法研究

大扭角、大曲率等复杂空间曲面叶型是航空发动机叶片发展的趋势,而传统的测量方法已经不能满足这种新型叶片的测量需要。多次的测量比对数据显示,利用CAD模型引导测量并评价的方法不但降低了叶片测量在等高方面的要求,而且消除了投影计算方法中带来的计算误差,更加快速、准确地反映了叶片的真实加工质量。     

大型非球曲面光学零件步长伸缩双圆弧插补技术研究

提出了一种适用于非球曲面光学零件数控加工的“步长伸缩双圆弧插补”的插补算法,采用转角平分法在非圆曲线两相邻节点之间构造两相切圆弧进行拟合。该算法可根据加工精度要求自动调节插补步长,能在满足加工精度的要求下获得最少的拟合圆弧段,从而提高了加工效率,且计算相对简单。     

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。     

在机测量技术与工程应用研究进展

在机测量技术相比离线测量具有成本低、加工过程可检测、无需搬运与反复装夹等优势,为航空涡轮叶片、飞机机身机翼蒙皮、核电汽轮机大叶片、汽车发动机曲轴等复杂曲面零件精密制造提供了新的技术手段,但实际操作过程中仍存在两大技术难题:(1)接触式在机测量精度较高,但受单点碰触采集模式的限制,检测效率无法满足工业零件的全尺寸批量化检...     

基于模型大扭角叶片的三维矢量测量技术

针对接触式坐标测量机测量大扭角叶片截面存在余弦误差的问题，提出了基于模型的矢量测量方法。本文对此方法的测量精度及测量效率等方面进行论述，并通过实例验证了基于模型的矢量测量方法在精度与效率等方面优势，实现了此测量方法的工程化应用。     

基于迭代算法的复杂曲面零件三坐标测量快速精确定位方法

针对复杂曲面零件在三坐标测量过程中存在着定位难、定位精度低的问题,基于改进的迭代最近点算法,提出了考虑半径补偿的预定位与精定位的多级定位算法;并通过建立定位点几何误差与叶片定位精度的数学关系模型,结合贪婪算法与六点原则,给出了近优的定位点序列生成方法。结合定位算法与定位点序列,给出了复杂曲面零件定位迭代流程,并开发了三坐标测量定位系统。以涡轮叶片为例,通过的定位仿真和定位实验,结果表明:该系统只需测量12～18个点即可使得叶片定位误差在0.1mm以内,证明该系统能有效的提高复杂曲面零件的定位精度和效率。      

某型航空发动机叶片逆向工程方法研究

以某航空发动机叶片为研究对象,结合叶片的曲面特征,使用三坐标测量机逆向工程采集点云数据;提出了适合于叶片曲面的最小二乘滤波降噪算法,应用滤波算法对点云数据进行降噪处理,并使用ImageWare软件完成数据的曲线曲面重构;最后从曲面质量和拟合精度两方面,分析和评价了叶片逆向工程的精度可靠性。     

叶片六点优化定位规划技术研究

叶片具有结构复杂、自由曲面多等特点。为解决叶片密集测量数据与其CAD模型的预配准定位问题,提出六点优化定位算法进行预配准。结合六点定位原理与预配准分析技术,在榫头基准面上建立原始坐标系,对六点的主次方向进行定位误差分析配准运算,减小每个测点的误差,使CAD模型与理论模型达到吻合状态,最后完成6个自由度的点分布,得到最终的叶片模型预配准控制点集。避免了ICP算法对大量点云数据处理的繁琐计算,实现了批量叶片在六点优化定位后的密集测点优化预配准,且定位精度均在0.02 mm左右。六点优化定位与典型六点定位进行配准结果对比分析表明,叶片六点优化定位算法预配准精度均在0.02 mm左右,满足叶片模型预配准精度要求。     

单点金刚石车削非球曲面测量数据样条拟合算法研究

在分析离散数据插值与逼近方法的基础上,讨论了B-样条拟合算法;并针对超精密非球曲面的测量数据,分析了B-样条拟合算法的拟合误差与阶次的关系,同时与多项式最小二乘拟合做了比较.对比结果表明,B-样条拟合能达到更高的精度,并建议在非球曲面拟合中采用4阶次B-样条、51个控制节点,能达到较好的拟合效果.     

基于数据拟合提高非球曲面面形精度的方法

介绍了采用LVDT在线测量非球曲面的原理,并给出最小二乘数据拟合处理方法;通过试验加工球面和非球面元件,利用LVDT测量头进行在位检测,评估面形精度,经数据拟合插补和误差控制,并采用激光干涉仪测量验证后表明,该算法可以应用于高精度非球面测量及加工误差补偿程序,以提高非球曲面加工精度.     

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。     

基于纬线法的鼓形刀具刀位误差分布计算

刀具误差分布是描述刀具表面与设计曲面之间相对位置关系的重要表达方式,在刀具姿态调整与行宽优化中具有重要应用价值。为提高鼓形刀具刀位误差分布的计算效率与精度,提出了一种基于纬线法的新算法,即纬线圆圆心定位法。该方法通过刀具表面一系列纬线圆的圆心来计算刀具表面与设计曲面之间的最短距离,进而求解其刀位误差分布曲线。针对纬线圆圆弧包络法、纬线圆圆弧离散法和纬线圆圆心定位法,讲解了3种计算方法的基本原理,并详细地分析了影响3种方法计算效率与精度的主要因素。然后,对比分析了纬线圆数量对3种方法计算效率与精度的不同影响。最终,利用某叶片零件加工表面进行了实验验证。结果证明,3种算法皆可满足行宽计算误差不大于5%的要求。但是,3种算法中,纬线圆圆弧离散法所需计算时间最长,纬线圆圆弧包络法其次,所需计算时间减少约50%,纬线圆圆心定位法的计算效率最高,所需计算时间减少约80%。在计算精度方面,纬线圆圆弧离散法与纬线圆圆心定位法精度较好且准确度相差不大,但是比纬线圆圆弧包络法精度提升不足5%。     

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。     

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。     

基于面轮廓的叶片磨削过程误差监控方法研究

针对航空发动机叶片形状复杂,传统的线轮廓统计控制方法(SPC)难以保证其整体精度的问题,本文基于面轮廓控制图,建立了叶片磨削过程误差监控模型.针对叶片型面特征,采用波纹度参数进行精度监控.建立了测量点到理论型面曲面的最短距离模型,并基于粒子群算法给出了距离求解算法;基于最短距离,构建了基于指数加权移动平均的面轮廓控制图(Exponentially Weighted Moving-Average,EWMA),并通过蒙特卡罗仿真方法给出了控制图上下控制限计算方法.最后通过基于仿真数据的模型验证,表明了该模型的有效性.     

壁厚与外形耦合约束下空心叶片加工余量优化方法

针对宽弦空心风扇叶片余量分布不均匀甚至负余量的困难，提出了考虑壁厚与外形耦合约束的多层次余量优化方法。首先，获取外形在机测量结果后，利用拉普拉斯网格变形算法重构叶片毛坯曲面，据此在叶片机内测量允用时间内获得壁厚测量处精确的法矢。为了加工余量分布同时满足叶身壁厚和外形的设计要求，建立了耦合壁厚和外形的优化约束条件，提出了不同解空间的多层次余量优化变量，从而构建了不同优先级的余量优化模型。并且通过递进使用不同优化模型求解最优空心叶片余量分布。最后，以某型空心叶片为对象验证了所提方法的有效性，能保证加工余量、壁厚与外形耦合的公差约束，这为宽弦空心叶片智能余量优化提供了新方法。     

基于CATIA V5系统的非金属曲面零件展开方法研究

提出了一种应用于飞机非金属曲面零件简便实用的展开方法。基于CATIA V5系统环境下,应用可展直纹面分块拟合零件定义复杂曲面,将零件三维轮廓按拟合直纹面进行分块展开,所得的分块展开轮廓在二维工程图纸环境中依据给定的规则拼接成零件完整展开图形,实现此类非金属曲面零件的展开。分析了展开方法产生的误差,给出了实用的展开精度控制方法,实现了在未进行二次开发情况下,获得满足此类零件工程制造精度要求的二维展开图形数据。