叶片三维轮廓测量点云数据高精度多角度融合

针对高精度多角度点云数据融合叶片测量难题,设计了一种基于相位测量轮廓方法的多角度点云数据融合的机械装置.通过设计对参考平面数据旋转的算法,实现叶片三维轮廓的高精度数据合成,精度达到(0.06±0.01)mm.这种装置的方法、结构简单实用,测量效率和精度高,可以多个叶片同时测量,是一种可以取代三坐标测量的实用方法.     

高精度测量燃气轮机叶片前缘的三维轮廓

为了解决高精度测量燃气轮机叶片前缘三维轮廓的难题,提出了一种基于球阵列标定检验方法,直接对金属表面的叶片前缘三维轮廓进行高精度测量的相位轮廓测量系统.通过多角度数据融合算法和非线性最小二乘的递归算法,最后高精度测量出叶片前缘三维轮廓,对叶片前缘16个剖面进行拟合,得出了叶片前缘半径和前缘圆心.结果显示:叶片前缘测量系统、方法和算法的综合误差为±0.03mm.此实验装置和方法测量效率高、精度高,将叶片测量和模型化技术推进了一步.      

基于三频外差法的异构铸件三维测量系统

惯性平台中的台体和本体均为复杂异构铸件，目前多采用人工划线法建立多个基准来进行测量，效率和精度低，易漏检误检。基于多频外差法的三维光学测量系统已广泛应用于航空、航天等制造领域，根据被测铸件异构的特点，结合双目视觉和相位光栅法较高的检测效率和精度，搭建了一套三维测量系统。首先通过平板标定法得到系统的固定参数和可变参数，然后利用数字光栅投影仪向被测零件表面投射三套不同频率的相移条纹图，相机同步采集变形条纹图，再利用四步相移和三频外差法得到周期为1的相位分布，以此为基准展开得到连续分布的绝对相位，结合极线约束和相位匹配重建出被测零件的三维点云数据，最后在三维软件中完成点云处理、曲面重构和三维测量。实验结果表明，系统的绝对测量精度小于0.1mm，能够实现异构铸件的三维尺寸测量，具有较高的检测效率。     

航空发动机叶片高精度自动测量系统

为了解决叶片完整型面自动测量存在的问题,提出了一种叶片高精度自动测量融合系统.系统结合双目三维扫描装置和电控转台,利用高精度校准平面旋转,通过平面拟合、虚拟转轴及角度计算,获取高精度四元数及中心位置坐标后完成自身定位.多次测量数据以中心坐标为中心,进行四元数运算,即可实现叶片实时测量融合.对融合后数据采用阈值迭代就近点(ICP)算法收敛处理消除机械转动误差.结果表明:系统装置综合精度为0.03~0.04mm,可自动、高效、稳定地实现发动机叶片的高精度测量.      

图像灰度和相位信息耦合的化铣胶膜刻型三维测量方法

航空航天等薄壁类金属结构件化铣过程中需进行多次刻型以生成凸台、筋条等结构。对其加工图案进行三维测量，不仅可检验加工精度，还可为轨迹规划、刻型工艺等参数优化提供基础数据，是保证化铣零件制造质量的关键技术。现有检测方法主要有人工模板比对、被动双目重建、三维点云分析等，可实现轮廓尺寸等基础参数检测，但在测量精度与完整性上仍存在较大问题。针对此，在结构光与被动双目三维测量的基础上，提出了一种耦合灰度-相位变化信息的化铣胶膜刻型三维测量方法。首先，分析刻型图案邻近区域灰度-相位变化特征，构建对应数学模型；然后，在此基础上，提出耦合左右相机灰度-相位信息的snake模型（Gray-Phase snake, GP snake），实现刻型图案中心线的高精度提取，克服灰度变化不均匀、左右相机视角不一致等因素导致中心线提取不精准的难题；最后，基于相位信息实现轮廓三维重建，解决传统方法上下边缘处重建不完整的问题，保证刻型图案测量的精度与稳定性。实验结果表明，所提方法可以实现化铣胶膜刻型图案中心线的完整三维重建，精度达0.036 mm。     

基于点云融合的管路精确测量方法

为了提高航空发动机管路测量的精度,提出一种基于点云融合的管路模型精确测量方法。利用机器视觉原理从多张图片中得到全局点坐标,作为三维结构光测量过程中的定位点,获得点分布密度基本均匀的点云数据,最后利用点云融合技术得到管路三维数字化模型。测量试验表明,该方法的测量值与标准值最大绝对偏差为0.16mm,可以有效提高管路测量的精度。     

用于测量蜗轮轮箍的复合式坐标测量投影仪

镶嵌式蜗轮系统(叶片及轮箍)由于其具有可更换性,在现代化的工业中逐渐代替了整体绕铸式蜗轮系统.主要用于航空工业或发电行业.由于其功能的重要性(动力的来源),以及其易损性(受高速旋转的离心力作用),因此,必须对其质量进行严格控制.轮廓制造精度是质量控制的最重要的关键之一,蜗轮系统的轮廓测量一般需使用多种仪器进行测量,特别是大型蜗轮系统的轮廓测量多年来都是世界的难题之一.     

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.     

基于无序点云的叶片截面特征参数提取

针对提取航空发动机叶片截面特征参数的实用性要求,研究了基于无序点云数据的叶片截面特征参数提取方法.综合距离法和二分法的优点,采用基于矩形腐蚀法的距离-二分法对点云数据排序,基于最小包容区域直线和最小二乘圆拟合,提出了将整条叶片截面点云数据分割成前缘、后缘、叶盆和叶背4部分的自动分区方法,对特征参数提取方法做了研究并用VC++进行算法实现,使用UG/OpenGrip生成UG中叶片截面上的点云数据进行实验运算,计算精度达到10-4mm,表明在实际测量和参数提取中算法误差可以忽略.      

航空发动机直纹叶片的线形特征点云构造算法

针对航空领域形状复杂、高精度的直纹叶片曲面的逆向设计问题,借助该类叶片曲面的几何特征,提出一种线形特征点云的构造算法.在对叶片散乱点云边界进行快速识别的基础上,采用反投影法提取直纹母线矢量,利用退火算法求解边界数据点配准的多目标优化问题,以实现边界点云数据的非刚性配准.根据配准结果构造等分点,进而得到规则有序的线形特征点云,达到快速生成高质量叶片曲面的目的.本算法在处理直纹叶片点云数据方面具有较好的效果.对直纹叶片的曲面重建具有一定的理论意义和应用价值,通过实验验证了该算法的可行性.     

叶片全三维反问题优化设计方法

基于数值求解Navier-Stokes方程,对叶轮机械叶片全三维反问题优化设计方法进行研究.反问题给定叶片表面的静压分布反求叶型,假设叶表网格点有虚拟移动速度,迭代过程中根据叶表的实际静压和目标静压之差来修改叶型.对单排叶栅进行了反问题设计,并给出了初步的优化算例,结果能很好地满足目标静压分布,验证了该方法的有效性,计算的时间和精度也适合进行工程应用.     

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。     

航空发动机叶片型面测量方法评述

叶片的型面质量是影响发动机性能的一个重要因素。基于叶片型面测量的重要性，本文对现行的检测方法进行了分类总结，比较完整地评述了其适用情况、测量精度、测量能力及局限性等，针对未来叶片的发展，提出了叶片型面测量技术的发展趋势。     

基于光学几何测量的整体叶盘几何失谐建模与辨识

通过光学几何测量技术获取精确的叶片型面差异化信息（即几何失谐）建立整体叶盘的高保真动力学模型的方法，并进一步开展整体叶盘几何失谐辨识的研究。采用先进的三维结构蓝光扫描系统测量构建精确的叶片几何型面点云模型，然后采用网格变形技术，将谐调叶片有限元模型的表面节点自动投射至实测的点云表面，以回避传统逆向工程的实体模型重建环节，从而实现整体叶盘高保真动力学模型的快速构建。该模型可直接用于量化识别叶片几何失谐对其固有频率和振型的影响，其中各叶片“一弯”频率失谐量在2.1%以内，同时可以精确比对各叶片间的模态置信因子，因此可大幅提高整体叶盘建模和动力学仿真分析的准确性。     

基于人群搜索算法的Dykas汽轮机叶栅型线重构

针对汽轮机叶片智能优化设计中的叶片参数化建模与型线重构问题,首先基于三次Bezier曲线推导了叶片型线的坐标方程,根据叶片基本几何参数实现了汽轮机叶片型线的参数化表达。在构建的参数化模型的基础上,根据已知的叶型坐标点数据,采用人群搜索算法(SOA)重构实际汽轮机叶片型线,并通过叶型重构算例对SOA和粒子群算法(PSO)进行了对比分析。结果表明：基于Bezier曲线构建的参数化型线光滑性好质量高,所提方法可以任意修改叶型几何参数并再生模型,实用性较强且效率较高。基于SOA优化算法的叶片型线重构方法可以准确重构Dykas汽轮机叶片型线,且SOA重构叶型的方法收敛速度快、收敛结果更稳定,为汽轮机叶片优化设计奠定基础。     

某双级高压涡轮全三维计算

采用自主研发的全三维黏性涡轮设计体系对某双级高压涡轮进行了反设计,并利用商业软件CFX12.0在采用二方程湍流模型SST(shear stress transportation)模型、考虑冷气和转捩等条件下对反设计得到的叶型进行了全三维计算分析,采用源项模拟技术处理气膜冷却流动.计算结果与试验数据进行了对比,结果表明计算得到的效率与试验值吻合,中等负荷高压涡轮气冷叶型采用后部加载设计技术可有效控制流动损失.     

基于控制理论的压气机叶型数值优化方法

将基于控制理论的气动优化方法应用于轴流压气机叶型设计.以Euler方程作为流动控制方程,具体推导得出了其相应的伴随方程,分析了边界条件,并给出求解方法.以给定压力分布作为目标函数,将参数化叶型作为设计变量,在求得目标函数对设计变量的梯度信息后,结合BFGS优化算法得到优化方向,更新设计变量完成叶型的优化设计.通过三个算例验证了该叶型优化设计方法的有效性.