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基于线激光扫描的叶片三维型面重构方法

四川大学学报（自然科学版） 2023年第3期60卷 104-111页

作者：董洁王宗平欧登荧陈龙庆谢罗峰殷国富成都航空职业技术学院成都610100 四川大学机械工程学院成都610065 四川大学空天科学与工程学院成都610065 四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室成都610065

叶片作为航空发动机的核心部件,对整机的安全性和可靠性起着关键性作用.一直以来叶片型面的尺寸、形状精度在加工和检测过程中均有着严格要求.为此,本文提出一种基于线激光扫描的叶片三维型面重构方法.首先,基于研制的叶片四轴检测装置... 详细信息

叶片作为航空发动机的核心部件,对整机的安全性和可靠性起着关键性作用.一直以来叶片型面的尺寸、形状精度在加工和检测过程中均有着严格要求.为此,本文提出一种基于线激光扫描的叶片三维型面重构方法.首先,基于研制的叶片四轴检测装置,结合线性编码器与线激光传感器实现了叶片型面的快速扫描与数据采集.然后,提出基于叶片基准面几何特征的多视场扫描数据拼接方法,完成了叶片型面的高精度重构.最后,以典型叶片为实验对象进行型面重构实验,并将重构数据与三坐标测量结果进行对比.结果表明叶片截面轮廓的平均偏差在0.040 mm以内,标准差小于0.028 mm.验证了提出的叶片型面重构方法的精确性与可行性.

关键词：线激光叶片型面三维重构多视场数据拼接

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数控展成电解磨削整体叶轮叶片型面的研究

中国机械工程 2003年第1期14卷 24-26页

作者：干为民徐家文刘延禄常州工学院机械系江苏省常州市213002 南京航空航天大学机电学院南京市210016 常州市科学技术协会江苏省常州市213003

为解决整体叶轮叶片型面的精加工难题 ,进行了五轴联动数控展成电解磨削的基础研究。根据数控展成电解磨削整体叶轮叶片型面这一加工方法的特点 ,在分析了数控展成电解磨床的结构与运动的基础上 ,介绍了经济型多轴数控系统及其联动控制... 详细信息

为解决整体叶轮叶片型面的精加工难题 ,进行了五轴联动数控展成电解磨削的基础研究。根据数控展成电解磨削整体叶轮叶片型面这一加工方法的特点 ,在分析了数控展成电解磨床的结构与运动的基础上 ,介绍了经济型多轴数控系统及其联动控制方法 ,建立了电解磨削非平行直纹展成曲面的数学模型 ,开发了五轴联动数控展成电解磨削自动数控编程系统 ,对航空发动机整体叶轮的叶片型面进行了电解磨削的工艺试验。结果表明 ,数控展成电解磨削工艺的加工精度和表面粗糙度可满足整体叶轮的技术要求。

关键词：数控展成电解磨削整体叶轮叶片型面

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开式整体叶盘叶片型面数控抛光编程技术

计算机集成制造系统 2014年第2期20卷 379-384页

作者：蔺小军杨阔吴广董婷西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室陕西西安710072

为了实现整体叶盘叶片型面数控抛光,针对五坐标数控抛光机,研究开式整体叶盘叶片型面数控抛光轨迹规划与编程技术。通过分析多坐标数控抛光系统结构及开式整体叶盘抛光工艺方法,提出面向抛光加工的路径规划方法,选择分段直纹面拟合逼近... 详细信息

为了实现整体叶盘叶片型面数控抛光,针对五坐标数控抛光机,研究开式整体叶盘叶片型面数控抛光轨迹规划与编程技术。通过分析多坐标数控抛光系统结构及开式整体叶盘抛光工艺方法,提出面向抛光加工的路径规划方法,选择分段直纹面拟合逼近叶片型面,利用分段直纹面的直母线直接生成刀位轨迹。最后进行了数控抛光实验验证,实现了整体叶盘叶片型面抛光的机械化和自动化,极大地提高了整体叶盘的抛光效率,为航空发动机整体叶盘的使用性能和安全可靠性提供了保障。

关键词：数控抛光柱形磨头叶片型面抛光轨迹规划编程

基于CMM测量的航空发动机叶片型面误差分离技术

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计量学报 2014年第1期35卷 18-24页

作者：蔺小军刘相柱郭研崔栋鹏樊宁静西北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室陕西西安710072

针对三坐标测量机检测叶片型面数据处理的关键问题，提出一种叶片型面误差分离方法。采用等高法测量叶片，给出了叶片型面公差评估指标的计算方法和误差分离的原则与步骤。在数据处理时采用最小区域法对测量点和理论截面轮廓线对应点进... 详细信息

针对三坐标测量机检测叶片型面数据处理的关键问题，提出一种叶片型面误差分离方法。采用等高法测量叶片，给出了叶片型面公差评估指标的计算方法和误差分离的原则与步骤。在数据处理时采用最小区域法对测量点和理论截面轮廓线对应点进行匹配，建立了匹配目标函数，采用DFP变尺度算法对其求解，并通过第2次匹配消除建立坐标系误差的影响，以分离出叶片型面线轮廓度误差、扭转误差和位置度误差来判定叶片型面误差是否合格。最后通过实例证明了该方法的实用性和有效性。

关键词：计量学叶片型面误差分离坐标测量机匹配线轮廓度

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叶片型面测量原理与技术研究

叶片型面测量原理与技术研究

作者：任俊刚沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着航空、造船、汽车和模具工业的高速发展，对自由曲面类零件的加工要求和尺寸检测要求都随之提高。叶片作为一种典型的复杂曲面，其型面形状误差对二次流损耗有较大的影响，这也是叶片型面的测量一直备受人们关注的原因。叶片型面造... 详细信息

随着航空、造船、汽车和模具工业的高速发展，对自由曲面类零件的加工要求和尺寸检测要求都随之提高。叶片作为一种典型的复杂曲面，其型面形状误差对二次流损耗有较大的影响，这也是叶片型面的测量一直备受人们关注的原因。叶片型面造型复杂，描述参数众多，从叶顶到叶根每层叶片的截面型线都不相同，所以对其叶片型面的检测耗时耗力，为了准确、高效的检测叶片型面质量是否合格，本文提出了一种新的叶片型面测量方法，基于此方法及叶片型面的特点设计了叶片型面激光测量仪。首先，对测量机测量后的数据进行了处理，确定了叶片截面型线上检测点的布局方式，比较了几种插值的算法，并在Matlab中验证了样条插值对离散点的拟合更容易接近加工曲线。其次，通过国内外叶片生产厂家对叶片型面的测量方法进行分析对比，提出了本课题所研究的叶片型面测量方法——沿截面型线法线上的联动测量法，即通过三轴联动，实现测点处型线法线方向与激光测头轴线方向重合，并在提出联动测量方法的基础上，针对叶片型面的特点设计了相应的激光测量系统。再后，通过该激光系统的误差来源分析，并通过实验和计算，确定了该激光测量系统的理论测量精度为0.01mm，为了验证该激光测量系统的精度，本文用该激光测量系统对用三坐标测量机测量后的叶片型线又进行了测量，验证了该激光测量系统的精度。最后，用本文提出的沿截面型线法线上的联动测量法在自主设计研发的测量设备上对某叶片型线进行测量实验，并将实际测量数据和理论数据进行对比，经比较分析后得出用本文设计的激光测量系统测量叶片型线，测量精度满足叶片生产厂家对叶片的测量精度要求，测量速度也大大提高了，从而验证了该测量方法的可行性和测量设备的稳定性及可靠性。

关键词：叶片型面四轴三联动激光扫描点光源联动测量

叶片型面数控砂带抛磨CAD/CAM系统研究

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叶片型面数控砂带抛磨CAD/CAM系统研究

作者：陈则仕江南大学

学位级别：硕士

叶片在汽轮机、燃气轮机、航空发动机、船舶推进器等动力装置中是关键零件。叶片型面作为典型自由曲面所具有的复杂的几何形状特征,使得它的设计加工历来就是难点。围绕着叶片型面的抛光磨削加工,目前国内还没有经济可靠的数控抛磨设备... 详细信息

叶片在汽轮机、燃气轮机、航空发动机、船舶推进器等动力装置中是关键零件。叶片型面作为典型自由曲面所具有的复杂的几何形状特征,使得它的设计加工历来就是难点。围绕着叶片型面的抛光磨削加工,目前国内还没有经济可靠的数控抛磨设备,各大叶片厂家不得不引进价格高昂的多轴砂带抛磨数控机床、抛磨工业机器人。结合我国具体国情,研究叶片型面抛磨加工相关技术,自主研制一套经济、高效、能满足一定精度要求的叶片型面抛磨数控加工专用设备,切实解决叶片生产当中实际存在的这一生产难题具有十分重大的意义。一套完整的数控机床设备主要由配套CAD/CAM系统、计算机数控系统以及机床机械结构本体三个部分组成,叶片砂带抛磨数控设备的研制也主要涉及这三个方面内容的研究。本文首先分析叶片几何特征对控制刀具位姿的影响,从理论上对完成叶片砂带抛磨加工所需机床轴数作出了合理解释,初步确定了机床结构形式,提出“三轴数控+两轴手动”的五轴联动数控加工方案。在此基础上,沿着数控加工路线,以叶片模型为输入,生成刀轨,完成前置处理。推广应用机器人学中经典的D-H法成功解决了五轴机床运动学建模问题,通过运动学反解,跳过由刀轨生成NC代码的后置处理过程,将刀位轨迹直接转化为机床各轴运动参数。将该结果输出到仿真环境中,以机床运动加工过程仿真取代刀轨验证仿真和数控代码验证仿真;输出到开放式数控系统,驱动机床,从而实现了叶片型面砂带抛磨加工的CAD/CAM/CNC的一体化集成。在CAD/CAM系统方面,UG、Pro/E等商业软件作为通用软件均不能针对叶片砂带磨削加工的实际情况进行仿真、辅助制造。为此,在UG环境下,综合UG建模装配、二次开发、运动分析各功能模块完成三类五轴机床叶片抛磨加工的加工过程仿真。在已有基于OpenGL的CAD建模系统框架上,增加了自由曲线、曲面的建模功能,并实现了叶片型面的CAD建模,将UG平台上的加工过程仿真移植到基于OpenGL的开放平台上。在数控系统方面,采用基于PC总线的国产固高GE-400-SV运动控制器作为控制系统的硬件核心,建立了一个针对叶片砂带抛磨加工的开放式三轴“软数控系统”。

关键词：叶片型面砂带抛磨 CAD/CAM/CNC 加工过程仿真 D-H法运动学建模开放式数控 NURBS

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叶片型面机器人自动抛磨加工技术研究

叶片型面机器人自动抛磨加工技术研究

作者：吕冲沈阳理工大学

学位级别：硕士

叶片作为航空发动机的关键零件之一,长期在高温、高压等恶劣条件下工作,其加工质量直接制约着航空发动机的工作性能及使用寿命。当前,叶片型面的抛磨工艺主要有:人工手动抛磨、数控砂带磨床抛磨、工业机器人砂带抛磨。手工抛磨对工人技... 详细信息

叶片作为航空发动机的关键零件之一,长期在高温、高压等恶劣条件下工作,其加工质量直接制约着航空发动机的工作性能及使用寿命。当前,叶片型面的抛磨工艺主要有:人工手动抛磨、数控砂带磨床抛磨、工业机器人砂带抛磨。手工抛磨对工人技术要求较高,且加工效率低,难以保证叶片加工质量;数控砂带磨床加工精度较高,多用于大型叶片的抛磨,但成本较高;机器人砂带抛磨加工效率高,加工一致性好,成本低,因此使用工业机器人自动化抛磨系统对叶片进行抛磨加工成为一种行之有效的途径。本课题围绕叶片型面机器人自动化抛磨加工的关键技术进行了相关研究,主要研究内容如下:(1)自行搭建机器人砂带抛磨加工系统平台。根据系统的坐标转换关系,自主研制一套叶片夹具,该套夹具可以使叶片工件坐标系T相对于机器人末端法兰盘坐标系T只有相对位置平移,而没有姿态旋转,简化计算。(2)根据砂带磨削运动特点建立数学模型,推导单颗磨粒在加工状态下的运动方程,进而得到多颗磨粒运动方程。利用MATLAB仿真研究了工件沿进给方向的二维表面形貌,得出砂带粒度M、砂带线速度V、工件进给速度V、磨削深度a等磨削工艺参数对表面粗糙度Ra的影响规律。(3)研究了在机器人运动空间描述机器人末端位姿的方法,通过MATLAB的Robotics Toolbox进行了工件坐标系由齐次变换矩阵向RPY角的转换;介绍几种叶片型面机器人砂带磨削加工轨迹规划方法,根据本课题所采用的叶片型面的特点,对机器人抛磨加工区域进行合理分区;采用等截面法生成抛磨加工轨迹,利用等距步长法获得了离散的加工位置点,结合抛磨过程中机器人姿态的要求,通过机器人离线编程软件生成机器人加工代码。(4)利用搭建的机器人砂带抛磨系统,进行铝合金板材抛磨加工试验,分别得出不同工艺参数下其表面粗糙度Ra值,并与MATLAB仿真结果进行比较,来验证仿真的精确度。根据技术要求,选择合理工艺参数,完成叶片抛磨加工。

关键词：机器人自动化抛磨叶片型面工艺参数表面粗糙度轨迹规划

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叶片型面双出口孔射流冷却效率试验研究

热力发电 2015年第5期44卷 17-21,29页

作者：张魏吴超林李广超寇志海沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室辽宁沈阳110136 中国航空工业集团公司中国燃气涡轮研究院四川成都610500

将单入口-双出口孔分别布置在叶片型面压力面和吸力面进行试验,研究了吹风比分别为1.0,1.5和2.0时,气膜孔下游气膜冷却特性。结果表明:吸力面吹风比为1.5时冷却效率最大,吹风比为1.0时冷却效率最小,沿流向冷却效率降幅随吹风比增加而减... 详细信息

将单入口-双出口孔分别布置在叶片型面压力面和吸力面进行试验,研究了吹风比分别为1.0,1.5和2.0时,气膜孔下游气膜冷却特性。结果表明:吸力面吹风比为1.5时冷却效率最大,吹风比为1.0时冷却效率最小,沿流向冷却效率降幅随吹风比增加而减小;压力面冷却效率分布较为复杂,气膜孔出口附近吹风比为1.0时冷却效率最高,下游较远处吹风比为2.0时冷却效率最大,吹风比为1.0时冷却效率最小,沿流向不同吹风比下的冷却效率变化规律不同。

关键词：叶片型面气膜冷却双出口孔吹风比冷却效率

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叶片型面机器人抛磨加工轨迹规划研究

叶片型面机器人抛磨加工轨迹规划研究

作者：屈展太原理工大学

学位级别：硕士

叶片作为航空发动机核心零部件,它的表面质量严重影响着航空发动机性能的发挥。恶劣的工作环境对叶片的表面质量与生产效率提出了更高的要求。工业机器人由于其多自由度且灵活多变的特点,逐渐被应用到叶片类零件的抛磨加工中。在机器人... 详细信息

叶片作为航空发动机核心零部件,它的表面质量严重影响着航空发动机性能的发挥。恶劣的工作环境对叶片的表面质量与生产效率提出了更高的要求。工业机器人由于其多自由度且灵活多变的特点,逐渐被应用到叶片类零件的抛磨加工中。在机器人抛磨叶片过程中,抛磨轨迹的精度直接影响着叶片的抛磨质量,良好的加工轨迹能有效的提高叶片的表面质量与加工效率。因此,轨迹规划是机器人抛磨加工叶片的首要环节,意义重大。通过建立机器人抛磨叶片的坐标系系统,完成了对机器人加工过程中位姿的调整。通过建立机器人抛磨运动学模型,完成了机器人运动学方程的正逆向求解。对关节空间轨迹规划与笛卡尔空间轨迹规划的内容以及常用方法进行了研究。基于MATLAB的Robotics Toolbox工具箱对机器人进行了三维建模,并对机器人关节空间以及笛卡尔空间进行了轨迹运动仿真,证明了机器人模型与运动学方程建立的准确性与可靠性,保证了理论的可行性。建立了叶片的三角网格模型,通过对叶片三角网格数据的提取与拓扑重建,建立了点集、边集和三角面片集三种互相联系的数据结构。通过对叶片三角网格模型的拓扑优化,完成了网格孔洞缺陷的修复。为后续基于三角网格模型叶片抛磨轨迹的生成奠定了基础。通过对网格顶点的法矢量和曲率的求解,为后续三角网格模型分层切片算法以及机器人末端抛磨位姿的确立提供依据。研究了一种面向叶片的机器人抛磨轨迹生成方法。该方法在传统的分层切片算法的基础上改进了交点追踪方式,使生成的轨迹更加完善,效果更好。通过CAD/CAM技术建立叶片的三维模型,生成叶片的STL三角网格模型,对该模型进行分层切片处理。推导分层平面与三角面片相交判别以及交点计算公式,将所求交点依次连线,最后得到抛磨运动轨迹。在VISUAL STUDIO C#编程环境下,根据研究的叶片型面轨迹生成方法进行编程,并结合MATLAB进行混合编程,最终得到轨迹仿真结果。通过与理论轨迹对比,验证了轨迹的正确性,并通过实验实现了对叶片型面的抛磨。由抛磨效果证明了此轨迹生成方法的有效性。通过完成抛磨加工次数、抛磨力大小以及机器人进给速度对抛磨效果影响的加工实验,得出了一套最佳的抛磨方案。

关键词：机器人抛磨叶片型面轨迹规划三角网格分层切片算法