[发明专利]一种非规则曲面的三维测量方法

说明书

一种非规则曲面的三维测量方法，本测量方法首先在零件MBD模型上按图纸要求的指定截面位置，按指定位置规划测针球心的测量轨迹，并生成测量路线，然后将测量数据按模型矢量进行补偿，补偿后的数据点在指定的截面高度上，最后将截面点连成曲线进行叶片参数的评价；按测针球心轨迹测量后，再按模型矢量进行测头半径补偿，半径补偿按模型矢量进行计算，在三维曲面上每个测量点矢量不一，所以补偿方向不同。通过补偿后的截面实测点连接成叶型曲线进行叶片参数评价。本发明的优点：实现非规则曲面的三维模型测量技术，采用基于模型的测量方式，同时也推动了发动机数字化设计、制造、检测一体化流程、也将提升关键检测技术与检测效率。

技术领域

本发明涉及接触式三维测量方法，特别涉及了一种非规则曲面的三维测量方法。

背景技术

航空发动机叶片几何形状上具有非规则曲面特征，叶片表面有叶展方向倾角和叶片弦向倾角组成的非规则曲面图1，根据设计和测量要求，三坐标探针沿叶片弦向进行扫描，因此弦向倾角对测量结果影响相对很小。由于传统叶片叶展方向倾角一般不超过10゜，当采用二维扫描测量时可以获得较高的测量精度。但随着航空发动机性能的不断提高，叶片的几何扭转程度增加，新型的高性能航空叶片叶展倾角已经达到45゜，对叶片测量精度的影响已经无法忽略。根据验证实验，在2mm测针和45゜展向倾角时，测量误差达到292μm。

根据叶片的设计要求，叶片的测量结果为各指定截面的测量曲线，而曲线上每一点的矢量方向不同，在接触测量中曲线的补偿仅能按一种矢量方向进行补偿，不能按每一测量点的矢量进行补偿，所以接触式测量对非规则曲面的测量存在偏差，图2。

针对当前零件表面形状特点并结合国外对此类零件三维检测技术，提出了一种非规则曲面测量方法。该方法通过模型提取被测点的理论矢量，通过理论矢量对每个测量点进行三维矢量补偿，将补偿后点连成曲线作为叶片截面数据进行叶片参数分析。此测量方法解决了接触测针在非规则曲面上的测量及补偿误差。测量路径、理论矢量可在脱机计算机上进行，提高检测自动化程度，减少了测量机的占用时间。

发明内容

本发明的目的是为解决接触测针对非规则曲面测量时的补偿问题，采用模型的理论矢量对被测点进行补偿，通过矢量方向计算得到测量路径，保证补偿后的测量点在设计指定截面位置上，并且消除测针的补偿误差，特提供了一种非规则曲面的三维测量方法。

本发明提供了一种非规则曲面的三维测量方法，其特征在于：本测量方法首先在零件MBD模型上按图纸要求的指定截面位置，按指定位置规划测针球心的测量轨迹，并生成测量路线，然后将测量数据按模型矢量进行补偿，补偿后的数据点在指定的截面高度上，最后将截面点连成曲线进行叶片参数的评价；技术方案要点：

MBD模型是一种全三维特征的零件表述方法，为被测特征点、线、面提供唯一理论检测数据。根据零件叶片形状及设计的指定截面定义需要的测量位置，使其满足零件要求又符合此方法的测量原则。根据测量位置定义测针球心的测量轨迹，球心测量轨迹需要通过模型的理论矢量进行计算，计算方法要保证补偿后测量位置复合设计要求。按测针球心轨迹测量后，再按模型矢量进行测头半径补偿，半径补偿按模型矢量进行计算，在三维曲面上每个测量点矢量不一，所以补偿方向不同。通过补偿后的截面实测点连接成叶型曲线进行叶片参数评价。

步骤如下：

步骤一，根据图纸指定的测量截面，将理论模型进行理论测量线的提取。

步骤二，通过理论线的提取结合理论曲面，按照使用测针的大小进行测量球心轨迹点的计算。

步骤三，理论型线测量点分布，在叶身型线上曲率变化小的位置，叶盆、叶背，点间距不大于0.03mm，在曲率变化大的位置，前、尾缘加密测量点测点距离不大于0.01，测量点尽量覆盖被测表面曲率变化，并满足零件测量精度要求又符合测量经济性原则。

步骤四，通过提取指定曲线上的点三维理论矢量与所选测针半径来计算球心的测量轨迹。