[发明专利]一种航空发动机叶片表面加工的在机点云检测及补偿方法

说明书

本发明涉及一种航空发动机叶片表面加工的在机点云检测及补偿方法，其包括：步骤S1，在超声滚压机床上安装一检测扫描执行机构；步骤S2，利用所述扫描执行机构对所述航空发动机叶片进行扫描，以获得检测设备坐标系下的叶片点云数据，并将该检测设备坐标系下的叶片点云数据转换为机床坐标系下的叶片点云数据；步骤S3，对所述机床坐标系下的叶片点云数据进行数据处理；步骤S4，根据所述航空发动机叶片的理论设计数据以及经过数据处理的所述机床坐标系下的叶片点云数据，获得叶片形状误差特征，并对该叶片形状误差特征进行补偿。本发明提高了航空发动机叶片曲面表面强化加工的精度和效率。

技术领域

本发明涉及一种航空发动机叶片表面加工的在机点云检测及补偿方法。

背景技术

在复杂曲面工件表面，例如飞机发动机叶片表面的强化过程中，研究发现，经超声滚压机床强化加工的叶片区域与所规划的加工区域之间存在一定的偏差，这是由于叶片加工成型的形状尺寸误差、机床综合误差及卡盘安装误差，导致了叶片的实际形状位置与规划时采用的模型形状位置存在差异。因此，在表面强化的过程中，基于复杂曲面设计模型所规划的加工轨迹往往会造成加工误差，即所强化复杂曲面区域与目标区域之间存在误差。这就需要人工调节参数，修正加工轨迹，从而补偿加工误差。然而，由于每个复杂曲面工件的误差各不相同，这通常需要在实际加工中暂停设备，进行补偿参数的调节，大大降低了加工效率，增加了制造成本。而且人工调节要求经验高，难度大，精度控制难度高。

为此，现有技术中通常采用常规检测设备(例如，三坐标测量机、自动绘图测量仪等)对工件复杂曲面型面进行测量，即，通过检测设备获取复杂曲面型面上离散点的坐标数据实现其型面的评定。基于上述常规检测设备，现有的复杂曲面工件的测量方法主要包括：标准样板法、自动绘图测量法、光学投影测量法、坐标测量法和电感测量法等，其中：标准样板法是一种定性的测量方法，只能凭借经验判断零件是否合格，无法给出工件实际误差的大小；自动绘图测量法的测量精度虽然较标准样板法高，但是仍然无法满足高精度叶片检测的需要，且自动绘图测量仪体积庞大、操作不便，因此应用范围有限；光学投影测量法则一般用于定性检测，通过观察实际叶型与理论叶型的符合程度直接判断叶片是否合格，但是在通过读取坐标值进行定量测量时，效率比较低下，且其受自身显示屏限制，测量范围有限，同时其受工件表面反射能力影响较大，测量精度较低；坐标测量法作为一种通用的点测量设备，造价高、测量过程繁琐、测量效率较低、需要二次开发测量软件、对环境要求高；电感测量法则由于属于非完全轮廓检测，使得测量结果不是十分可靠，有误判的可能性，并且对不同工件需要配备相应的支架装置和标准工件，增加了测量成本和时间。

近几年，光学测量技术的发展为复杂曲面型面测量提供了新的测量方法，人们可以利用先进的复杂曲面形状检测设备，例如金属表面缺陷检测仪；三维扫描仪(包括激光三维扫描仪、结构光三维扫描仪，实现对工件表面的精确检测与误差评估。基于上述先进的检测设备，新的测量方法主要包括：机器视觉测量法、四坐标激光测量法和激光扫描测量法等，这些测量方法的优点在于测量速度快、范围大、效率高。

然而，上述的这些现有的和改进的检测方法通常都要求将工件安装在检测台上，这就造成了二次装卸带来的误差。

为了能够在加工过程中进行检测和补偿误差，必须将检测与加工进行集成，成为“加工-集成”系统。因此，针对加工中心的在机检测也得到了广泛的应用。国外很多公司对这个方面进行了研究，并针对各种不同的制造设备，研制出符合各自需要的在机检测系统。例如，英国Reni Shaw公司专门开发的安装在加工中心的各类测头和对应的软件，可以实现对刀、刀具破损检测、工件误差检测等功能；德国Kapp公司磨齿机的在机齿轮测量装置；著名的齿轮机床制造商格里森公司及克林格贝尔公司则将齿轮检测中心与加工机床相连，实现了齿轮的CAD/CAM/CAI的闭环制造；英国Delcam公司的通用检测系统Power INSPECT可以实现在机检测和脱机检测。国内学者也相继开展了在机检测技术方面的探索和研究工作。相关的研究主要包括：机床的误差综合建模，误差参数测量及辨识，工件检测路径自动规划，以及针对不同误差源的补偿技术。然而，现有的误差补偿方法，如基于反变形误差多次补偿方法，具有误差补偿效率低下等缺点。