[发明专利]基于曲率变化的叶片缘头截面型线自适应分割方法

说明书

本发明公开了一种基于曲率变化的叶片缘头截面型线自适应分割方法，该方法结合叶型的形状特征，分为初始缘头范围的确定和基于曲率变化的精确分割两部分。本发明通过初步定位缩小搜索范围，在减小搜索数据量的基础上提高了算法的鲁棒性，再结合叶型的特征，通过曲率半径变化精确的分割出缘头，解决了由于叶盆、叶背型线为自由曲线而在计算二者的分割点(切点)时，无法获得解析解和由于叶片在加工制造中和检测时受到多种误差因素的影响，以及测量时采样率的限制所造成得叶型轮廓测量数据与理论模型产生偏差使精确分割缘头较为困难等问题。

技术领域

本发明属于精密测量领域，具体涉及一种基于曲率变化的叶片缘头截面型线自适应分割方法。

背景技术

叶片是航空发动机的一个核心零部件，占据整个发动机制造约30％的比例。叶片属于薄壁件，工作于高负荷、复杂受力等恶劣工况。为保证其特殊性能，叶身型面通常设计成自由曲面，且具有苛刻的尺寸、形状精度要求和严格的表面完整性，制造精度要求高。叶片的整体尺寸跨度较大、型面复杂，铸造或铣削等加工容易导致变形。叶片的质量对发动机的二次流损耗有较大的影响，直接决定着其能量转换效率。因此，严格控制航空叶片的加工后几何精度，对实现航空发动机的精密制造，保证发动机整体的水平具有重要的意义。叶片型面由一系列叶型(叶片截面)控制，而叶型多为自由曲线，具有众多的截面特征参数和几何公差要求，且型线的参数没有固定的规律。

近些年，随着航空发动机的性能和需求不断提高，对叶片批量制造的型面精度、产品的一致性等也提出了更严格的要求。通过叶片精密检测技术，精确的计算分离叶片加工误差，并基于此完成加工工艺参数调整是提高叶片制造系统精度的重要途径。叶片检测的主要内容为型面的加工几何误差，包含控制叶型的特征参数和轮廓度误差等项目。

随着三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,CMM)技术的逐步成熟，配合多自由度测头可以对叶片型面进行连续的自动化测量。利用CMM对叶片进行加工过程中和成品检测已经被一些厂商采用。在此基础上发展出的四坐标测量系统是在CMM三个直线轴的基础上，多加了一个高精度回转主轴。有人将四坐标测量系统与触发式测头结合，研制了专用的叶片量仪。通过控制软件驱动运动机构，调整触发测头逐点的对叶型进行测量，最终通过分析系统获得叶片精度。

运用光学扫描测量可以实现叶片型面的离散化采样，但受到采样密度的限制，难以保证精确的获取叶片指定截面处(叶型)的轮廓数据，通常做法是在叶片截面附近取一定高度范围的点云进行投影获取叶片型面点云数据，然后提取处精确的叶型数据。同时由于多种测量误差的影响，计算轮廓度误差需要将叶型测量点与理论模型进行精确匹配，以分离出轮廓形状的单项误差，需要对叶片缘头截面型线轮廓分割。

叶片前、后缘即叶型轮廓两端圆弧部分，其尺寸和形状决定了发动机的气动性能。工程常用的缘头形状为圆弧型，缘头与叶盆、叶背段自由曲线相切，共同组成完整的叶型。为求解缘头的尺寸偏差，需要在叶型轮廓测量数据中将缘头与叶盆、叶背两条型线分离开，由于叶片轮廓型线的复杂性，准确的分析上述各要素存在很大的困难。

发明内容

本发明的目的是结合叶型的形状特征，提供了一种基于曲率变化的叶片缘头截面型线自适应分割方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

基于曲率变化的叶片缘头截面型线自适应分割方法，该方法分为初始缘头范围的确定和基于曲率变化的精确分割两步，具体包括以下步骤：

步骤1：预处理

在叶片最大厚度处，将叶片轮廓数据分开处理，通过测量点X坐标的极值将曲线分割为两段，并分别对分割后的两段按照X坐标重新进行排序；

步骤2：确定初始缘头的范围

以端点为圆心，初始参考半径的2～3倍的圆为分割依据，将该圆中的测量数据点分割出来；

步骤3：设定搜索终止的阈值T