面向叶片弯扭变形分析的测量采样方法

针对叶片弯扭变形分析的问题,对等参数、等弧长及等弦高测量采样方法进行了研究.采用以上三种测量采样方法对叶片CAD截面线进行离散,对得到的离散点集进行平移、旋转及加噪处理,作为叶片弯扭变形的截面测量数据;通过采用奇异值分解和最近点迭代相结合的算法,将叶片截面测量数据与计算机辅助设计模型的截面轮廓线进行配准,计算出测量截面线相对于CAD模型截面线的扭转角度和平移量,并得出不同测量采样方法对应的叶片弯扭变形分析的精度.通过基于仿真数据和实测数据的叶片截面模型配准实验及对比分析,总结出一些可用于指导叶片弯扭变形分析的测量采样策略.     

一种区域公差约束的叶片模型配准方法

针对航空发动机涡轮叶片几何形状检测中的模型配准定位问题,依据叶片型面区域公差设计的特点,提出一种区域公差约束的叶片模型配准方法,尽可能把模型配准控制点集约束在公差带以内。在迭代最近点配准方法的目标函数的基础上,附加区域公差约束条件,建立区域公差约束的叶片模型配准目标函数,并给出了基于遗传算法叶片模型约束配准求解方法。使用叶片的仿真与实测数据进行了模型配准实验,结果表明,所提出的方法能显著减少配准控制点集的超差点数目。     

涡轮叶片密集点云数据与CAD模型配准方法

针对密集点云数据与CAD模型的配准问题,提出了一种基于简化模型曲率计算的配准方法。该方法通过计算简化模型和CAD模型各点的曲率提取出两模型上某一对应的特征面,根据特征面求出三组对应点对并计算坐标变换矩阵;把得到的变换矩阵应用于简化前的原始点云模型实现模型的预配准;最后通过奇异值分解和最近点迭代相结合的算法实现精确配准。实例表明,该方法实现了密集点云数据与CAD模型的配准,并在保证配准精度的前提下提高了配准的速度,从而验证了方法的有效性和实用性。     

基于中弧线的空心涡轮叶片壁厚计算方法研究

针对高精度复杂空心涡轮叶片壁厚测量问题,提出了一种基于中弧线的壁厚计算方法。通过对空心叶片CT切片数据的处理,建立了相应的点云数据测量模型,并与叶片CAD模型进行配准,实现了各截面数据点的提取与拟合,从而计算出了中弧线;在此基础上,运用UG二次开发平台求出了叶片各点的壁厚。实测结果表明:通过该方法能够精确计算复杂空心涡轮叶片的壁厚,提高空心叶片壁厚精度及其可靠性。     

光学扫描和CMM测量数据的配准研究

研究了光学扫描和CMM测量数据的配准问题。给出了基于配准工作台的配准方法,分析了影响配准的误差因素;以法矢准则提取了扫描数据中的标准球数据,并由基准点连接线段的中点代替原来的基准点改进了三点定位算法。实验对比了几种配准方法的误差,验证了改进方法的可行性。     

基于结构光测量的三维人脸数字化方法

本文提出了一种以结构光测量技术来实现三维人脸数字化的方法。首先,对人脸的三维数据进行精简、去除噪声和光顺等预处理;利用一种快速定位基准点的三点定位配准方法,实现数据的多视配准;最后,由三角网格方法将三维数据整合成三角曲面片网格,建立三维人脸的数字化模型。该方法能够快速建立三维人脸的数字化模型,且能满足图形学的应用和CAD/CAM加工系统的要求。     

基于光学扫描测量数据的叶片型面偏差分析研究

为了满足叶片型面快速检测的需要,研究基于光学扫描测量数据的型面偏差分析技术.详细描述光学扫描测量的原理及数据采集过程,运用基于特征点的预配准和SVD-ICP算法来进行测量模型与CAD理论模型的配准定位,通过UG/API函数获取截面数据,对截面数据进行偏差计算,得到偏差情况统计结果.同时在偏差计算的过程中,针对叶片检测中截面各区域公差要求不一样的情况,提出一种基于轮廓线参数化的公差带设计方法,使得公差带的设计更好地符合实际检测的需要.基于上述算法,综合运用VC+ +,UG/API和VTK等工具,开发了叶片型面偏差分析软件,对于实现叶片型面的快速检测具有重要意义.     

精铸涡轮叶片的误差分析技术

针对精铸涡轮叶片的检测和模具型腔设计中存在的精度控制问题,运用配准技术来进行误差分析,分别以形心、收缩中心、中心轴线点为特征点,运用CAD模型引导的最临近点迭代ICP(iterative closet point)配准方法,将叶片实际测量数据和CAD模型进行配准。对比配准结果,得到了精铸过程中误差分布,并通过分析叶片的变形情况,得出以形心为特征点时,型面重合度最大,配准效果最好,为叶片精铸模具的型腔设计提供了量化的参考依据。     

多点成形件检测中三维数据配准方法的研究

针对多点成形件成形误差检测中的三维数据配准问题，提出了一种用两步法将CAD模型数据和三维测量数据点全局配准的方法。利用遗传算法具有全局搜索能力的特点，以四元数法中的3个参量作为优化解空间，采用自适应控制优化参数的方法，达到CAD模型数据和三维测量数据点的全局粗配准。以粗配准的结果作为初始值，用ICP算法修正误差以达到精确配准。采用两步法配准克服了标准ICP算法难以解决的局部最小问题，本算法也可广泛应用于精密测量时测量结果的比较分析。以马鞍形曲面制品为例，给出了配准结果。     

余量约束下的毛坯测量数据与CAD模型配准技术研究

为在加工前剔除变形的不合格毛坯或在加工时避免由于定位不够精确而出现余量不足,需在余量约束要求下将毛坯测量数据与CAD模型进行配准.针对此配准问题,提出“二步法”求解:第一步暂不考虑余量约束,用ICP算法进行配准,检查结果是否满足余量要求,满足则退出计算,否则,进行第二步,即考虑余量约束对ICP结果作进一步配准.实验结果表明,该方法能够有效实现毛坯测量数据与CAD模型在余量约束下的配准.     

无缝钢管斜轧穿孔顶头表面缺陷非接触在线检测方法

针对无缝钢管斜轧穿孔顶头表面缺陷在线检测的现实需求，提出了一种基于激光扫描、空间点云数据处理及深度学习的非接触测量方法。根据无缝钢管产线特点确定了检测位置、系统构成和顶头轮廓数据采集方案，并引入迭代最近点（ICP）配准方法，实现了测量点云与标准CAD模型的配准。针对头部缺陷设计了相应的分类数集和渐变形态，使用点云深度学习方法实现了缺陷精确分类和量化预警。针对表面磨损缺陷，设置磨损深度上限阈值以实现磨损程度的精确监测。为验证系统可靠性，搭建了顶头检测物理模拟平台，并利用3D打印技术定制了含有不同缺陷特征的顶头实物模型。测试结果表明，表面轮廓检测误差在0.06 mm以内，头部缺陷分类精度可达97.7%、准确度可达98.1%，满足在线检测要求。     

自由曲面类零件数字化检测技术

自由曲面类零件因其形状不规则使得传统测量工具难以对其制造误差进行精确检测。利用坐标测量机将零件表面数字化,获得零件的“数据形状”,再通过坐标转换或数据配准方法确定“数据形状”与零件的“模型形状”的共同基准,最后基于共同基准实现测量数据与零件数学模型(CAD模型)的误差分析。     

变壁厚涡轮冷却叶片参数化造型设计

提出了一种基于函数解析的变壁厚涡轮冷却叶片参数化设计方法。根据叶片外型线上定义的若干参数点,采用三次样条插值方法得到叶片壁面厚度分布函数,再通过计算得到冷却通道型线上离散数据点,在CAD平台下建立了变壁厚涡轮冷却叶片参数化模型。为实现涡轮冷却叶片的自动设计优化和多学科设计优化,获得更佳的叶片设计方案奠定了基础。     

Reverse engineering of turbine blades based on design intent

The purpose of this paper is to describe a new approach to process the data points measured from turbine blade airfoils in order to make a valid shape via reverse engineering method. Currently, preliminary B-rep models can be created by fitting surfaces to point clouds using a 3D laser scanner. In case of a turbine blade, due to high shape complexity, the resulting model is often unsuitable in practice. A small change in blade geometry can lead to a large change in turbine performance. Therefore, control of the blade shape is critical to the design process. Authors believe that the only way to capture the valid shape of a blade airfoil out of the many manufacturing deviations is to incorporate design key-points during reverse engineering. Implementation of the new method using segmentation and constrained fitting algorithm (SCFA) on a heavy-duty industrial gas turbine blade has been reported and discussed.     

应用锥光偏振全息技术的航空叶片测量新方法

针对航空叶片型面复杂、曲率变化大的特点,提出一种应用锥光偏振全息原理的测量方法,该方法采用同一束锥光照明,允许被测表面的法向方向与光轴的夹角有较大的变动范围,从而避免叶片曲率变化对测量的影响。在此基础上,利用提出的基于隐式多项式的数据配准算法实现测量数据与CAD模型数据的同位姿化,获得叶片型面误差分布及相关几何参数的偏差,为加工工艺参数的调整提供精确的参数。实验结果表明,该方法测量重复性小于8μm,达到航空叶片自适应加工对测量的要求。