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含气膜孔涡轮叶片基于逆向工程的精度测量

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2021/3/1 16:18:24 / 浏览:13次

作者:石亚茹1 刘康2 保晓璐3
机构:(中航西安飞机工业集团股份有限公司)
摘要:在含气膜孔涡轮叶片[的精度控制方面,提出了一种借用现有的性能优秀的涡轮叶片利用光学扫描技术和UG建模技术。实现涡轮叶片快速的逆向建模,在光学扫描阶段利用XTOM教育型面扫描系统对涡轮叶片进行光学扫描;然后利用Geomagic studio软件对光学扫描后的点云数据进行数据处理;最后将模型导入UG软件中根据已知模型利用截面曲线特征的模型重构方法根据自己的需求进行精度控制。
关键词:涡轮叶片 光学扫描技术 逆向建模 精度控制
Abstract :In the aspect of precision control of turbine blade with gas film hole, a kind of turbine blade with existing excellent performance is proposed by using optical scanning technology and UG modeling technology.In the optical scanning stage, XTOM educational profile scanning system is used to carry out optical scanning of turbine blades. Then the GEOMAGIC STUDIO software is used to process the point cloud data after optical scanning. Finally, the model is imported into UG software according to the known model using the section curve features of the model reconstruction method according to their own needs for precision control.
Key words: turbine blade optical scanning technology reverse modeling precision control
1.引言
涡轮叶片作为动力设备的核心部件由于其处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位,所以叶片被列为第一关键件,并被誉为“王冠上的明珠”[3]。涡轮叶片的相关技术是近20年来国内外关注的重大技术问题之一。航空发动机涡轮叶片具有型面复杂、材料特殊、壁薄、带有气膜孔等特点,针对后期加工需求,对构建好的模型进行相应的精度控制是关键技术之一[4]。
逆向工程技术[1]是测量技术、数据处理技术、图形处理技术和加工技术相结合的一门结核性技术,利用光学扫描技术得到涡轮叶片模型的点云数据,然后将点云数据经数据处理后导入到UG三维软件中,基于截面曲线特征的模型重构方法对导入的模型为依据对涡轮叶片进行重构,与叶片的原始数模进行对比可以对叶片的精度进行控制。
2含气膜孔涡轮叶片逆向建模的工艺和设备
逆向工程(Reverse Engineering, RE)作为一种新的测量方法应运而生[2]。可以抽象的定义为“剖析原始产品的设计思想和机制”,伴随着 CAD技术和测量数字化的发展,基于原始测量数据的新产品建模技术成为了逆向工程技术的主要发展方向。从设计流程上来看,逆向工程技术是传统的产品造型流程的逆过程。
光学扫描仪是逆向工程技术的一个重要工具,具有测量幅面大、抗干扰能力强、扫描速度快,自动化完成多幅点云的精确匹配和融合速度快高精度等的优点。在逆向建模的扫描阶段,采用的设备为XTOM教育型面扫描系统。
表1 XTOM教育型面扫描系统性能
产品型号 相机像素 扫描范围 测量精度 采样点距 输出
格式 扫描时间 拼接方式
TOPSCAN-MIC
教育型 2×1300000 ~2000000 32×24mm
64×48mm
128×96mm 0.008~0.015mm 0.08~0.15mm ASC
STL
PLY 3~5S 标志点全自动拼接
2.1含气膜孔涡轮叶片的光学扫描
2.2.1光学扫描的原理
光学扫描的主要目的是获得模型的点云数据,利用截面曲线特征的模型重构方法进行建模,其中点云数据的获取是进行截面曲线重构的关键步骤,点云数据的获取是也逆向工程技术的基础。XTOM教育型面扫描系统采用的是非接触式扫描,非接触式扫描主要是依据物理学原理间接获得物体的表面数据信息,主要有激光扫描法和图像扫描法两种,在逆向建模领域常用的为激光扫描法。扫描原理是:首先利用具有规则几何形状的光源照射到测量物体表面,漫反射的光带会投影到被测物体表面形成光源,在图像传感器上成像,最后被测物体表面各点的坐标通过三角形的原理计算得到。光学扫秒的步骤主要包括三个部分:系统标定、扫描准备、扫描过程。

图1 激光扫描法的原理图
2.2.2光学扫描的原理步骤
1.系统标定 标定主要借助于标定装置,利用软件算法计算出扫描头的所有内外部结构参数,才能正确计算测量点的坐标。具体的标定步骤:标定前,先要确认相机镜头已经调好并紧固,标定板须保持干净,不能污损,圆点的边界不能缺损。标定时,设置采用的测量方式为“双相机-相移”即用两个相机进行标定,观察标定结果,SIGMA表示标定偏差,偏差越小,表示标定结果越准确。当标定偏差小于0.05时标定成功。若标定结果大于0.05,系统会提示标定失败,必须重新进行标定。

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