叶片型面测量技术研究及其误差分析

  叶片作为涡轮机、燃汽轮机、航空发动机等设备的重要零件，其表面质量与形状精度对整机性能的影响不容忽视，叶片型面数据的高效、精确测量是提高叶片加工质量，保证整机工作性能和使用寿命的关键性技术。叶片型面测量技术及其误差分析与补偿的研究，服务于高性能复杂曲面的制造和检测，对我国航空航天和机械制造业的发展具有重要意义。 叶片型面数据的获取主要有接触式与非接触式两种方法，从自由曲面检测技术的发展趋势上看，兼顾效率和精度、多自由度组合的非接触式测量系统将是叶片类零件检测的重点研究方向。本文以非接触式测量系统为载体，以叶片型面为研究对象，提出局部等步长、等时长和特征点三种切片式数据获取方法，开发智能化测量系统，设计程序界面，实现复杂曲面的智能和高效测量。 综合局部等步长法的高精度、良好的边缘检测效果和等时长法的高效率优势，提出一种按提取特征点进行测量的叶片型面数据快速获取的新方法。特征点的提取基于数据压缩理论，在获取理论模型点云数据的基础上，利用多边形逼近算法中的改进直线夹角法实现。提取后的特征点在曲率较大的进气端和出气端分布较多，在曲率较小的叶盆叶背部位分布较少，提取误差由离散点B样条拟合曲线与理论曲线间的Hausdorff距离给出。 将累积弦长参数化和投影最近点思想引入到相似度理论，简化离散点云数据和自由曲线之间的Hausdorff距离计算，提供实验误差评定的理论基础。分析叶片构型特点，，开展叶片型面测量实验，对获取的点云数据坐标变换和数据处理，得到封装的测量模型，并对比分析三种方法的测量结果。以局部等步长实验为基础，对比激光扫描实验研究不同采样单元对测量结果的影响，实验表明三种方法的实测误差均高于一般的非接触扫描式方法，其中特征点法在测量精度和效率的综合性指标上表现良好，实测误差在十微米级别。 分析叶片型面非接触式测量系统的误差影响因素，寻找对系统误差影响较大的几项误差。分析结果表明，机床运动误差、工件表面颜色和倾斜角误差为几个显著的影响因素。根据多体动力学理论研究硬件系统间的拓扑关系，构建坐标机运动误差模型，基于郎伯定律构建激光测头光学误差模型，研究被测物表面倾角对光能质心位置和接收光功率的影响。通过实验分析被测物表面颜色和倾斜角引起的系统测量误差，研究误差分布规律并建立误差补偿函数，最后利用标准陶瓷球测量实验进行验证。

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG806
【目录】：

【参考文献】

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