[发明专利]航空发动机涡轮叶片气膜孔轴线方向检测方法

说明书

一种航空发动机涡轮叶片气膜孔轴线方向检测方法，采用带有线激光传感器的五轴线激光检测平台采集待测叶片表面三维激光点云数据，然后由法矢量精度提升算法从点云数据中确定最优邻近点个数，并在此基础上通过邻近点平面拟和确定点云单位法矢量；进一步通过基于误差敏感方向的高斯映射变换处理算法增加反向法矢量簇，使得在轮廓带所在平面内，点云高斯映射的像以原点为中心点均匀分布；再根据轮廓带基于误差敏感方向计算得到拟和平面法向量初值，最后通过随机一致性采样算法进行高斯映射轮廓带平面拟和得到的气膜孔轴线方向。本发明有效提高了法矢量求解精度。

技术领域

本发明涉及一种航空发动机制造领域的技术，具体涉及一种航空发动机涡轮叶片气膜孔轴线方向检测方法。

背景技术

为了保证航空发动机的涡轮叶片在高机械负载状况下的可靠性，气膜孔的孔径大多在1毫米以内，且轴线方向、位置分布、几何形状等都具有严格的精度要求。但现有气膜孔检测技术的相对缺乏，导致气膜孔加工质量的一致性无法保证，进一步影响航空发动机的可靠性。因此，针对气膜孔检测相关技术进行研究，具有重要的意义。

现有基于CCD相机和图像处理的气膜孔轴向检测技术，通过将气膜孔轴向调整至与CCD相机光轴平行位置进而确定气膜孔轴线方向，但该方法由于CCD相机自身的测量原理限制，存在光学相机无法精确聚焦叶片自由曲面空间造型，而导致气膜孔轴线方向检测精度较低的问题。另外有基于三坐标测量机和探针传感器的轴向检测方法，虽然能够对直径小于1mm的微小孔进行较为精确的测量，但其需要进行多点接触测量，测量速度慢、效率低，并不适用于自动化生产线上批量涡轮叶片气膜孔检测。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种航空发动机涡轮叶片气膜孔轴线方向检测方法，能够显著提高气膜孔轴向检测精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种航空发动机涡轮叶片气膜孔轴线方向检测方法，采用带有线激光传感器的五轴线激光检测平台采集待测叶片表面三维激光点云数据，然后由法矢量精度提升算法从点云数据中确定最优邻近点个数，并在此基础上通过邻近点平面拟和确定点云单位法矢量；进一步通过基于误差敏感方向的高斯映射变换处理算法增加反向法矢量簇，使得在轮廓带所在平面内，点云高斯映射的像以原点为中心点均匀分布；再根据轮廓带基于误差敏感方向计算得到拟和平面法向量初值，最后通过随机一致性采样算法进行高斯映射轮廓带平面拟和得到的平面法向量，即气膜孔轴线方向。

所述的待测叶片表面三维激光点云数据具体为：asc格式点云数据，各点测量结果反应该点处高度信息，与现有其他设备采集到的数据的显著区别是：气膜孔区域数据采集抗干扰能力强，点云数据中包含噪点数目较少。

所述的线激光传感器的相邻测量点之间间隔为0.02mm。

所述的法矢量精度提升算法，基于针对高斯映射变换处理算法提取的气膜孔轴向提取效果评价函数V(K)，即其中：D(i)为基于高斯映射算法提取的第i个气膜孔轴向，G(i)为Geomagic Studio软件提取的第i个气膜孔轴向；K为法矢量求解过程中，某点处邻近点个数；V(K)为邻近点个数为K时的轴向提取效果评价函数，具体包括：①针对滤波后的点云数据，通过邻近点个数初值为K的邻近点法计算点云法矢量；②通过高斯映射变换处理算法和随机一致性采样算法确定邻近点个数为K时的轴线方向；③通过轴向提取效果评价函数，判断邻近点个数为K时的轴向提取效果评价函数V(K)是否符合轴向提取精度；④当不符合精度要求时将邻近点个数另取为K＝K+d，其中：d为下一次邻近点增加个数，并重复步骤②、③、④，直至精度符合要求时确定最优邻近点个数。

所述的邻近点平面拟和是指：根据法矢量精度提升得到的最优邻近点个数，对激光扫描原始点云进行最小二乘法平面拟和处理得到点云单位法矢量。