[发明专利]整体叶盘叶片四轴联动扫描路径规划方法及系统

说明书

本发明提供了一种整体叶盘叶片四轴联动测量路径规划方法及系统，通过干涉检查，将叶片截面线划分为上、下两段，并确定测针倾斜角，之后利用增量式计算方法快速获得所有路径点的旋转角可测矩阵，同时将测针、测座近似为圆锥模型对可测矩阵进行修正，最后利用二分法和三次样条曲线对测座旋转角进行拟合，最终获得平滑无干涉的转台旋转轨迹。本发明可行区域的计算中考虑了测座本身的体积，并将其与测针近似为圆锥对可测矩阵进行了进一步的修正，确保可测矩阵准确无干涉；充分利用四轴联动测量机的优势，测量过程中只需要调整测针方向两次，提高了测量效率，本发明极大的降低了干涉检查的计算量，本发明确保了轨迹无干涉情况下尽可能的光顺。

技术领域

本发明涉及工业制造领域，具体地，涉及一种整体叶盘叶片四轴联动扫描路径规划方法及系统。

背景技术

复杂曲面零部件，如叶轮叶片、整体叶盘等，是数字化制造的重点研究对象，如何精确高效的测量是目前的研究重点。三坐标测量机具有测量精度高、范围广等优势，被广泛用于零部件的精度测量环节中。传统三坐标测量机主要通过逐点式测量和三轴扫描式测量进行测量。逐点式测量在测量过程有大量时间耗费在点与点之间的空运行上，不适合于大量数据点的测量。三轴扫描式测量在测量复杂的整体叶盘叶片时需要频繁的调整测针方向或工件装夹姿态，以避免发生干涉，极大的影响了测量效率。因此传统的三轴三坐标测量机在针对叶盘叶片的测量中效率较低。四轴联动测量机是在传统的三坐标测量机的基础上增加了一个绕Z轴旋转的气动转台，在测量叶盘叶片的截面线时，只需要调整两次测针方向即可完成扫描测量，具体过程如图1所示。

名称为Computer-aided measurement plan for an impeller on acoordinate measurement machine with a rotating and tilting probe.的文献中公开的坐标测量机搭配PH10分度式测头测量过程中需要多次调整测针方向，导致测量效率较低。另外在考虑到叶片结构的复杂性，在测量过程很可能会发生干涉碰撞，因此在路径规划过程中需要进行干涉检查。而全局干涉检查情况下的四轴联动测量路径规划会非常耗时，难以直接用于实际应用，例如名称为Automatic generation of efficient andinterference-free five-axis scanning path for free-form surface inspection.的文献。因此，目前尚未有一种高效的整体叶盘叶片四轴联动扫描路径规划方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种整体叶盘叶片四轴联动测量路径规划方法及系统。

根据本发明提供的一种整体叶盘叶片四轴联动测量路径规划方法，包括如下步骤：

截面线划分步骤：将叶片截面线采样获得少量均匀分布的路径点P(t)，分析在每一路径点测针不同倾斜角的可测性；根据可测性和扫描的连续性将叶片截面线分为上下两段，并确定测针倾斜角；

旋转角可行区域确定步骤：在路径点建立局部极坐标系，将其旋转角离散化，获得各自旋转角的可测矩阵；利用增量式算法计算所有路径点的可行区域；对可测矩阵进行修正；

轨迹生成步骤：根据路径点的可测矩阵及相关测量约束，初步确定每一路径点的旋转角，利用三次样条曲线对旋转角进行拟合，通过二分法确定最优控制点数量，获得测座旋转轨迹。

优选地，当测针在某一倾斜角下，转台在任一旋转角下，测针尖端可以无干涉的测量P_i点时，则该倾斜角相对于P_i是可测的。

优选地，根据扫描测量的约束，测量叶片的上叶缘时，测针倾斜角小于90°；测量叶片的下叶缘时，测针倾斜角大于90°。

优选地，旋转角可行区域确定步骤中，利用增量式方法，迭代检查前一点或后一点的矩阵边缘像素能够获得每段路径所有点的可测矩阵。