[发明专利]叶片气膜孔加工自适应定位方法、系统、设备及存储介质

说明书

本发明提供了一种叶片气膜孔加工自适应定位方法、系统、设备及存储介质，解决现有克服变形叶片与理论叶片之间几何信息差异的方法，无法匹配二者实际对应关系，需人工干预影响气膜孔自动化加工的问题。该方法通过分析叶片装夹后实际外形与理论模型间的相对位置，结合叶片变形映射关系，获取实际叶片气膜孔相对夹具的位置，并利用在机测量获取夹具装夹在机床上的实际装夹状态，实现对实际叶片气膜孔的自适应定位，因此，该方法实现了实际气膜孔的精确定位与解析，简化了叶片与夹具的装夹定位过程，降低了对操作人员的专业技能需求，并支撑了气膜孔智能加工产线的自动化运行。

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮叶片气膜孔的自适应加工技术领域，具体涉及一种考虑变形的叶片气膜孔加工自适应定位方法、定位系统、控制设备及计算机可读存储介质。

背景技术

涡轮叶片服役环境恶劣，工作温度极高，已超过自身材料所能承受的极限，容易产生高温蠕变，对航空发动机的动力性能与使用寿命造成重大不利影响。气膜冷却是目前较为广泛应用的涡轮叶片冷却技术，可以有效的隔绝高温气体，提升相关部件的抗高温蠕变能力。

气膜孔的制造精度包括几何形状、位置分布与姿态方向，对冷却效果起着决定性作用。其中，几何形状的制造精度通过飞秒激光、电火花等特种加工可以得到保障；受工艺的限制，铸造后涡轮叶片与理论模型存在一定的差异，即使在满足制造公差要求的情况下，铸造后的变形也会改变涡轮叶片几何模型的局部空间分布，使得气膜孔的理论位姿与涡轮叶片的实际形状无法完全匹配，仍然按照气膜孔的理论信息进行加工将无法满足冷却性能的要求。

现有的解决变形叶片与理论叶片之间几何信息差异的技术主要分两个方面。其一是重建变形后叶片的几何模型。通过一定的测量手段获取变形叶片几何外形的点云数据或者三角网格数据，利用叶片几何特征等相关逆向工程方法，重构并扫掠叶片截面线，获取实际叶片的三维几何模型，并将理论气膜孔投影于实际叶片。但是，投影过程未考虑气膜孔位姿设计意图与理论叶片模型的内在联系，仍然无法匹配二者的实际对应关系。其二是叶片的配准定位法。以六点定位为代表，利用理论模型上的六个关键点与测量模型进行配准，并通过不断迭代调整理论叶片的整体位姿，进而实现气膜孔位姿的变换。该方法只能对叶片进行整体的刚性变换，并在一定约束下达到与测量叶片的最佳匹配位置，并没有解决叶片变形后的气膜孔分布问题。除此之外，铸造工艺的一致性无法得到保证，不同批次的涡轮叶片误差分布存在差异，需要通过人工干预的方法逐个调整孔位数据，严重影响了气膜孔的自动化加工进程，需要应用自适应定位技术，提供个性化的变形定位解决方法。目前关于气膜孔自适应定位的研究较少，已有技术对叶片几何特征了解不足，也没有建立定位结果与加工系统之间的数据传输系统，进而缺少涡轮叶片气膜孔自适应定位的有效实施方案。

发明内容

为了解决现有克服变形叶片与理论叶片之间几何信息差异的方法，或存在投影过程未考虑气膜孔位姿设计意图与理论叶片模型内在联系，而无法匹配二者实际对应关系，或需通过人工干预，严重影响气膜孔自动化加工进程的技术问题，本发明提供了一种叶片气膜孔加工自适应定位方法、系统、设备及存储介质。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种叶片气膜孔加工自适应定位方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、扫描叶片安装到夹具上的整体外形，得到扫描模型M_scan；

步骤2、利用三维ICP配准算法将理论夹具模型M_jig与扫描模型M_scan进行定位计算，得到变换矩阵T_jig,scan；

步骤3、利用三维IMLS-ICP配准算法将理论叶片模型M_part上的设计点{P_part}与扫描模型M_scan进行定位计算，得到变换矩阵T_part,scan；