[发明专利]一种空心涡轮叶片气膜冷却孔背壁损伤主动防护方法

摘要

一种空心涡轮叶片气膜冷却孔背壁损伤主动防护方法，涉及空心涡轮叶片加工领域。提供可获取基于叶片模型配准与误差分析的气膜孔加工深度，可应用于背壁损伤的主动控制防护的一种空心涡轮叶片气膜冷却孔背壁损伤主动防护方法。通过叶片设计模型与测量模型的精确配准，结合误差分析与修正，提出一种涡轮叶片的气膜孔壁厚及加工深度获取方法，可有效防止对空腔背壁的误加工，属于背壁损伤的主动控制防护，无需额外的加工工艺，具有一定的实用意义。尤其适用于精铸涡轮叶片的气膜孔高精度加工。

主权项

1.一种空心涡轮叶片气膜冷却孔背壁损伤主动防护方法，其特征在于包括以下步骤：1)通过光学扫描仪对拟进行气膜孔加工的空心涡轮叶片进行点云数据采集，建立点云数据的拓扑关系，对点云模型的几何特征进行提取；2)运用基于特征的预配准方法对点云模型及设计模型进行预配准，以保证后续精确配准算法的收敛性；3)采用SVD‑ICP算法对点云模型及设计模型进行精确配准，为减小计算量，在精确配准前先对密集点云进行简化；4)将配准模型沿着竖直方向进行分层处理，得到一系列叶片截面轮廓线，再将截面轮廓离散化，计算测量模型与设计模型的对应点之间的位移，得到涡轮叶片的变形位移场；5)进行变形位移场的变形特征分解，将耦合在叶片变形位移场中的弯曲变形、扭转变形及收缩变形进行解耦并分析；6)采用传统的涡轮叶片6点定位方案，对拟加工叶片进行装夹和定位，定位点将产生如下定位误差：δr＝[δr₁,δr₂,...δr_i,...δr_n]^T其中，δr_i为第i个定位元件的位移，叶片本身坐标系CS_w通过转换矩阵δq转换到装夹坐标系CS_w'，δq＝[δx_w,δy_w,δz_w,δα_w,δβ_w,δγ_w]^T，其中，[δx_w,δy_w,δz_w]为坐标系CS_w'在XYZ方向上的位移变化，[δα_w,δβ_w,δγ_w]为坐标系CS_w相对于坐标系CS_w'的旋转角度，基于刚体运动学公式δr＝Gδq确定装夹坐标系CS_w'，其中，G是定位雅克比矩阵为：7)计算叶片上任意一点P_i(x_i,y_i,z_i)的装夹定位误差偏移量δP_i：δP_i＝T(δα_w)·T(δβ_w)·T(δγ_w)·R(r_i)‑P_i，其中，R(r_i)＝[x_i+δx_w,y_i+δy_w,z_i+δz_w]^T，P_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，T(δα_w)，T(δβ_w)，T(δγ_w)为3×3旋转矩阵；8)对气膜孔的中心点坐标进行修正，求解气膜孔法向量，最终得到打孔点真正的壁厚并算得所需加工深度；9)运用超快激光加工或电火花加工等方法，在叶片准确位置打孔，控制加工深度使其达到深度要求，不产生盲孔同时又不至于对空腔背壁进行误加工，达到主动控制防护背壁损伤的技术要求。