基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法及相关设备

技术领域

本发明属于复杂叶轮类零件叶片测量技术领域，具体涉及一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法及相关设备。

背景技术

叶轮作为发动机的关键部件，其制造质量直接影响发动机的空气动力性能和机械效率，因此，对于叶轮测量成为控制发动机质量的重要环节；叶轮可分为轮毂曲面和叶片曲面两部分，零件构成的一般形式是由若干等长叶片或大小交错叶片均匀分布在轮毂曲面上。叶片曲面又包含包覆曲面、压力曲面和吸力曲面，都是由非可展直纹面和自由曲面构成的。

随着工业的快速发展，对航空发动机性能的要求越来越高，对叶轮测量的精度、方式和评价变得越来越重。航空发动机叶轮制造时通过计算机软件设计出叶轮的参数模型，通过铸造和机加工完成产品加工，加工后获得叶轮参数是否符合设计要求，尤其是叶片的厚度和形状参数，直接影响航空发动机的性能。

对于一些复杂叶轮叶片的测量，传统测量方法由于受限于辅助基准的累积误差，导致产生的测量结果均匀性差，无法验证加工后的叶轮叶片是否符合产品要求。

发明内容

为克服上述技术的缺点，本发明提供一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法及相关设备，能够解决现有测量方法由于受限于辅助基准的累积误差，导致产生的测量结果均匀性差的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用技术方案如下：

一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法，包括：

在叶轮叶片的理论模型上选取6个模型点；其中，6个模型点选取步骤如下：在理论模型上，靠近模型面内圈的顶部位置，采用120度分布原则选取同一高度的3个模型点；在模型面外圈，采用内外对称分布原则选取3个模型点；

基于6个模型点的坐标位置采集零件上对应的6个实体点；

将6个实体点与6个模型点进行拟合并对6个实体点进行迭代，直至判断条件达到预设阈值，构建得到实体坐标系；

基于实体坐标系，根据扫描零件的测量值，输出测量结果。

进一步地，其中，在模型面外圈选取模型点时，选取2个叶轮外壁的模型点以及1个叶轮内壁的模型点，或者，选取2个叶轮内壁的模型点以及1个叶轮外壁的模型点。

进一步地，其中，通过三坐标机以手动方式采集零件上对应的6个实体点。

进一步地，得到实体坐标系后，还包括：

在理论模型上重新选取6个模型点，并对零件自动采集，经拟合处理及迭代处理，构建得到精建坐标系。

进一步地，所述预设阈值包括预设迭代次数和目标精度；当实际迭代次数达到预设迭代次数时或本次输出结果精度达到目标精度时，结束迭代过程。

进一步地，采用实体坐标系测量零件的具体步骤包括：

随机采集模型上多个位置对应的矢量点，将矢量点输入至实体坐标系，验证各区域对应的矢量偏差均匀性；对叶轮各区域的点位进行曲线扫描，评价各点位对应的矢量偏差或曲线轮廓度，汇总得到测量值，根据测量值输出测量结果。

进一步地，还包括：

基于得到的实体坐标系，反测零件的叶轮内孔以及叶轮端面的数值信息，将数值信息传输至安装加工模块，以供安装加工模块根据数值信息对叶轮安装部件进行加工。

一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量系统，用于上述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法的步骤，包括：

模型点采集模块，用于在叶轮叶片的理论模型上选取6个模型点；其中，6个模型点选取步骤如下：在理论模型上，靠近模型面内圈的顶部位置，采用120度分布原则选取同一高度的3个模型点；在模型面外圈，采用内外对称分布原则选取3个模型点；

实体点采集模块，用于基于6个模型点的坐标位置采集零件上对应的6个实体点；

拟合迭代模块，用于将6个实体点与6个模型点进行拟合并对6个实体点进行迭代，直至判断条件达到预设阈值，构建得到实体坐标系；

测量模块，用于基于实体坐标系，根据扫描零件的测量值，输出测量结果。

一种设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现上述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法的步骤。

相比于现有技术，本发明具有有益效果如下：

本发明还提供一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法，本方法采用在理论模型上，靠近模型面内圈的顶部位置，采用120度分布原则选取同一高度的3个模型点；在模型面外圈，采用内外对称分布原则选取3个模型点，共选取6个模型点，通过在零件上采集对应的6个实体点，并将实体点与模型点进行拟合迭代处理，建立实体坐标系，最终在实体坐标系下完成零件的测量；本方法打破“3点构建面、2点构建线、1点定圆心”传统的构建坐标系模式，采用6点迭代法构建零件坐标系，使得6点在叶轮型面上分布均匀，兼顾叶片内、外侧，当执行坐标系迭代时，能够实现叶轮明面全方位的公差均布，避免测量结果中出现：内侧或者局部轮廓度小，其他位置轮廓度大的现象；本方法有效解决了叶轮型面测量结果均匀性差的问题，能够准确测量出叶轮型面矢量偏差，避免因测量误差产生的误判。

优选地，本发明中，还将测量过程与后续的安装加工工艺过程进行了有效关联，依据“六点迭代法”构建的坐标系及中心位置，反测内孔和叶轮零件端面结果数值，并反馈至后续工艺加工中，能够有效提高了叶轮安装后与测量结果的对应性，一定程度上提升了运转性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法中，选取点位的示意图；

图2为本发明提供的一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法的流程图；

图3为本发明提供的一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1：在叶轮叶片的理论模型上选取6个模型点；其中，6个模型点选取步骤如下：在理论模型上，靠近模型面内圈的顶部位置，采用120度分布原则选取同一高度的3个模型点；在模型面外圈，采用内外对称分布原则选取3个模型点。

具体的，在模型面外圈选取模型点时，选取2个叶轮外壁的模型点以及1个叶轮内壁的模型点，或者，选取2个叶轮内壁的模型点以及1个叶轮外壁的模型点。

S2：基于6个模型点的坐标位置采集零件上对应的6个实体点；其中，通过三坐标机以手动方式采集零件上对应的6个实体点。

S3：将6个实体点与6个模型点进行拟合并对6个实体点进行迭代，直至判断条件达到预设阈值，构建得到实体坐标系。

为了使得构建的坐标系的测量精度更高，得到实体坐标系后，在理论模型上重新选取6个模型点，并对零件自动采集，经拟合处理及迭代处理，构建得到精建坐标系。

这里，上述预设阈值包括预设迭代次数和目标精度；当实际迭代次数达到预设迭代次数时或本次输出结果精度达到目标精度时，结束迭代过程。

S4：基于实体坐标系，根据扫描零件的测量值，输出测量结果。

采用实体坐标系测量零件的具体步骤包括：

随机采集模型上多个位置对应的矢量点，将矢量点输入至实体坐标系，验证各区域对应的矢量偏差均匀性；对叶轮各区域的点位进行曲线扫描，评价各点位对应的矢量偏差或曲线轮廓度，汇总得到测量值，根据测量值输出测量结果。

为了有效提高叶轮安装后与测量结果的对应性，本方法还包括：

基于得到的实体坐标系，反测零件的叶轮内孔以及叶轮端面的数值信息，将数值信息传输至安装加工模块，以供安装加工模块根据数值信息对叶轮安装部件进行加工。

如图3所示，本发明还提供了一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量系统，包括：模型点采集模块，用于在叶轮叶片的理论模型上选取6个模型点；其中，6个模型点选取步骤如下：在理论模型上，靠近模型面内圈的顶部位置，采用120度分布原则选取同一高度的3个模型点；在模型面外圈，采用内外对称分布原则选取3个模型点；实体点采集模块，用于基于6个模型点的坐标位置采集零件上对应的6个实体点；拟合迭代模块，用于将6个实体点与6个模型点进行拟合并对6个实体点进行迭代，直至判断条件达到预设阈值，构建得到实体坐标系；测量模块，用于基于实体坐标系，根据扫描零件的测量值，输出测量结果。

本发明还提供了一种设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述的基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法的步骤。

所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量的步骤，例如：在叶轮叶片的理论模型上选取6个模型点；其中，6个模型点选取步骤如下：在理论模型上，靠近模型面内圈的顶部位置，采用120度分布原则选取同一高度的3个模型点；在模型面外圈，采用内外对称分布原则选取3个模型点；基于6个模型点的坐标位置采集零件上对应的6个实体点；将6个实体点与6个模型点进行拟合并对6个实体点进行迭代，直至判断条件达到预设阈值，构建得到实体坐标系；基于实体坐标系，根据扫描零件的测量值，输出测量结果。

或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述系统中各模块的功能，例如：模型点采集模块，用于在叶轮叶片的理论模型上选取6个模型点；其中，6个模型点选取步骤如下：在理论模型上，靠近模型面内圈的顶部位置，采用120度分布原则选取同一高度的3个模型点；在模型面外圈，采用内外对称分布原则选取3个模型点；实体点采集模块，用于基于6个模型点的坐标位置采集零件上对应的6个实体点；拟合迭代模块，用于将6个实体点与6个模型点进行拟合并对6个实体点进行迭代，直至判断条件达到预设阈值，构建得到实体坐标系；测量模块，用于基于实体坐标系，根据扫描零件的测量值，输出测量结果。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成预设功能的一系列计算机程序指令段，所述指令段用于描述所述计算机程序在所述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成模型点采集模块、实体点采集模块、拟合迭代模块和测量模块；各模块具体功能如下：模型点采集模块，用于在叶轮叶片的理论模型上选取6个模型点；其中，6个模型点选取步骤如下：在理论模型上，靠近模型面内圈的顶部位置，采用120度分布原则选取同一高度的3个模型点；在模型面外圈，采用内外对称分布原则选取3个模型点；实体点采集模块，用于基于6个模型点的坐标位置采集零件上对应的6个实体点；拟合迭代模块，用于将6个实体点与6个模型点进行拟合并对6个实体点进行迭代，直至判断条件达到预设阈值，构建得到实体坐标系；测量模块，用于基于实体坐标系，根据扫描零件的测量值，输出测量结果。

所述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量设备可包括，但不仅限于处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述是基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量设备的示例，并不构成对基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量设备的限定，可以包括比上述更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者所述处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量设备的各种功能。

所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法的步骤。

所述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量系统集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，本发明实现上述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在被处理器执行时，可实现上述基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或预设中间形式等。

所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。

下面结合实施例与附图对本发明作进一步说明：

实施例

正如背景技术中提及的：传统测量方法由于受限于辅助基准的累积误差，导致产生的测量结果均匀性差，无法验证加工后的叶轮叶片是否符合产品要求。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法，具体步骤如下：

(1)使用三坐标测量机结合叶轮数模，采用6点迭代法构建坐标系，具体为：

a、将模型导入至测量软件中，打破“3、2、1(3点构建面、2点构建线、1点定圆心)”构建坐标系的传统模式，根据叶轮型面特点，使用6点迭代法，并合理设置6点分布，提升结果偏差均匀性。

具体说明如下：

第一，传统“3、2、1”法指的是基于零件上的一个3点构成的面元素、2点构成的线元素以及1个坐标系原点元素，由于叶轮整体为曲面回转体，且零件上没有具体平面元素线元素，所以，传统“3、2、1”法无法应用于叶轮上，在叶轮上实现迭代测量需要另寻它法，因此，研究出“6点”迭代法，从而实现其坐标系迭代功能，完成叶轮轮廓相关测量。

(2)采用叶轮内圈高度近似一致的3点叶轮外圈叶片内测(外)2点+外侧(内侧)1点的选取原则，进行6点法建立坐标系，代替3点构成的面，2点构成的线以及1坐标原点的选取办法。

(3)本六点迭代法的优点在于，使得6点在叶轮型面上分布均匀，兼顾叶片内、外侧，当执行坐标系迭代时，能够实现叶轮明面全方位的公差均布，避免测量结果中出现：内侧或者局部轮廓度小，其他位置轮廓度大的现象。

(4)具体建立坐标系过程为，软件上导入模型，在模型上使用6点法原则选6点作为迭代点和迭代目标精度，手动模式下建立好坐标系，之后执行该坐标系程序，手动在零件上按提示采集模型上对应的6点，完成初步选代之后，自动模式下精建坐标系，消除手动采集时，自动测量时的6点测量矢量使用的是模型上对应点的矢量，测量方向与曲面法向方句的偏差引入的测量误差，提升坐标系建立精度，进而提升叶轮型面轮廓度测量精度。以上为本发明的发明点之一。

如图1所示，选取模型点的步骤如下：首先在叶轮模型型面的顶部位置，靠近叶轮型面内圈，保持近似高度一致处，采用120度分布设置3个点，然后，在叶轮外圈设置剩余3点，采用内外对称分布原则，即选取2个叶轮外壁的模型点以及1个叶轮内壁的模型点，或者，选取2个叶轮内壁的模型点以及1个叶轮外壁的模型点，图1中，选取2个叶轮内壁的模型点以及1个叶轮外壁的模型点。

b、设置迭代次数与目标精度，并在零件实物上手动采集对应的6个实体点；坐标机自动多次迭代完成坐标系的初次构建和零件与数模的坐标系拟合，直至实际迭代次数达到预设迭代次数时或本次输出结果精度达到目标精度时，结束迭代过程；这里的迭代具体为：以6个模型点作为迭代点，坐标机沿矢量方向不断采集零件上的6个实体点，使其最大化的靠近对应的模型点；本步骤的目的是将实体坐标系与理论模型进行关联。

(2)在理论模型上重新设置6点并采用自动采集功能，完成“6点迭代法”精建坐标系，提升测量结果准确性；在实体坐标系初次建立时，采用了手动采集方式，手动采集构建坐标系会带来一定的误差，为了尽量减小误差，重新以自动采集方式重复上述过程，得到了精建坐标系，使得后续的测量结果更加准确。

本步骤中，测量软件中设置为DCC自动模式，在模型上重新按6点法选取原则设置6点建立坐标系2，并自动执行迭代坐标系，完成“6点选代法”精建坐标系，提升坐标系精度和轮郭度测量结果准确性。t

(3)在模型上，随机多位置采集矢量点，验证各个区域的矢量偏差均匀性，以此来验证实体坐标系是否满足构建要求；通过验证，能够使得测量结果更加精准；然后利用曲线扫描功能，完成叶轮各个区域的点位扫描，并评价各个点的矢量偏差或曲线轮廓度，得到最终的测量结果。

此外，本实施例为了将零件测量过程与后续的安装加工工艺过程进行了有效关联，还包括以下步骤：

(4)测量结果补偿工艺过程：

基于上述测量方法测量零件得到的轮廓度结果为叶轮型面自身形状误差，不包含位置误差，叶轮在安装使用时是基于形状误差和位置误差共同作用控制性能。所以在为保障后期产品使用性能应对应控制位置公差。

具体方法为，在迭代法的坐标系下，反测叶轮零件安装坐标系的中心孔位置(标记好方向及偏差结果)以及叶轮顶面高度与模型上理论高度的偏差数值和正负方向，并将结果反馈至后续工艺加工中，进行高度余量和中心位置调整加工。本方法实现了叶轮最优型面与中心和高低原点的协调统一，提升了产品实际运转性能。

综上，本发明提供可了一种基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法，相比现有的测量方法，具有如下优势：

本方法有效解决了叶轮型面测量结果均匀性差的问题，能够准确测量出叶轮型面矢量偏差，避免因测量误差产生的误判。依据“6点迭代法”构建的坐标系及中心位置，反测内孔和叶轮零件端面结果数值，并反馈至后续工艺加工中，能够有效提高叶轮安装后与测量结果的对应性，一定程度上提升了运转性能。通过使用基于六点迭代法的复杂叶轮叶片的测量方法，通过实践数据分析，使零件合格率达到98％以上。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。