航空发动机涡轮叶片二次曲线前缘轮廓测量与建模

发布时间：2020-07-01 18:18

【摘要】：随着中国制造2025行动纲领的发布,越来越多的制造业开始进行转型升级,“互联网+汽车”、“互联网+制造”、“智能生产”、“无人工厂”成了现在比较流行的新颖理念,同时也代表着未来中国制造业的发展目标,通过大众创业,万众创新的创新发展战略将使中国的制造业由大向强、由低端向高端的必然转变。,相比于西方欧美的工业强国,其高端制造业的自动化检测的普及率已远远超过我国的制造业,随着我国制造业的不断升级改造,制造企业的自动化检测的需求也将越来越旺盛。其中对于航空工业等高精尖领域来说,三维测量技术的发展将推动着这些领域的生产、检测、维修等方面的发展,并可提升效率、降低成本以及提高产品的使用寿命,因此三维测量技术将日益成为了测量研究的重点,关注测量的痛点与难点,通过创新性的科研研究相关技术、突破原有技术的局限性以满足实际的测量需求。研究光学测量技术的各种原理,并将配合各种精密的光学仪器,组合成一个三维测量系统。其中三维数据扫描机就是经典的光学测量技术应用的一个成功典范。但是传统的三维数据扫描机都有其各自的局限性,例如采用激光与相机相结合的实时的同步扫描以及实时数据采集,这对激光的质量和相机的实时采集性能要求非常高,过于依靠他们之间的紧密协同从而使得其不能达到测量高精度的要求,导致三维测量技术的优势无法发挥。面对三维数据扫描机的各种性局限性问题,本文将在测量方面对传统的三维数据扫描机进行一定的改进,通过采用光谱共焦位移传感器搭建出一套新式的三维数据扫描机,相比于改进前会有测量精度与稳定性方面的提升。本文将使用该三维数据扫描机对航空发动机涡轮叶片进行测量,并对其采集而来的数据进行处理以及对前缘部分的二次曲线建模。本文的主要工作在建模方面,详细地通过对以往算法的介绍与研究,了解其优点与缺点,针对其缺点研发了一种新式的建模算法;由于叶片前缘可以看做是一段切线与一段圆弧或贝塞尔曲线的结合,而以往的算法主要是用圆拟合与直线拟合相结合的方式建模,因此如果遇到航空发动机叶片前缘结构中含有的是非圆弧线或者是贝塞尔曲线段的情况,以往的算法就不能很好地适应这种变化,因此本文将基于直线黑塞范式的直线拟合与基于贝塞尔曲线的曲线拟合的两种拟合相结合对叶片前缘截面进行二次曲线建模;同时为了验证本文算法的效果,将利用大量的模拟数据进行模拟实验即同时用本文算法与一种传统算法对数据进行建模,以此比较本文算法与传统算法,通过实验结果发现本文算法与传统针对圆弧型的叶片前缘的建模算法相比具有应用范围广、精度高、稳定性强等优势。本文所论述的工作内容主要有:查阅相关文献(包括国内的、国外的文献),分析了几种接触式与非接触式的三维光学测量法。调研现有对圆弧型、贝塞尔曲线型的涡轮叶片前缘建模的研究现状,相应的已有建模算法的优缺点、应用范围以及具体实现步骤。详细介绍新式三维扫描系统的各个系统组成部分。在这一章节中,叙述了控制平台的x、y、z轴等三维运动控制能力、光谱共焦传感器的详细技术参数、以及计算机数据采集处理软件的设计。对本文提出的建模算法的相关原理进行详细论述,分析直线黑塞范式与贝赛尔曲线的优缺点,将贝塞尔曲线拟合与直线拟合结合实际情况应用于叶片前缘的建模中以及进行相关改进以提高建模算法的精度与稳定性。详细介绍本文提出的算法相关操作流程,并与目前存在的建模算法(基于自适应迭代最小二乘的叶片后缘参数估计)相比较,通过对模拟数据进行处理,比较两种算法对非圆弧型的叶片前缘的拟合效果的优劣性,并同时验证本文算法的可行性以及建模效果等。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V232.4
【图文】：

图 2-4 三维数据扫描系统实物图Figure 2-4 3D data scanning system physical map示的是三维数据扫描机系统实物分布图，其中 1 所指的是 z 方向轨平台，主要用于控制调节光谱共焦位移传感器与被测物体之，为顶部支架的旋钮，可配合电动电机来微调位移传感器的高数据采集处理软件设计课题组研究的要求，我们专门设计并编写了一个应用于三维数理软件；主要负责各个器件的协调协同工作、数据采集工作以行相应的分析处理。设计环境及工具介绍

软件的工作模式有两种，分别是检测模式与采集模式；图2-5 表示的即为软件的测量流程。其中采集模式采集的数据是最原始、最真实的三维点云数据，没有经过任何算法的预处理，其主要作用是数据的采集、显示以及储存；同时，其测量的数据结果可以被当作一个反馈，让研究人员可以对传感器位置、光源亮度等参数进行调整，以获取三维测量系统的最佳测量精度。而检测模式被设计主要用于对采集的三维数据进行预处理，包括图像去噪、获取叶片截面数据、数据分割等操作，最终实现对叶片截面的二次曲线建模。该软件有效地将三维数据扫描机与后期的建模工作相结合，既加入了自动检测方便操作又提升了实验的效率。图 2-5 测量流程图Figure 2-5 Measurement Flow Chart

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本文编号：2737109