航空发动机叶片型面激光扫描测量关键技术研究
发布时间：2022-01-16 03:25
航空发动机的发展是当前国家制造强国战略重要部署之一,其叶片制造水平对发动机研制起着至关重要的作用。现阶段航空发动机叶片制造通常都无法一步到位做到无余量加工,需要在前序加工后开展精密测量工序,并由测量结果进一步指导后续加工。发动机叶片维修过程中同样需要对叶片开展叶片测量来提取叶片磨损量等型面参数,从而保证修复精度。因此,发动机叶片测量在叶片制造及维修过程中起着至关重要的作用。本文以航空发动机叶片激光扫描测量为背景,对激光传感器倾角误差的标定、叶片形貌表征、测量点采样策略、测量点云数据对齐以及模型误差提取等关键技术开展了相应研究,并基于Qt5.2.0环境开发叶片测量系统软件,为后续自动化、智能化高性能叶片测量装备工程化应用开发提供必要方法和理论基础。本文主要内容及创新点概括如下:（1）研究了激光位移传感器入射光跟被测面法线不重合时候引入的倾角误差,结合传感器内部透镜分布及倾角对反射光斑的影响,量化的倾角误差值可用于航空发动机叶片等自由曲面的测量补偿,最后利用激光干涉仪验证误差模型的有效性。（2）研究了航空发动机叶片型面表征方法及其截面轮廓测量数据点分布策略,可有效减小点云数据量。（3）研究...
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２发动机叶片设计流程??航空发动机不仅在研发设计和制造过程中需投入大量资金，后期发动机维修??
ＧＥ９０－１１５Ｂ发动机最大推力为５７０ｋＮ，燃烧室温度达到１５００°Ｃ以上，进气口直??径达到３．４３米，面对如此大的载荷及尺寸，意味着该发动机叶片设计和制造需??具有极其严苛且繁杂的步骤。典型发动机叶片设计流程如图１．２所示，其中??ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?Ａｉｄｅｄ?Ｄｅｓｉｇｎ）、?ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?Ｆｌｕｉｄ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ）、??ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?Ａｉｄｅｄ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）等计算机技术的引进给发动机制造带来了极大??地便利。??设计需求??Ｖ?，?／??ｉ??发动机性能要求??ｉ?＾??????空气动力要求?一？?流体设计?一？?ＣＦＤ??ｉ?￣???★?￣??几何结构要求?一？?几何设计?一？?ＣＡＤ??“??Ｉ?１?Ｉ???强度校核?热稳定校核??Ｉ?Ｉ?１?＇??—??ＣＡＥ??Ｙ??设计结束?????图１．２发动机叶片设计流程??航空发动机不仅在研发设计和制造过程中需投入大量资金，后期发动机维修??过程中叶片修复也需要大量投入。尽管在叶片设计及制造过程中考虑了多重保护??２??
图１．４发动机叶片三坐标测量??三坐标测量机测量叶片关键性技术包括叶片坐标定位、测量轨迹规划、点云??降噪等。??（１）叶片坐标定位??叶片点云定位指测量得到的点云与参考点云之间的位置、姿势之间的空间关??系的确定。定位质量的优劣直接影响测量点云匹配精度及重要参数提取质量，是??三坐标高效、准确测量的重要前提。目前点云匹配主要通过ＩＣＰ?（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ?ｃｌｏｓｅｓｔ??Ｐ〇ｉｎｔ）［２２］算法及遗传算法？匹配位姿。ＩＣＰ通过不断迭代最近点的方式对齐测量??点云及参考点云，具有通用性高的特点，同时可省略特征提取等步骤，但对初值??选取的偏差过大可能导致匹配结果局部过优，结果不尽人意。遗传算法具备更强??的全局搜索能力，但初始种群及遗传参数的设置对结果影响较大，可能最终导致??定位匹配结果不收敛或收敛缓慢。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外智能制造的发展及对我国商用航空发动机发展的启示[J]. 苏巧灵. 航空制造技术. 2017(18)
[2]基于SAC-IA和改进ICP算法的点云配准技术[J]. 陈学伟,朱耀麟,武桐,王祖全. 西安工程大学学报. 2017(03)
[3]结合Procrustes分析法和ICP算法的PICP配准算法[J]. 杨玲,谯舟三,陈玲玲,杨智鹏. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(02)
[4]世界航空发动机发展趋势及经验[J]. 金伟. 中国工业评论. 2016(11)
[5]“中国制造2025”下航空工业的发展前景[J]. 金伟. 国防科技工业. 2016(07)
[6]研发航空制造的先进理念与创新技术[J]. 朱剑英. 机械制造与自动化. 2016(02)
[7]航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术[J]. 任军学,冯亚洲,米翔畅,许迎颖. 航空制造技术. 2015(22)
[8]激光位移传感器在自由曲面测量中的应用[J]. 李兵,孙彬,陈磊,魏翔. 光学精密工程. 2015(07)
[9]航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J]. 焦华宾,莫松. 航空制造技术. 2015(12)
[10]航空发动机先进数控加工技术应用分析[J]. 杨金发,张军,李家永,杨万辉,陈雷,梁宏坤. 金属加工(冷加工). 2015(11)
硕士论文
[1]航空叶片叶尖自适应修复软件开发[D]. 叶晓华.华中科技大学 2016
[2]航空叶片激光扫描测量规划与适应性修形技术研究[D]. 王福海.南京航空航天大学 2016
[3]基于面结构光的航空发动机叶片三维测量研究[D]. 万美婷.南昌航空大学 2012
[4]基于改进凸包算法的叶片型面检测[D]. 彭志光.华中科技大学 2012
[5]面向曲面零件的加工精度在线检测技术研究与系统开发[D]. 诸进才.广东工业大学 2008
本文编号：3591843
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２发动机叶片设计流程??航空发动机不仅在研发设计和制造过程中需投入大量资金，后期发动机维修??
ＧＥ９０－１１５Ｂ发动机最大推力为５７０ｋＮ，燃烧室温度达到１５００°Ｃ以上，进气口直??径达到３．４３米，面对如此大的载荷及尺寸，意味着该发动机叶片设计和制造需??具有极其严苛且繁杂的步骤。典型发动机叶片设计流程如图１．２所示，其中??ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?Ａｉｄｅｄ?Ｄｅｓｉｇｎ）、?ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?Ｆｌｕｉｄ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ）、??ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?Ａｉｄｅｄ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）等计算机技术的引进给发动机制造带来了极大??地便利。??设计需求??Ｖ?，?／??ｉ??发动机性能要求??ｉ?＾??????空气动力要求?一？?流体设计?一？?ＣＦＤ??ｉ?￣???★?￣??几何结构要求?一？?几何设计?一？?ＣＡＤ??“??Ｉ?１?Ｉ???强度校核?热稳定校核??Ｉ?Ｉ?１?＇??—??ＣＡＥ??Ｙ??设计结束?????图１．２发动机叶片设计流程??航空发动机不仅在研发设计和制造过程中需投入大量资金，后期发动机维修??过程中叶片修复也需要大量投入。尽管在叶片设计及制造过程中考虑了多重保护??２??
图１．４发动机叶片三坐标测量??三坐标测量机测量叶片关键性技术包括叶片坐标定位、测量轨迹规划、点云??降噪等。??（１）叶片坐标定位??叶片点云定位指测量得到的点云与参考点云之间的位置、姿势之间的空间关??系的确定。定位质量的优劣直接影响测量点云匹配精度及重要参数提取质量，是??三坐标高效、准确测量的重要前提。目前点云匹配主要通过ＩＣＰ?（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ?ｃｌｏｓｅｓｔ??Ｐ〇ｉｎｔ）［２２］算法及遗传算法？匹配位姿。ＩＣＰ通过不断迭代最近点的方式对齐测量??点云及参考点云，具有通用性高的特点，同时可省略特征提取等步骤，但对初值??选取的偏差过大可能导致匹配结果局部过优，结果不尽人意。遗传算法具备更强??的全局搜索能力，但初始种群及遗传参数的设置对结果影响较大，可能最终导致??定位匹配结果不收敛或收敛缓慢。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外智能制造的发展及对我国商用航空发动机发展的启示[J]. 苏巧灵. 航空制造技术. 2017(18)
[2]基于SAC-IA和改进ICP算法的点云配准技术[J]. 陈学伟,朱耀麟,武桐,王祖全. 西安工程大学学报. 2017(03)
[3]结合Procrustes分析法和ICP算法的PICP配准算法[J]. 杨玲,谯舟三,陈玲玲,杨智鹏. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(02)
[4]世界航空发动机发展趋势及经验[J]. 金伟. 中国工业评论. 2016(11)
[5]“中国制造2025”下航空工业的发展前景[J]. 金伟. 国防科技工业. 2016(07)
[6]研发航空制造的先进理念与创新技术[J]. 朱剑英. 机械制造与自动化. 2016(02)
[7]航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术[J]. 任军学,冯亚洲,米翔畅,许迎颖. 航空制造技术. 2015(22)
[8]激光位移传感器在自由曲面测量中的应用[J]. 李兵,孙彬,陈磊,魏翔. 光学精密工程. 2015(07)
[9]航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J]. 焦华宾,莫松. 航空制造技术. 2015(12)
[10]航空发动机先进数控加工技术应用分析[J]. 杨金发,张军,李家永,杨万辉,陈雷,梁宏坤. 金属加工(冷加工). 2015(11)
硕士论文
[1]航空叶片叶尖自适应修复软件开发[D]. 叶晓华.华中科技大学 2016
[2]航空叶片激光扫描测量规划与适应性修形技术研究[D]. 王福海.南京航空航天大学 2016
[3]基于面结构光的航空发动机叶片三维测量研究[D]. 万美婷.南昌航空大学 2012
[4]基于改进凸包算法的叶片型面检测[D]. 彭志光.华中科技大学 2012
[5]面向曲面零件的加工精度在线检测技术研究与系统开发[D]. 诸进才.广东工业大学 2008
本文编号：3591843
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