一种涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111708326A(43)申请公布日2020.09.25(21)申请号202010656092.4(22)申请日2020.07.09(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人朱思萌奚学程闫晓燊赵万生褚皓宇张瑞雪张敏陈晟(74)专利代理机构上海旭诚知识产权代理有限公司31220代理人郑立(51)Int.Cl.G05B19/404(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法(57)摘要本发明公开了一种涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法。包括以下步骤：将涡轮叶片安装在随行夹具上；对涡轮叶片曲面轮廓进行在线测量得实测点云；从设计模型中提取出曲面轮廓区域细密均匀的标准姿态点云；建立设计模型坐标系、机床坐标系和夹具坐标系，并推导传递矩阵；将姿态点云变换到夹具坐标系，将实测点云变换到夹具坐标系；推导出位姿偏差；提取气膜冷却孔孔位坐标，并变换到机床坐标系中；建立真实孔位映射；进行运动学建模；求解出机床各轴坐标参数，得到气膜冷却孔的加工姿态；将补偿后的气膜冷却孔加工程序导入机床。本发明的应用，会使涡轮叶片气膜冷却孔加工精度得到提高，对于涡轮叶片轮廓误差和位姿误差的鲁棒性较强。CN111708326ACN111708326A权利要求书1/2页1.一种涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，包括以下方法步骤：步骤一、将涡轮叶片固定安装在随行夹具上，使用检测工具验证铸造粗基准是否与夹具定位点紧密接触；步骤二、将所述涡轮叶片和所述随行夹具安装在搭载激光位移传感器的测量平台上，对所述涡轮叶片曲面轮廓进行在线测量，得到实测点云；步骤三、从设计模型中提取出曲面轮廓区域细密均匀的标准姿态点云；步骤四、结合机床夹具参数和设计模型中关于铸造粗基准的说明，建立设计模型坐标系、机床坐标系和夹具坐标系，并推导这三个坐标系之间的传递矩阵；步骤五、将标准姿态点云从设计模型坐标系变换到夹具坐标系，将实测点云从机床坐标系变换到夹具坐标系；步骤六、在底部精基准的约束下，通过迭代配准，将实测点云与标准姿态点云配准到一致姿态，并推导出位姿偏差；步骤七、从设计模型中提取出气膜冷却孔孔位坐标和孔轴线方向，并变换到机床坐标系中；步骤八、使用位姿偏差对气膜冷却孔设计坐标和孔轴线方向进行逆变换，得到气膜冷却孔修正坐标和孔轴线方向，通过最近垂点建立真实孔位映射；步骤九、结合电火花微孔机机床结构，进行运动学建模；步骤十、基于机床运动学模型，使电极向量与气膜冷却孔修正向量重合，求解出运动学模型中的机床各轴坐标参数，得到气膜冷却孔的加工姿态；步骤十一、根据设计文件说明对孔位加工姿态进行排序，得到补偿后的气膜冷却孔加工程序，将加工程序导入机床，完成气膜冷却孔加工。2.如权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，所述随行夹具采用所述涡轮叶片后缘和背部铸造定位点为所述步骤一的粗基准。3.如权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，所述步骤二是采用点云表征轮廓特征，通过激光器对所述涡轮叶片曲面轮廓区域进行点云扫描测量，提取实测点云。4.如权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，所述步骤二的测量平台是五轴测量平台。5.如权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，所述步骤三是对所述涡轮叶片设计模型进行三角网格划分，得到设计模型坐标系上均匀细密的曲面轮廓点云，将点云变换到夹具坐标系，得到标准姿态点云。6.如权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，所述步骤四的建立设计模型坐标系与机床坐标系的变换关系，将所述涡轮叶片CAD模型中的坐标系定义为设计模型坐标系；在X-Y-Z-B-C结构机床上定义机床坐标系，以B轴和C轴交点为原点，以X、Y、Z轴分别为X、Y、Z方向；在所述随行夹具上定义夹具坐标系，以底部定位板中心为原点，X、Y、Z轴方向与机床坐标系相同。7.如权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，所述步骤六的位姿偏差是在自由配准中加入实际夹具约束条件，通过点云变换和降维简化配准运算，迭乘每次配准的变换矩阵作为位姿偏差矩阵。2CN111708326A权利要求书2/2页8.如权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，所述随行夹具采用所述涡轮叶片底面作为所述步骤六的精基准。9.如权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔自适应补偿加工方法，其特征在于，所述步骤八的孔位映射，依据位姿偏差对孔坐标和孔轴线方向做第一次修正补偿，基于最近点关系拟合最近距离切平面，依据最近垂点对孔坐