葉片大規(guī)模點(diǎn)云處理與無(wú)干涉檢測(cè)規(guī)劃.pdf

1、葉輪葉片是航空、艦船、核電等行業(yè)的核心部件，具有薄壁件、難加工、易變形等特點(diǎn)，如何保證其制造精度一直是數(shù)字化制造領(lǐng)域的研究前沿?！凹庸?測(cè)量”一體化為實(shí)現(xiàn)葉輪葉片類復(fù)雜曲面零件精密加工提供了新理論新方法，其中大規(guī)模點(diǎn)云處理、無(wú)干涉5軸檢測(cè)規(guī)劃、軟硬件平臺(tái)搭建是亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，本文圍繞葉片點(diǎn)云精簡(jiǎn)與光順、葉片形位參數(shù)提取、葉輪無(wú)干涉檢測(cè)規(guī)劃等開展研究，具體包括：
　　(1)葉片造型復(fù)雜，前后緣壁厚不足2mm，對(duì)非均布葉片點(diǎn)

2、云精簡(jiǎn)或光順時(shí)易因取樣不均丟失前后緣特征。本文建立點(diǎn)-曲面距離關(guān)系，應(yīng)用點(diǎn)云密度熵信息，定義并選取含點(diǎn)云分布特性和內(nèi)在特征的權(quán)重因子。建立精簡(jiǎn)點(diǎn)云和原始點(diǎn)云之間的幾何誤差關(guān)系，解決前后緣高曲率區(qū)域和稀疏區(qū)域取樣不均問(wèn)題，提出自適應(yīng)雙邊濾波器，解決非均布點(diǎn)云光順整體收縮和前后緣過(guò)光順問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比均勻網(wǎng)格和層次聚類法所提方法精簡(jiǎn)后葉片點(diǎn)云分布更均衡，相比拉普拉斯和雙邊濾波法所提自適應(yīng)雙邊濾波法在標(biāo)準(zhǔn)偏差上降低1個(gè)數(shù)量級(jí)。

3、　　(2)為避免繁瑣的網(wǎng)格重構(gòu)和曲面參數(shù)化，可由葉片散亂點(diǎn)云模型直接構(gòu)造截面型線，提取特征參數(shù)。本文構(gòu)建散亂點(diǎn)云數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)操作，提取截面曲線和中弧線有序點(diǎn)集，建立截面曲線-點(diǎn)云距離函數(shù)，根據(jù)1階微分增量構(gòu)建調(diào)整截面對(duì)應(yīng)B樣條曲線控制點(diǎn)的線性優(yōu)化模型，使截面曲線與點(diǎn)云幾何偏差控制在容許范圍內(nèi)。結(jié)合中弧線原理，引入點(diǎn)-包絡(luò)線距離函數(shù)，建立葉片截面曲線和中弧線之間的有向距離函數(shù)，通過(guò)線性優(yōu)化模型調(diào)整中弧線對(duì)應(yīng)B樣條曲線控制點(diǎn)，提高中弧線提取精

4、度，進(jìn)而提取前后緣、最大厚度等葉片參數(shù)，所提算法成功應(yīng)用于葉片點(diǎn)云或整體葉盤的參數(shù)提取。
　　(3)葉輪屬于回轉(zhuǎn)類造型，采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)檢測(cè)會(huì)因二次裝夾導(dǎo)致重新定位，無(wú)法實(shí)現(xiàn)其加工-測(cè)量一體化。本文綜合考慮測(cè)頭大小和檢測(cè)路徑全局可接近性，定義測(cè)點(diǎn)全局可接近錐，利用圖形處理器(GPU)給出可接近錐高效計(jì)算方法，得到整條檢測(cè)路徑上的有效可接近錐。考慮檢測(cè)路徑最短兼顧光順性的問(wèn)題，通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)集和檢測(cè)方向構(gòu)建的軸跡面給出最小曲面