專利名稱：一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及整體葉輪測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法。
背景技術(shù)：
整體葉輪是發(fā)動(dòng)機(jī)、透平等動(dòng)力機(jī)械的關(guān)鍵零部件，廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械等領(lǐng)域，具有很高的尺寸和形狀要求。為了保證整體葉輪產(chǎn)品的質(zhì)量，在加工完成后需要對(duì)其外形進(jìn)行測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種精密測(cè)量?jī)x器，大量用于對(duì)整體葉輪的外形測(cè)量。測(cè)量時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)是如何高精度地對(duì)整體葉輪進(jìn)行定位，定位精度直接影響對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析結(jié)果O·
整體葉輪的三坐標(biāo)測(cè)量定位就是在測(cè)量工件上建立一個(gè)坐標(biāo)系，包括三個(gè)方面的內(nèi)容軸向定位、周向定位和中心定位。整體葉輪包含有相配合的圓柱面和一些平的端平面，這些部位制造精度高，其中平的端平面可以用于測(cè)量時(shí)的軸向定位，圓柱面可以用于中心定位。而周向定位需要依賴周向特征，但由于整體葉輪在周向上是需要進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因而很多整體葉輪在周向上沒有明顯的高精度定位特征，造成周向定位較為困難。通常的簡(jiǎn)單做法可以采取在葉片局部采集特征點(diǎn)的方法進(jìn)行周向定位，但由于難以精確找到特征點(diǎn)的理論位置，周向定位精度較低。在初步測(cè)量后，利用測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)模的配準(zhǔn)可以調(diào)整工件的測(cè)量坐標(biāo)系，但是由于葉片的制造精度通常比相配合的圓柱面和一些平的端平面的精度低，因此雖然提高了周向定位精度，但造成配準(zhǔn)后的坐標(biāo)系在軸向和中心處的精度損失。因此，希望設(shè)計(jì)一種定位方法，提高整體葉輪的周向定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是整體葉輪在采用三坐標(biāo)進(jìn)行零件測(cè)量時(shí)周向定位精度不高的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法。該方法包括兩步。第一步是利用整體葉輪上的端平面、圓柱面和葉片邊緣上的點(diǎn)來建立一個(gè)包括原點(diǎn)O、X軸、Y軸和Z軸的初步測(cè)量坐標(biāo)系0ΧΥΖ，進(jìn)行初步定位，使測(cè)頭能夠順利接觸工件并實(shí)現(xiàn)測(cè)量。第二步對(duì)葉片進(jìn)行測(cè)量，獲得某個(gè)葉片上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，將測(cè)量點(diǎn)與理論模型進(jìn)行配準(zhǔn)，根據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果對(duì)整體葉輪的初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的精細(xì)定位。進(jìn)一步在于初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ的建立具體為端平面的法矢確定Z軸，圓柱面中心線與端平面的交點(diǎn)確定原點(diǎn)0，原點(diǎn)與葉片邊緣上的點(diǎn)的連線確定X軸，Y軸根據(jù)Z軸和X軸以右手法則來確定。進(jìn)一步在于根據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果對(duì)整體葉輪的初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ進(jìn)行調(diào)整，不改變Z軸和原點(diǎn)O的位置，配準(zhǔn)結(jié)果只改變X軸方向?yàn)棣?，調(diào)整整體葉輪的周向定位，新的Γ軸根據(jù)Z軸和X軸來確定。進(jìn)一步在于通過對(duì)配準(zhǔn)結(jié)果在六個(gè)分量上進(jìn)行分解和部分分量置零的方法，使得配準(zhǔn)結(jié)果不影響已經(jīng)高精度定位的Z軸和原點(diǎn)O位置，僅對(duì)整體葉輪的周向X軸和Y軸進(jìn)行定位調(diào)整，實(shí)現(xiàn)整體葉輪進(jìn)一步的精細(xì)定位，對(duì)初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ調(diào)整的具體步驟為
(1)采用迭代最近點(diǎn)(ICP)方法對(duì)葉片測(cè)量點(diǎn)與理論模型進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得兩者間的轉(zhuǎn)換矩陣T ；
(2)將轉(zhuǎn)換矩陣Γ轉(zhuǎn)換分解為六個(gè)分量三個(gè)平移量和三個(gè)旋轉(zhuǎn)歐拉角；·
(3)保留繞Z軸旋轉(zhuǎn)的歐拉角分量，其它分量設(shè)置為0，獲得新的轉(zhuǎn)換矩陣r；
(4)將轉(zhuǎn)換矩陣r作用于坐標(biāo)系0ΧΥΖ，由于僅有繞Z軸旋轉(zhuǎn)的歐拉角分量，因此X軸和Y軸將繞Z軸旋轉(zhuǎn)，得到新的坐標(biāo)系為O X'Y'Z。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的整體葉輪裝夾示意 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的初步測(cè)量坐標(biāo)系的建立示意 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量坐標(biāo)系調(diào)整示意 其中1_圓柱面，2-端平面,3-葉片邊緣上的點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本實(shí)施例如圖1、2、3所示，本實(shí)施提供一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法，以一軸流開式整體葉輪為例，葉輪如圖I示意安裝在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的工作臺(tái)上。采用手動(dòng)方式對(duì)在整體葉輪進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量?jī)?nèi)容包括在端平面2上測(cè)量三個(gè)以上的測(cè)量點(diǎn)，在圓柱面I上測(cè)量6個(gè)以上的測(cè)量點(diǎn)，在葉片最邊緣上測(cè)量一個(gè)葉片邊緣上的點(diǎn)3。以端平面的法矢確定Z軸方向，圓柱面I中心線與端平面2的交點(diǎn)確定原點(diǎn)0，以葉片邊緣上的點(diǎn)3與原點(diǎn)O建立一直線，該直線方向?yàn)閄軸，建立初步測(cè)量坐標(biāo)系0ΧΥΖ，如圖2所示。在初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ下，根據(jù)事先規(guī)劃的測(cè)量路徑對(duì)整體葉輪的一個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)量。將測(cè)量數(shù)據(jù)與理論模型利用迭代最近點(diǎn)方法進(jìn)行配準(zhǔn)，得兩者間的轉(zhuǎn)換矩陣T。將變換矩陣T分解為六個(gè)自由度上子變換矩陣的乘積，坐標(biāo)變換的順序?yàn)橄劝凑绽@X、Y和Z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、然后繞X、Y和Z軸分別進(jìn)行平移，得到
權(quán)利要求
1.一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法，其特征在于包括以下兩步 第一步將整體葉輪固定在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床上，利用整體葉輪上的端平面、圓柱面和葉片邊緣上的點(diǎn)來建立一個(gè)包括原點(diǎn)0、x軸、Y軸和Z軸的初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ，進(jìn)行初步定位，使測(cè)頭能夠順利接觸工件并實(shí)現(xiàn)測(cè)量； 第二步對(duì)葉片進(jìn)行測(cè)量，獲得某個(gè)葉片上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，將測(cè)量點(diǎn)與理論模型進(jìn)行配準(zhǔn)，根據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果對(duì)整體葉輪的初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的精細(xì)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法，其特征在于初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ是利用整體葉輪上的端平面、圓柱面和葉片邊緣上的點(diǎn)建立的，端平面的法矢確定Z軸，圓柱面的中心線與端平面的交點(diǎn)確定原點(diǎn)0，原點(diǎn)O與葉片邊緣上的點(diǎn)的連線確定X軸，Y軸根據(jù)Z軸和X軸以右手法則來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法，其特征在于根據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果對(duì)整體葉輪的初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ進(jìn)行調(diào)整，不改變Z軸和原點(diǎn)O的位置，配準(zhǔn)結(jié)果只改變X軸方向?yàn)棣?，調(diào)整整體葉輪的周向定位，新的Γ軸根據(jù)Z軸和Γ軸來確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法，其特征在于對(duì)初步測(cè)量坐標(biāo)系OXYZ調(diào)整的具體步驟為 (1)采用迭代最近點(diǎn)ICP方法對(duì)葉片測(cè)量點(diǎn)與理論模型進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得兩者間的轉(zhuǎn)換矩陣T ； (2)將轉(zhuǎn)換矩陣T轉(zhuǎn)換分解為六個(gè)分量三個(gè)平移量和三個(gè)旋轉(zhuǎn)歐拉角； (3)保留繞Z軸旋轉(zhuǎn)的歐拉角分量，其它分量設(shè)置為0，獲得新的轉(zhuǎn)換矩陣Γ； (4)將轉(zhuǎn)換矩陣Γ作用于初步測(cè)量坐標(biāo)系0ΧΥΖ，由于僅有繞Z軸旋轉(zhuǎn)的歐拉角分量，因此X軸和Y軸將繞z軸旋轉(zhuǎn)，得到新的坐標(biāo)系為ο χττ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種整體葉輪三坐標(biāo)測(cè)量的分步定位方法。該定位方法分為兩步，第一步是利用整體葉輪上的端平面、圓柱面和葉片邊緣上的點(diǎn)進(jìn)行初步定位，使測(cè)頭能夠順利接觸工件并實(shí)現(xiàn)測(cè)量；第二步是在獲得葉片上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)后，將葉片測(cè)量點(diǎn)與理論模型進(jìn)行配準(zhǔn)，通過配準(zhǔn)結(jié)果對(duì)整體葉輪的周向進(jìn)行定位調(diào)整，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的精確定位；適用于周向無定位特征的整體葉輪，能提高三坐標(biāo)測(cè)量時(shí)整體葉輪的周向定位精度。
文檔編號(hào)G01B21/20GK102944206SQ20121049837
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者王曉飛, 秦潔, 錢征宇, 劉勝蘭, 張麗艷 申請(qǐng)人:江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院