技術領域
[0001] 本
發(fā)明屬于整體葉盤測量領域，更具體地，涉及一種測量整體葉盤的方法。
背景技術
[0002] 整體葉盤廣泛的應用在航空航天領域，是航空
發(fā)動機中不可或缺的一部分。整體葉盤的加工
質(zhì)量對航空發(fā)動機的性能與壽命有著非常大的影響，所以整體葉盤的測量是加工完成后的一個重要環(huán)節(jié)，整體葉盤的工作部位為整體葉盤上的
葉片，所以測量的部位也是整體葉盤葉片。整體葉盤葉片型面為復雜自由曲面，葉片之間的空間狹小，葉片底部扭曲度大，這些物理幾何上的特性對葉片的測量造成了很大的困難。
[0003] 測量方法按照測量方式可以分為
接觸式的和非接觸式。非接觸式的包括光學測量，
機器視覺等，但是由于整體葉盤的結構特點，非接觸測量方法極易產(chǎn)生光線上的碰撞，測量部分被非測量部分遮擋，所以對于整體葉盤的測量非接觸式測量方法是不適用的；接觸式測量方法又可以分為兩種逐點式測量和掃描式測量，掃描式測量控制復雜；逐點式測量是一種比較傳統(tǒng)的測量方式，對于整體葉盤來說，由于葉片型面為復雜自由曲面，三軸坐標測量儀不能到達葉片上的所有區(qū)域；葉片測量中要避免發(fā)生碰撞現(xiàn)象，處理防碰撞問題一個常用的方法是計算測量點的可視錐范圍，目前，有學者和工程師提出為了達到無碰撞測量的目的，根據(jù)測量點的幾何信息和整體葉盤葉片之間的幾何特性來計算測量時不會發(fā)生碰撞的
角度范圍，但這種方法計算角度困難，且效率較低。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 針對
現(xiàn)有技術的以上
缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種測量整體葉盤的方法，通過將整體葉盤進行三角剖分形成三角網(wǎng)格，對三角網(wǎng)格的
頂點進行測量，由此解決整體葉盤無碰撞測量和測量時間長的技術問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種測量整體葉盤的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：
[0007] 將待測量的整體葉盤分割為彼此相鄰的多個網(wǎng)格，網(wǎng)格的頂點被設定作為測量點，同時將所有的測量點形點集C；
[0008] (b)計算單個測量點的三維可視錐角度范圍
[0009] (b1)從所述點集C中任選一個測量點P，采用n個平面通過所述測量點P，使得該n個平面與整體葉盤相交形成n個二維截面，針對所述測量點P自身所在的二維截面E和與該二維截面E相鄰的二維截面F，將兩者各自的外輪廓線分別離散成多個離散點；然后將這些離散點與所述測量點P分別連接形成向量并獲取其對應的邊界向量，并且所述二維截面E的邊界向量采用P1和P2來表示，而所述二維截面F的邊界向量分別采用P3和P4來表示；
[0010] (b2)所述邊界向量P1與P3形成的銳角區(qū)域為[R1,R3]，所述邊界向量P2與P4形成銳角區(qū)域為[R2,R4]，由此得到所述二維截面E、F的無干涉測量區(qū)域為[R1,R3]∪[R2，R4]，然后將所述R1，R2，R3，R4分別取整后，將此無干涉測量區(qū)域轉(zhuǎn)換為360*1的一維矩陣，其中，R1～R3和R2～R4行的值取1，其他行的值取0；
[0011] (b3)按照步驟(b3)的方式，針對上述n個二維截面共生成n個所述360*1的一維矩陣，并將這n個一維矩陣合并得到360*n的二維矩陣，該矩陣即為所述測量點P的三維可視錐角度范圍矩陣A，重復步驟(b2)～(b4),直至所述點集C中的測量點均得到各自相應的所述三維可視錐角度范圍矩陣，所述點集C中各個測量點的所述三維可視錐角度范圍矩陣A構成矩陣集合Ap；
[0012] (c)確定測量方向
[0013] (c1)將待確定測量方向的測量點的所述三維可視錐角度范圍矩陣A逐一相加得到和矩陣A′，并將該和矩陣A′中最大值所在的行和列為 該行和列所代表的向量的方向為需要確定的測量方向
[0014] (c2)在待確定測量方向的測量點的所述三維可視錐角度范圍矩陣A中， 行θ′列取值為1的所述三維可視錐角度范圍矩陣對應的測量點的測量方向為所述測量方向[0015] (d)按照所述的測量方向 測量相應的測量點，直至完成所述點集C中所有測量點的測量，從而實對整體葉盤的測量。
[0016] 進一步優(yōu)選地，在步驟(a)中，所述網(wǎng)格優(yōu)選采用三角網(wǎng)格剖分，按照待測量整體葉盤的葉片曲面的
弦高誤差進行。
[0017] 進一步優(yōu)選地，在步驟(b1)中，所述n個平面優(yōu)選采用180個平面。
[0018] 進一步優(yōu)選地，步驟(c2)包括下列步驟：
[0019] (I)將 行θ′列取值為1的矩陣所對應的測量點集S，將所述點集S劃分為多個連通區(qū)域，每個所述連通區(qū)域中包含Qi個相互連接的測量點，并且所述Qi的最大值所對應的連通區(qū)域為 同時該連通區(qū)域 中包含的測量點對應的測量方向為所述的
[0020] (II)重復步驟(I)，直至所述和矩陣A′中所有元素都得到相應的所述連通區(qū)域，對比所述每個元素相應的連通區(qū)域包含的測量點數(shù)量，得到包含測量點數(shù)量最多的連通區(qū)域[0021] (III)在所述點集C中除所述連通區(qū)域 中包含的測量點外，其余的測量點重復步驟(c1)～步驟(c2)，直至所述點集C中所有測量點均有各自對應的連通區(qū)域，由此確定此點集C中所有測量點各自的測量方向。
[0022] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：
[0023] 1、本發(fā)明通過采用優(yōu)化測量方向，不僅實現(xiàn)整體葉盤特定角度的測量，而且運用的較成熟，成本低；
[0024] 2、本發(fā)明通過選取三角網(wǎng)格頂點作為測量點的方法，充分考慮葉片型面的幾何特性，
曲率大的地方選取的測量點多，曲率小的地方選取的測量點少，實現(xiàn)了整體葉盤所有測量點無碰撞的測量；
[0025] 3、本發(fā)明通過將所述三維可視錐范圍轉(zhuǎn)換為球面映射區(qū)域，方便的計算出每個測量點的無碰撞測量方向，同時更加簡易地表示和儲存測量點的三維可視錐角度范圍，實現(xiàn)了整體葉盤的無碰撞測量；
[0026] 4、本發(fā)明通過尋找在同一測量方向下最多的測量點的方式，使得整體葉盤葉片的測量時盡量少的轉(zhuǎn)動測頭，減少花費在測頭調(diào)整角度防止碰撞的時間，實現(xiàn)了快速高效的測量。
附圖說明
[0027] 圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選
實施例所構建的測量方法
流程圖；
[0028] 圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的測量點的三角網(wǎng)格示意圖；
[0029] 圖3是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的測量點的三維可視錐轉(zhuǎn)化無球面映射區(qū)域的示意圖；
[0030] 圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的整體葉盤上測量點可視錐的球面映射區(qū)域；
[0031] 圖5是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的三維空間中通過測量點的平面與整體葉盤相交的示意圖；
[0032] 圖6是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的單個平面下二維截面的可視錐示意圖；
[0033] 圖7是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的測量點的三維可視錐矩陣；
[0034] 圖8是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的在某個測量方向下測量點的區(qū)域劃分。
具體實施方式
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0036] 圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的測量方法流程圖,如圖1所示，下面結合具體的測量步驟說明本測量方法：
[0037] 圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的測量點的三角網(wǎng)格示意圖，如圖2所示，首先是整體葉盤葉片上測量點的生成，即測量點采樣策略的選取。因為測量點采樣策略是不會影響后續(xù)工作的進行的，所以就以弦高誤差作為約束條件，使用gmesh(開源的第三方
插件)把葉片進行三角剖分，將得到的三角網(wǎng)格的頂點作為測量點。
[0038] 圖3是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的測量點的三維可視錐轉(zhuǎn)化無球面映射區(qū)域的示意圖，圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的整體葉盤上測量點可視錐的球面映射區(qū)域，如圖3和4所示，得到測量點之后就可以開始計算測量點的全局可視錐范圍，首先是規(guī)劃180個過
工件坐標系Z軸的平面，平面的法向 其中θ為平面法向與工件坐標系X軸的夾角。θ＝1°,2°,3°,4°.......這樣就能生成相鄰兩者的夾角為1度且都經(jīng)過工件坐標系Z軸的180個平面。再將這180個平面使用開源的OpenCASCADE
軟件分別與待測葉片相鄰的前后兩個葉片和待測葉片型面進行相交。以一個平面與整體葉盤葉片相交的情況為例，在截面中以測量點所在曲面上的法向和測量點確定局部坐標系。然后再將得到的交線根據(jù)弦高誤差進行離散。再分別將所有的離散點依次與測量點相連，確定若干向量。圖5是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的三維空間中通過測量點的平面與整體葉盤相交的示意圖，圖6是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的單個平面下二維截面的可視錐示意圖，如圖5和6所示，
[0039] 1.截面是由待測葉片與平面相交而成
[0040] Step1:將向量以測量點為分界點將離散點與測量點確定的向量族劃分為左右兩個區(qū)域.
[0041] Step2:若左右兩個子區(qū)域都沒有向量，則進入Step5.否則進入Step3[0042] Step3:任選左右區(qū)域中的一個區(qū)域中的向量作為搜索邊界向量的起始向量。搜索起始向量區(qū)域內(nèi)夾角最大的兩個向量。
[0043] Step4:以這兩個向量中的任意一個向量作為比較向量，搜索出另一區(qū)域中的邊界向量，若另一區(qū)域內(nèi)沒有向量則進入Step5
[0044] Step5：若沒有邊界向量，則將平面內(nèi)測量點的兩個切向量作為邊界向量，若只有一對邊界向量，則取該平面中與邊界向量夾角大于90°的切向量作為新的一個邊界向量，并把之前邊界向量中與該切向量夾角較大的一個向量刪除。若有兩對邊界向量，則從每對邊界向量中取出一個向量，將夾角最小的兩個向量作為新的邊界向量。
[0045] Step6:將邊界向量存入向量集合MDir中
[0046] 2.截面是由與待測葉片相鄰的前后葉片與平面相交而成
[0047] Step1:計算向量族中夾角最大的兩個向量
[0048] Step2:將其存入向量集合BDir中
[0049] 經(jīng)過上述處理后得到兩個存儲向量的集合，接著使用平面分別與待測葉片底邊和相鄰兩個葉片底邊相交，若存在交點確定若干以測量點為起始點交點為終點的向量，分別記為BIntersectionDirs和MIntersectionDirs剔除與測量點法向內(nèi)積小于0的向量和相應的交點。
[0050] (1)若兩底邊與平面都有交點
[0051] 刪除向量集合BDir和MDir中通過該交點的向量
[0052] (2)若只有待測葉片底邊與平面有交點
[0053] 若平面與
輪轂面邊界有交點，且該交點位于與待測葉片相鄰的兩個葉片之間則刪除向量集合MDir中通過該交點的向量，并且加入輪轂面交點和測量點確定的向量。否則只刪除向量集合MDir中通過該交點的向量
[0054] (3)若只有相鄰葉片底邊與平面有交點
[0055] 刪除向量集合BDir中通過該交點的向量
[0056] 刪除相應的向量之后，以工件坐標系Z軸作為Y軸和工件坐標系原點作為坐標系原點建立一個二維平面坐標系。若兩個向量集合BDir和MDir中的元素個數(shù)之和為4，則分別從向量集合BDir和MDir中各取一個向量組成兩對，使得每對然向量組中向量的夾角為銳角。若兩個向量集合BDir和MDir中的元素個數(shù)之和為2，則將這兩個向量組合成一對。然后依次將每對向量組中向量的角度存入角度集合Angles中這樣就可以得到一個平面與整體葉盤相交的二維可視錐范圍。重復上述處理步驟就可以得到180個平面下的二維可視錐范圍，最后再用矩陣存儲起來即得到一個測量點的可視錐范圍，圖7是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的測量點的三維可視錐矩陣，如圖7所示，進而得到所有測量點的可視錐矩陣集合Ap。
[0057] 得到所有測量點的可視錐矩陣之后，便可以根據(jù)可視錐矩陣對測量點進行區(qū)域劃分。
[0058] (1)將集合Ap中所有的矩陣元素進行相加得到新的矩陣A′,
[0059]
[0060] (2)找出矩陣 中值最大的元素所在的行 和列θ′，并在工件坐標系中以和θ′確定方向Di，將 的值置為0；
[0061] (3)找出整體葉盤測量點中在方向Di下能無碰撞的進行測量的測量點的集合S；
[0062] (4)預處理，建立點集S中點的最小距離矩陣。記點集S中的點為pj(j＝1,2,3..)，根據(jù)三角網(wǎng)格的拓撲關系，建立一個二維的最小距離矩陣，其中相鄰點的距離令為1，自身的距離為0，非相鄰點的距離設為∞；
[0063] (5)根據(jù)最小距離矩陣，將集合S分為兩個子集.與第一個點p1距離等于1的點組成一個子集S1，集合S中其他點組成子集S2；
[0064] (6)重復(5)，檢查子集S2是否還有點與S1中除點p1以外的點的距離為1。若存在，則將該點存入子集S1中并從子集S2中剔除,將形成的新集合記為 將集合 中元素的個數(shù)記為C1；
[0065] (7)將子集S2作為新的集合S返回(5)，直到S2為空集，以集合， …為元素建立新的集合 以C1，C2…為元素建立新的集合Cn其中(n＝1,2,...)；
[0066] (8)計算出集合Cn中的最大值cn并保存相應的集合 和方向Di。建立新的集合C′n，和D′并將cn， 和Di分別存入相應的集合中；
[0067] (9)檢驗矩陣A′中，是否還有其他元素的值大于cn，若有則將其中最大元素值所在行和列記為 和θ′并返回(2)，直到檢驗矩陣A′中所有的值都小于或等于cn；
[0068] (10)計算出C′n中的最大值C′n并保存相應的集合 和方向D′i；
[0069] (11)將集合 中包含的點的二維可視錐矩陣從集合Ap中剔除，然后再返回(1),直到Ap為空集，圖8是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的在某個測量方向下測量點的區(qū)域劃分，如圖8所示。
[0070] 經(jīng)過上述步驟處理后就可以得到分區(qū)和區(qū)域內(nèi)的無碰撞的測量方向。
[0071] 本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何
修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
