面向叶片铣削修复的模型配准与曲面重构技术研究

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近年来,我国航空航天技术得到了迅速发展,航空发动机叶片作为其重要零部件,制造精度高、成本高,在高温工作环境下易发生损伤,影响工作性能,因而对损伤叶片进行修复具有重要的现实意义。本文从带阻尼台叶片的理论点云模型和实际叶片测量数据出发,首先研究实际叶片测量数据与理论点云模型配准技术对叶根部位数据进行配准,在此基础上研究实际叶片叶身变形,构建叶身几何变形模型,基于理论模型得到叶片变形后的点云模型,确定叶片阻尼台磨损量;基于叶片变形后的点云模型和曲面重构技术构建包含变形的完整实际叶片,为修复加工提供几何模型,最后进行加工实验,验证以上理论的正确性和叶片修复的有效性。具体研究内容如下:首先,叶片理论点云数据与实际测量数据配准方法研究。提取叶片理论点云数据与实际测量数据中的特征点,并确定其空间变换关系,确定粗配准变换矩阵。在此基础上,对已有的最近点迭代算法进行改善并完成精配准过程,完成两组数据叶根部位的配准。然后,叶片叶身变形几何建模。在叶片叶根部位配准的基础上,研究叶片叶身变形规律,确定变形几何模型。以最近点为原则在理论模型中找到实际测量数据未变形前的对应点,利用四元数矩阵反解法确定其空间旋转轴,根据旋转轴确定每组对应点间的旋转角度,确定对应点位置与旋转角度间的关系,从而确定叶片叶身变形几何模型。利用叶身变形模型,对理论数据变形,从而得到变形后的阻尼台与实际测量数据中接触平面间的距离,即阻尼台接触平面磨损量。其次,叶片曲面重构技术研究。根据叶片叶身变形几何模型和理论数据对数据点稀少的实际测量数据进行补充,利用切片法对补充后的测量数据重构,对切片数据进行排序、噪声点识别与光顺等处理后,利用曲率极值点得到特征位置并进行保留特征的曲线重构,对重构曲线数据进行均匀化处理,获得棱线特征明显的B样条曲面。最后,进行叶片数控加工修复实验。基于重构好的变形叶片模型和磨损量确定损伤叶片模型,加工出损伤叶片,根据磨损量对阻尼台部分增材加工后进行铣削加工复形,对加工修复后的叶片阻尼台进行观察,其与损伤叶片部分连接光顺,接触面平滑,验证曲面重构方法和叶片修复方法的可行性。
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