气膜冷却孔是提升航空发动机效率、可靠性及耐高温性能的关键,气膜冷却效果受气膜孔轴向、孔径及空间分布等几何特征影响较大。但是,由于叶片的铸造偏差、电火花加工误差等因素,部分气膜孔几何特征存在不达标的情况。因此,如何在涡轮叶片的曲面上,对数量多、孔径小、轴线方向多变的气膜孔进行几何特征测量检测,成为了国产航空发动机制造的重点和难点。为此,本文围绕电火花加工涡轮叶片气膜冷却孔几何特征检测技术展开研究,研发基于三维激光点云的检测系统,主要包含传感器标定、检测轨迹规划和点云数据处理三个模块,并通过实际检测实验,验证系统的有效性。以线激光传感器为测量头,五轴机床为运动平台,搭建检测样机,从而实现气膜孔几何特征检测。传感器标定模块,其功能是标定传感器零点位置和光束方向矢量,以实现检测系统多坐标系下的坐标转换。针对传统标定算法中存在的非线性方程组求解难度大、依赖特定标准件以及受初值影响大等问题,研究了基于运动学建模及平面几何约束的标定算法,构建超静定线性方程组,从而实现传感器标定。标定精度为0.012mm,满足测量需求。轨迹规划模块,其功能是规划扫描轨迹,对潜在的硬件碰撞、光束干涉进行检测及规避,从而确定准确、高效、安全的轨迹。针对激光扫描中存在的测量范围小、角度要求严、检测点数多以及硬件碰撞、光束干涉等问题,研究检测方向和坐标分布、基于点云扫描体的碰撞检测及规避、基于点云监测的光束干涉检测、基于检测方向二次规划的光束干涉规避等算法。并通过VERICUT软件进行仿真验证,最终准确、高效及安全地获取点云数据。点云数据处理模块,其功能是通过点云分割、轴向提取、孔径拟合及交点位置计算等方式,确定气膜孔几何特征参数。针对点云提取分割中存在的鲁棒性低等问题,研究基于扫描线拟合残差的分割算法,将三维点云降维为二维扫描线,并借助拟合残差实现目标分割;针对轴向提取中存在的法矢量精度低、点云数量少以及平面拟合误差大等问题,研究基于改进高斯映射变换的轴向提取算法,借助效果评价函数、高斯映射补全以及随机一致性采样,实现轴向提取;针对孔径提取中存在的计算效率低、受初值影响大等问题,研究基于轴向投影的孔径拟合算法,将三维气膜孔径转化为二维圆环直径,并就投影后的噪点滤波,提出基于误差概率统计的变力度迭代滤波算法,从而实现孔径的定性检测;针对气膜孔位置,通过计算轴线与曲面的交点坐标,进而确定气膜孔空间分布。此外,基于仿真点云及电火花小孔加工样件,验证算法的原理可行性及实际操作性。通过气膜孔实际检测实验,验证系统检测效果,分析精度影响因素。基于实测点云,借助Geomagic验证算法精度;通过静态、半动态以及全动态检测实验,对传感器测量精度、叶片装夹误差、平台定位误差进行解耦分析。数据表明,检测系统轴向、位置及孔径检测精度分别为0.405°、0.038mm与0.024mm。从而,为气膜孔轴向及位置的定量检测及孔径的定性预筛检测,提供一种有效可行的技术方案。