【摘要】：航空發(fā)動機(jī)是中國航空工業(yè)發(fā)展的核心,無論在軍事領(lǐng)域、國防建設(shè)還是在推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面,都具有里程碑式的重大意義。發(fā)動機(jī)葉片在航空發(fā)動機(jī)工作的過程中承受高溫、高壓、高速的作用,易產(chǎn)生變形,且數(shù)量眾多,因此發(fā)動機(jī)葉片的測量對于航空發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)和維護(hù)意義重大。發(fā)動機(jī)葉片表面是彎曲的三維自由曲面,許多關(guān)鍵參數(shù)并不能用常規(guī)方法直接測得,其測量的復(fù)雜性顯而易見。為了提高發(fā)動機(jī)葉片的制造品質(zhì)和維護(hù)質(zhì)量,研究出一種快速高效的葉片測量方法成為亟待解決的問題。本課題確定發(fā)動機(jī)葉片中的壓氣機(jī)葉片作為研究對象,提出一種基于計算機(jī)視覺的方法,完成壓氣機(jī)葉片關(guān)鍵參數(shù)的測量。課題的基本思想和主要工作如下:采用從運(yùn)動中恢復(fù)結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)算法,對壓氣機(jī)葉片模型進(jìn)行型面重構(gòu)。該算法包括視覺里程計和位姿優(yōu)化兩部分,視覺里程計的計算完成了從一系列圖像到獲得點(diǎn)云模型的過程,特征提取及匹配和位姿估計是該算法的核心;位姿優(yōu)化采用非線性最小二乘的優(yōu)化方法,通過調(diào)整估計的位姿,使重投影誤差達(dá)到最小,得到全局最優(yōu)的點(diǎn)云模型。利用優(yōu)化后的位姿將圖像中的各個像素統(tǒng)一投影到三維坐標(biāo)系下,得到稠密的重建結(jié)果。基于非均勻有理B樣條方法,將葉片點(diǎn)云模型擬合成連續(xù)的曲面。依據(jù)葉片自身特征建立葉片坐標(biāo)系,則每次測量獲得的點(diǎn)云模型均能統(tǒng)一在同一坐標(biāo)系中。點(diǎn)云分割采用的是隨機(jī)采樣一致性算法,該算法魯棒性強(qiáng),適用于在有噪聲的情況下提取正確的模型。比較貝塞爾、B樣條、非均勻有理B樣條等三種曲面擬合算法,理論和實驗均證明非均勻有理B樣條曲面擬合算法最適用于解決本問題,最終從離散的點(diǎn)云模型中擬合得到連續(xù)的點(diǎn)云模型。對壓氣機(jī)葉片的形狀、尺寸參數(shù)進(jìn)行研究,包括前緣半徑、后緣半徑、葉片弦長、葉身最大厚度等參數(shù)的定義和公差要求。除此之外,還對壓氣機(jī)葉片重要參數(shù)的算法進(jìn)行設(shè)計,通過相關(guān)的點(diǎn)云計算完成。最后本文對整個壓氣機(jī)葉片測量系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的實驗與分析,從被測葉片的設(shè)計與加工,到整個測量系統(tǒng)中相機(jī)和鏡頭的選型,完成實驗條件的準(zhǔn)備和實驗環(huán)境的搭建,先后進(jìn)行了多組實驗。通過對被測葉片進(jìn)行紋理試驗,得到適合的葉片紋理添加方法,并得到前緣半徑測量重復(fù)性為0.123mm;后緣半徑測量重復(fù)性為0.114mm;葉身最大厚度的測量重復(fù)性為0.210mm;葉片弦長的測量重復(fù)性可達(dá)到0.798mm。將本方法測量得到的前緣半徑、后緣半徑、葉片弦長、葉身最大厚度、測量時間等數(shù)據(jù)與三坐標(biāo)機(jī)的測量結(jié)果相比較,誤差在-0.370mm~0.420mm之間,均在葉片公差范圍內(nèi),滿足測量要求,且本文方法在測量效率上優(yōu)于三坐標(biāo)機(jī)測量法。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒 論題背景和研究意義空發(fā)動機(jī)是中國航空工業(yè)重點(diǎn)發(fā)展對象，發(fā)動機(jī)葉片作為其片型面的規(guī)劃和制作水平很大程度上決定了發(fā)動機(jī)的性能，在制作中占有約 30%的比重。發(fā)達(dá)國家早在上世紀(jì)啟動了航空領(lǐng)劃，持續(xù)投入研究直到現(xiàn)在。我國至今仍未處在能制造出大涵能民用渦扇發(fā)動機(jī)航空發(fā)動機(jī)的國家行列，技術(shù)水平相比美、國家[1]有一定差距。

被測量的表面進(jìn)行涂覆，容易受光片重構(gòu)測量的方法已經(jīng)很成熟了，發(fā)動機(jī)葉片的測量對于航空發(fā)動機(jī)葉片的制造品質(zhì)和提升維護(hù)過程，高端制造需要解決的前沿問題之一測葉片進(jìn)行拍照，在保證一定精度測量。測量研究現(xiàn)狀測量的國外發(fā)展?fàn)顩r方法中，，許多國外的專家學(xué)者致力嘗試解決接觸式測量中遇到的問題檢驗流程規(guī)劃系統(tǒng)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;V232

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2637909