一种整体叶盘损伤叶片的修复方法技术

本发明专利技术公开了一种整体叶盘损伤叶片的修复方法，同时对损伤叶片和与其相邻的叶片进行测量，得出整体叶盘测量点集；对整体叶盘测量点集和整体叶盘设计模型进行配准，得出损伤叶片上多组截面配准点集；通过配准点集，对损伤叶片进行识别，得出损伤叶片的正常区域和损伤区域；切除损伤区域，并进行激光熔敷，得出修复叶片的焊接毛坯；使用上述方法对焊接毛坯分别进行测量和配准，并建立损伤叶片的重构模型；并根据所述重构模型进行自适应加工和抛光，得到修复后的整体叶盘叶片；本发明专利技术解决了现有整体叶盘成本高、可靠性低、寿命短的问题。

A method for repairing damaged blades of bladed bladed discs

The invention discloses a method for repairing damaged blades of an integral blade disk, and measures damaged blades and adjacent blades at the same time, obtains a set of integral blade disk measuring points, registers a set of integral blade disk measuring points and a design model of the integral blade disk, and obtains a set of cross-section registration points on the damaged blades. The damaged blades are identified and the normal and damaged regions are obtained; the damaged regions are removed and laser cladding is carried out to obtain the welded blanks of the repaired blades; the welded blanks are measured and registered respectively by the above methods, and the reconstruction model of the damaged blades is established; and according to the reconstruction model, the welded blanks are reconstructed. The invention solves the problems of high cost, low reliability and short service life of the existing integral blade disk.

【技术实现步骤摘要】
一种整体叶盘损伤叶片的修复方法
本专利技术属于高强度航空复杂件精密切削领域的关键和前沿基础
，具体涉及一种整体叶盘损伤叶片的修复方法。
技术介绍
整体叶盘被列为我国大涵道比航空发动机实现结构创新与技术跨越、进一步提高推重比的重大标志性新技术，是保障大飞机与新型战机动力性能达标不可或缺的关键零件。这类零件由于材料价格昂贵、制造工艺复杂导致其成本非常高。整体叶盘在服役使用过程会由于过热、振动疲劳、热应力等原因造成叶片损伤、疲劳断裂等大量的物理性损伤，比较典型的例子是叶片叶尖的疲劳断裂、前后缘脱落等。这些局部损伤或缺陷迫使整个叶片、整个叶盘被替换下来，提前结束其使用寿命，造成了贵重金属材料及加工成本的重大浪费。这是整体叶盘低成本、高可靠、长寿命广泛应用的重要瓶颈问题。随着整体叶盘技术在新型航空发动机上越来越多的被广泛应用，叶片损伤修复问题显得日益突出，因此解决整体叶盘的高效低成本修复关键技术极为迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种整体叶盘损伤叶片的修复方法，以解决现有整体叶盘成本高、可靠性低、寿命短的问题。本专利技术采用以下技术方案：一种整体叶盘损伤叶片的修复方法，具体包括以下步骤：步骤1、同时对损伤叶片和其相邻的叶片进行测量，得出整体叶盘测量点集；步骤2、对整体叶盘测量点集和整体叶盘设计模型进行配准，得出损伤叶片上多组截面配准点集；步骤3、通过步骤2得出的配准点集，对损伤叶片进行识别，得出损伤叶片切除边界，通过切除边界将损伤叶片分为正常区域和损伤区域；步骤4、切除步骤3中得出的损伤区域，并进行激光熔敷，得出修复叶片的焊接毛坯；步骤5、对步骤4中得到的焊接毛坯分别进行测量和配准，并建立损伤叶片的重构模型；并根据重构模型进行自适应加工和抛光，得到修复后的整体叶盘叶片。进一步地，步骤2中的配准具体方法为：步骤2.1、在整体叶盘测量点集找到不在同一平面的三个顶点{P1,P2,P3}，在整体叶盘设计模型中找到与三个顶点位置对应的三个顶点{Q1,Q2,Q3}；步骤2.2、则有矢量得出矢量矢量步骤2.3、根据步骤2.2得出矢量矢量矢量v2＝v3×v1，矢量w2＝w3×w1；步骤2.4、将矢量v1、v2和v3均作归一化处理，得到矩阵将w1、w2和w3归一化，得出矩阵步骤2.5、整体叶盘测量点集中任一点Pi变换到对应点Qi的关系式为：Qi＝RPi+T，其中，R为旋转矩阵，R＝w3×3·v3×3-1；结合P1和Q1得到平移矩阵T：T＝Q1-w3×3·v3×3-1P1，则，整体叶盘测量点集中任一点Pi变换到对应点Qi的关系式为：Qi＝(w3×3·v3×3-1)Pi+(Q1-w3×3·v3×3-1P1)＝(w3×3·v3×3-1)(Pi-P1)+Q1，根据上式将整体叶盘测量点集中的点均转换为整体叶盘设计模型中的对应点；步骤2.6、从整体叶盘测量点集中分离出损伤叶片所有截面数据，将本应处于同一个理论截面的数据，均投影到该理论截面上，得出待配准的测量点集；步骤2.7、通过SVD-ICP算法将待配准的测量点集和整体叶盘设计模型进行三维配准，配准目标函数为：其中，Pi,(2)为待配准的测量点集中测量点，Pi,(*)(i＝1,2,...,N)为截面线上与测量点Pi，(2)的距离最近的点，N是测量点集中点的数量；步骤2.8、根据步骤2.7中的配准目标函数，将待配准的测量点集进行旋转平移转换，得出损伤叶片上多组截面配准点集。进一步地，步骤3中具体识别方法为：步骤3.1、在整体叶盘设计模型的截面线上搜索配准后的测量点集所对应的最近点集P(*)，对两组点集进行误差分析，得出点集P(*)相对于整体叶盘设计模型的扭转角度和平移量；步骤3.2、计算损伤叶片及相邻叶片的所有截面线扭转角及平移量，并与整体叶盘设计模型对比，标记出超出公差范围的截面数据点；步骤3.3、将损伤叶片与相邻叶片超出公差范围的截面数据点对比，找出损伤叶片的损伤边界点，损伤边界点的超出公差范围大于相邻叶片对应点的超出公差范围，连接所述损伤边界点，形成损伤叶片切除边界，通过切除边界将损伤叶片分为正常区域和损伤区域。进一步地，步骤5中建立损伤叶片的重构模型具体方法为：步骤5.1、提取待修复叶片整体叶盘设计模型中叶片正常区域的特征点集G1＝{G11，G12，G13...}；提取实际的损伤叶片的焊接毛坯中正常区域的特征点集H1＝{H11，H12，H13...}，配准特征点集G1和H1，并建立特征点集间的变形映射关系f:G1→H1；步骤5.2、提取待修复叶片设计模型中损伤区域的特征点集G2＝{G21，G22，G23...}；按照变形映射关系自适应的生成焊接毛坯中损伤区域的特征点集H2＝{H21，H22，H23...}；步骤5.3、根据损伤叶片设计模型中前后缘半径及角度，由焊接毛坯中损伤区域的特征点集拟合修复区域截面曲线，运用蒙皮造型方法建立损伤叶片的重构模型，并进行曲面变形连续性分析，得出最终的损伤叶片的重构模型。进一步地，步骤5中自适应加工具体为：将实际叶片焊接区域的测量点集进行Delaunay四面体剖分，并通过搜索确定焊接毛坯外表面多面体网格；根据焊接毛坯外表面多面体网格与最终的损伤叶片的重构模型，确定焊接区域曲面上各点处的余量的大小；对整体叶盘设计模型进行刀位轨迹规划，并经后置处理生成名义NC加工代码，将名义NC加工代码与最终的损伤叶片的重构模型对比，进行自动适当调整，得到自适应的正确的NC加工代码，实现自适应数控加工。本专利技术的有益效果是：本专利技术以激光熔敷和自适应加工理论为基础，通过修复叶片非确定性变形快速测量与建模、修复叶片自适应数控加工编程与优化以及修复叶片自动抛光与表面完整性控制三个关键方面进行整体叶盘损伤叶片的精密修复。【附图说明】图1为本专利技术技术原理图；图2为本专利技术实施例中损伤叶片修复加工过程图；图3为本专利技术实施例中第一次配准坐标系变换；图4为本专利技术实施例中叶片上的正常区域、过渡区域和损伤区域划分示意图；图5为本专利技术实施例中实施例中损伤区域边界线确定示意图；图6为本专利技术实施例中实施例中识别出的损伤区域示意图；图7为本专利技术实施例中基于变形映射的几何建模过程示意图；图8为本专利技术实施例中整体叶盘叶片螺旋铣加工整体流程图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术公开了一种整体叶盘损伤叶片的修复方法，技术原理如图1所示，修复过程如图2所示，具体包括以下步骤：步骤1、同时对损伤叶片和与其相邻的叶片进行测量，得出整体叶盘测量点集，为第一次测量，用于损伤区域识别。整体叶盘经过服役过程，正常叶片(未损伤)也会产生不同程度的变形，其与整体叶盘设计模型有不同程度的误差，但基本保持相似的变化规律。因此修复叶片过程不能直接采用整体叶盘设计模型，而是要采用三坐标测量机对损伤叶片进行测量，同时对其临近的正常叶片进行测量。步骤2、对整体叶盘测量点集和整体叶盘设计模型进行配准，得出损伤叶片上多组截面配准点集。配准具体方法为：步骤2.1、在整体叶盘测量点集找到不在同一平面的三个顶点{P1,P2,P3}，在整体叶盘设计模型中找到与三个顶点位置对应的三个顶点{Q1,Q2,Q3}。如图3所示，通过将三个测量点{P1,P2,P3}变换到参考点{Q1,Q2,Q3}的位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整体叶盘损伤叶片的修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、同时对损伤叶片和其相邻的叶片进行测量，得出整体叶盘测量点集；步骤2、对整体叶盘测量点集和整体叶盘设计模型进行配准，得出损伤叶片上多组截面配准点集；步骤3、通过步骤2得出的配准点集，对损伤叶片进行识别，得出损伤叶片切除边界，通过所述切除边界将损伤叶片分为正常区域和损伤区域；步骤4、切除步骤3中得出的损伤区域，并进行激光熔敷，得出修复叶片的焊接毛坯；步骤5、对步骤4中得到的焊接毛坯分别进行测量和配准，并建立损伤叶片的重构模型；并根据所述重构模型进行自适应加工和抛光，得到修复后的整体叶盘叶片。

【技术特征摘要】
1.一种整体叶盘损伤叶片的修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、同时对损伤叶片和其相邻的叶片进行测量，得出整体叶盘测量点集；步骤2、对整体叶盘测量点集和整体叶盘设计模型进行配准，得出损伤叶片上多组截面配准点集；步骤3、通过步骤2得出的配准点集，对损伤叶片进行识别，得出损伤叶片切除边界，通过所述切除边界将损伤叶片分为正常区域和损伤区域；步骤4、切除步骤3中得出的损伤区域，并进行激光熔敷，得出修复叶片的焊接毛坯；步骤5、对步骤4中得到的焊接毛坯分别进行测量和配准，并建立损伤叶片的重构模型；并根据所述重构模型进行自适应加工和抛光，得到修复后的整体叶盘叶片。2.如权利要求1所述的一种整体叶盘损伤叶片的修复方法，其特征在于，步骤2中的配准具体方法为：步骤2.1、在整体叶盘测量点集找到不在同一平面的三个顶点{P1,P2,P3}，在整体叶盘设计模型中找到与三个顶点位置对应的三个顶点{Q1,Q2,Q3}；步骤2.2、则有矢量得出矢量矢量步骤2.3、根据步骤2.2得出矢量矢量矢量v2＝v3×v1，矢量w2＝w3×w1；步骤2.4、将矢量v1、v2和v3均作归一化处理，得到矩阵将w1、w2和w3归一化，得出矩阵步骤2.5、整体叶盘测量点集中任一点Pi变换到对应点Qi的关系式为：Qi＝RPi+T，其中，R为旋转矩阵，R＝w3×3·v3×3-1；结合P1和Q1得到平移矩阵T：T＝Q1-w3×3·v3×3-1P1，则，整体叶盘测量点集中任一点Pi变换到对应点Qi的关系式为：Qi＝(w3×3·v3×3-1)Pi+(Q1-w3×3·v3×3-1P1)＝(w3×3·v3×3-1)(Pi-P1)+Q1，根据上式将整体叶盘测量点集中的点均转换为整体叶盘设计模型中的对应点；步骤2.6、从整体叶盘测量点集中分离出损伤叶片所有截面数据，将本应处于同一个理论截面的数据，均投影到该理论截面上，得出待配准的测量点集；步骤2.7、通过SVD-ICP算法将待配准的测量点集和整体叶盘设计模型进行三维配准，配准目标函数为：其中，Pi,(2)为待配准的测量点集中测量点，Pi,(*)(i＝1,2,...,N)为截面线上与测量点Pi,(2)的距离最近的点，N是测量点集中点的数量；步骤2.8、根据步骤2.7中的配准目标函数，将待配准的测量点...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚倡锋，任军学，李祥宇，谭靓，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61