基于工业CT扫描的异型气膜孔几何结构检测与评定方法技术

本发明专利技术提供了一种基于工业CT扫描的异型气膜孔几何特征检测与评定方法。利用工业CT扫描得到异型孔轮廓三维点云坐标，通过剔除非轮廓点、坐标变化、截面积分、三维配准等运算处理，分别提取获得异型孔几何尺寸、形状与轮廓度等评定参数。本发明专利技术方法测量精度高、实现简单，弥补了异型孔检测与评定标准的缺失，能够提高异型孔几何精度检测与评定的效率与精度。

Measurement and evaluation method of the geometry structure of the special-shaped gas film hole based on Industrial CT scan

【技术实现步骤摘要】
基于工业CT扫描的异型气膜孔几何结构检测与评定方法
本专利技术属检测
，具体涉及一种基于工业CT扫描的异型气膜孔几何结构检测与评定方法。
技术介绍
专利技术专利：CN109974648A公开了一种基于坐标值的微小孔几何精度评定方法。该方法基于三维表面轮廓仪测量得到圆孔出入口平面的几何坐标，提取孔周轮廓点坐标，利用最小二乘法，最小区域法计算微小孔直径、圆度误差。该方法是针对圆柱型孔，利用圆柱孔出入口直径、圆度和锥度等表征参数对其几何结构进行评定。然而对于形状较为复杂的三维结构如异型孔，仅利用出入口平面的尺寸和轮廓度误差等表征参数，难以准确的反映异型孔的几何结构特征。气膜冷却孔主要应用于航空发动机涡轮叶片中，气膜孔是在涡轮叶片前缘，叶身等位置加工直径约为0.2-0.5mm小孔，从榫根部位引入温度较低的冷气膜，从而将壁面与高温燃气隔离，对叶片表面起到冷却降温的作用。近年来，随着冷却技术的发展，异型气膜孔由于较好的冷却效率受到广泛关注。异型孔一般是由入口段的圆柱型孔与中间及出口的扩散型孔构成，研究表明异型孔的几何结构对涡轮叶片表面冷却效率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工业CT扫描的异型气膜孔几何结构检测与评定方法，其特征在于步骤如下：/n步骤1：利用工业CT扫描获得异型孔试件的三维点云数据，将所有点的三维坐标依次导出，存入齐次坐标矩阵M中，即：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于工业CT扫描的异型气膜孔几何结构检测与评定方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：利用工业CT扫描获得异型孔试件的三维点云数据，将所有点的三维坐标依次导出，存入齐次坐标矩阵M中，即：



其中，u为点个数，(xmi,ymin,zmi))表示第i个点的X轴、Y轴、Z轴坐标，i＝1,…,u，矩阵M中包括异型孔轮廓点及试件周围平面噪声点，坐标点的存储顺序为依次按照X轴、Y轴、Z轴坐标值由小到大排序；
步骤2：分别选取坐标矩阵M中x坐标值最小的点、y坐标值最小的点和z坐标值最小的点为基准点，设定容差δ，利用下式对非异型孔轮廓点进行剔除：



其中，a、b、c分别为异型孔试件在X轴、Y轴、Z轴方向的尺寸；xmmin表示矩阵M中点的x坐标最小值，ymmin表示矩阵M中点的y坐标最小值，zmmin表示矩阵M中点的z坐标最小值，δ取值依据试件周围平面轮廓度确定，可取值范围为[0.05,0.3]；
将剩余点的三维坐标存入齐次坐标矩阵N中，N即为异型孔的实测模型坐标矩阵，记剩余点个数为v，矩阵N表示为：



其中，v表示矩阵N中包含的点的个数，(xnj,ynj,znj)表示矩阵N中第j个点的X轴、Y轴、Z轴坐标，j＝1,…,v，矩阵N中点的坐标的存储顺序为依次按照X轴、Y轴、Z轴坐标值由小到大排序；
步骤3：提取矩阵N中x坐标值在[xnmax,xnmax-lx]区间内的点坐标，构成异型孔入口圆柱段轮廓点坐标，其中，xnmax为矩阵N中点的x坐标最大值，lx为设计模型中异型孔圆柱段X轴方向长度，将这些点的三维坐标依次存入圆柱段实测模型坐标矩阵U中：



其中，w表示矩阵U中包含的点的个数，(xuk,yuk,zuk)表示矩阵U中第k个点的X轴、Y轴、Z轴坐标，k＝1,…,w，矩阵U中点的坐标的存储顺序为依次按照X轴、Y轴、Z轴坐标值由小到大排序；
按照点的x坐标值由小到大将矩阵U划分为K1段，所划分各段的x坐标值区间为[xu1,xu1+kΔx]，k＝1,2,…,K1，Δx为区间步长，取值范围为[0.01，0.03]，每一段内的所有点构成一个椭圆截面，利用椭圆方程对每个椭圆截面中所有点的坐标进行拟合，得到各截面椭圆的中心点坐标，并依次存入圆柱段截面椭圆中心点坐标矩阵V中：



其中，(xvp,yvp,zvp表示矩阵V中第p个点的X轴、Y轴、Z轴坐标，p＝1,…,K1，矩阵V中点的坐标的存储顺序为依次按照X轴、Y轴、Z轴坐标值由小到大排序；
再利用最小二乘法对坐标矩阵V中所有K1个点的坐标进行直线拟合，得到异型孔中轴线的参数方程L0：



其中，m0、n0、p0分别为中轴线在X轴、Y轴、Z轴方向的方向向量，(x0，y0，z0)为中轴线上的任意一点的点坐标，t为直线参数；
步骤4：对异型孔实测模型坐标矩阵N进行旋转坐标变换一，使异型孔中轴线与X轴平行：
S1＝N×T1(7)
其中，T1为旋转坐标变换矩阵一，S1为进行旋转坐标变换一后的实测模型坐标矩阵；
然后，按照点的x坐标值由小到大将坐标矩阵S1中点的坐标划分为K2段，所划分各段的x坐标值区间为[xs1,xs1+k′Δ′x]，xs1为矩阵S1中点的X坐标最小值，k′＝1,2,…,K2，Δ′x为区间步长，取值范围为[0.01，0.03]，xsmax为矩阵S1中点的x坐标最大值，每一段内的所有点即构成异型...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪文虎，张展飞，蒋睿嵩，靳成成，朱孝祥，黄博，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61