基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法技术

一种基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，首先将激光传感器的三维模型网格数值化处理，经坐标变换后生成该传感器依据初始规划轨迹运动的点云扫描体；而后根据待测涡轮叶片及夹具的几何特征和结构特点得到其运动所至区域的包围盒，通过点云扫描体和包围盒的分离轴投影进行硬件碰撞检测并得到碰撞信息；最后根据碰撞信息在初始规划轨迹嵌入避障语句并生成无碰撞优化轨迹。本发明专利技术有效避免了复杂的空间几何运算，同时便于编程实现。现。现。

【技术实现步骤摘要】
基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法


[0001]本专利技术涉及一种航空发动机制造领域的技术，具体涉及一种航空发动机的基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法。

技术介绍

[0002]涡轮叶片是航空发动机的关键零部件之一，其上的气膜冷却孔对于发动机的冷却性能至关重要。为确保此类冷却孔的位置度、轴线方向、孔径大小等几何参数满足设计要求，使其具备充足的可靠性，制孔完成后需对其几何特征进行检测。
[0003]现有检测方法多采用激光传感器对叶片进行扫描生成点云，而后通过对点云的分析得出气膜冷却孔的几何参数，但涡轮叶片表面轮廓属于复杂自由曲面，且气膜冷却孔数量众多、分布繁杂，实现其完整全面的扫描检测需要对激光传感器的移动路径进行预先规划。考虑到实际的生产需求，该规划轨迹在满足高效、准确检测的同时，还需保证安全性，即激光传感器做轨迹运动时不得与涡轮叶片、夹具以及机床本体等硬件设备发生碰撞。因此，在轨迹规划的过程中必须对其进行碰撞检测，并对检测到的碰撞进行规避处理。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的缺陷和不足，提出一种基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，有效避免了复杂的空间几何运算，同时便于编程实现。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术涉及一种基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，首先将激光传感器的三维模型网格数值化处理，经坐标变换后生成该传感器依据初始规划轨迹运动的点云扫描体；而后根据待测涡轮叶片及夹具的几何特征和结构特点得到其运动所至区域的包围盒，通过点云扫描体和包围盒的分离轴投影进行硬件碰撞检测并得到碰撞信息；最后根据碰撞信息在初始规划轨迹嵌入避障语句并生成无碰撞优化轨迹。
[0007]所述的坐标变换，借助初始规划轨迹及D-H矩阵进行，首先通过对激光传感器的三维模型进行网格数值化处理，生成点云Pc
l
；而后将初始轨迹的G代码处理为增量模式并进行细分，得到细分增量式G代码C
sub
，进而依次以C
sub
中的坐标增量X
i
、Y
i
、Z
i
、A
i
、B
i
为依据，按变换矩阵T
i
对点云进行空间变换处理，将得到的点云与前序结果叠加，得到当前激光传感器点云的扫描体
[0008]所述的变换矩阵T
i
＝G
T
(X
i
,Y
i
,Z
i
)
×
Rot(x,A
i
)
×
Rot(y,B
i
)，其中：平移变换矩阵A轴旋转矩阵B轴旋转
矩阵
[0009]所述的包围盒是指：空间内可包络待测涡轮叶片及夹具运动所至区域的最小规则几何体B
v
，可为圆柱体或长方体，由待测涡轮叶片及夹具自身的几何特征和结构特点，并结合其运动所至区域确定。
[0010]所述的硬件碰撞检测是指：激光传感器与待测涡轮叶片及夹具的三维特征进行分离轴投影，即将同一坐标基准下的扫描体和包围盒B
v
向X、Y、Z三个坐标轴投影，当各轴内的投影均重叠时判定发生碰撞并记录相应的碰撞信息。
[0011]所述的碰撞信息是指：经由碰撞检测得到的、可用于后续碰撞规避的相关参数，包括避障时刻、避障方向及避障距离。
[0012]所述的避障时刻，即碰撞规避起止的G代码序列节点，包括开始时刻t
s
和结束时刻t
e
，当扫描体与包围盒B
v
发生碰撞时，记录t
s
＝i，并令i逐次加1，执行分离轴投影碰撞检测，当i累加至i'时不再发生碰撞，则记录t
e
＝i'。
[0013]所述的避障方向，即激光传感器为规避碰撞而进行移动的方向v
a
，具体依据传感器和工件之间的相互运动关系确定。
[0014]所述的避障距离，即进行碰撞规避时，激光传感器沿避障方向v
a
所需移动的最小距离S
h
＝K
s
(s
max-s
min
)，其中：K
s
为碰撞规避安全系数；s
max
、s
min
是指：将处于时刻t
s
和t
e
之间的碰撞区域点云向避障方向v
a
所在直线投影，所得投影轮廓在v
a
方向上的最大值、最小值。
[0015]所述的无碰撞优化轨迹是指：根据碰撞信息中的避障时刻、避障方向及避障距离，在初始G代码C
sub
中插入避障语句，使新生成的轨迹在规避碰撞区域的同时，保持其他部分处于原有状态不变，具体为：
[0016]①
在避障开始时刻t
s
前，向C
sub
中插入避障起始代码：
[0017]②
在避障结束时刻t
e
后，向C
sub
中插入避障结束代码：中插入避障结束代码：其中：分别为X、Y、Z三轴处的避障距离其中：表示向量v
a
向各轴的投影。技术效果
[0018]本专利技术整体解决了现有涡轮叶片气膜冷却孔检测过程中激光传感器扫描轨迹无法进行快速碰撞检测和碰撞规避的问题。
[0019]与现有技术相比，本专利技术对三维模型进行网格数值化处理，通过坐标投影结果进行碰撞判别，可得出避障时刻、避障方向、避障距离等量化信息，避免了复杂的空间几何运算，只需在初始轨迹中插入避障起始和结束语句即可生成新的无碰撞轨迹，在完成碰撞规避的同时不对正常的未碰撞部分轨迹产生影响。
附图说明
[0020]图1为碰撞检测方法流程图；
[0021]图2为碰撞规避方法流程图；
[0022]图3为待测涡轮叶片及夹具包围盒示意图；
[0023]图4为激光传感器扫描体示意图；
[0024]图5为发生碰撞时扫描体与包围盒在各坐标平面的投影情况示意图；
[0025]图6为碰撞规避过程示意图。
具体实施方式
[0026]本实施例涉及一种基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化系统，包括：碰撞检测模块和轨迹优化模块，其中：碰撞检测模块进行硬件碰撞检测并输出碰撞信息，轨迹优化模块根据碰撞信息执行碰撞规避并生成优化后的无碰撞扫描轨迹。
[0027]如图1和图2所示，为上述系统的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，具体步骤包括：
[0028]步骤1)将初始轨迹的G代码处理为增量模式并进行细分，得到细分增量式G代码C
sub
。
[0029]步骤2)根据待测涡轮叶片及夹具的几何参数，结合其检测过程中的运动轨迹，生成可包络本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，其特征在于，首先将激光传感器的三维模型网格数值化处理，经坐标变换后生成该传感器依据初始规划轨迹运动的点云扫描体；而后根据待测涡轮叶片及夹具的几何特征和结构特点得到其运动所至区域的包围盒，通过点云扫描体和包围盒的分离轴投影进行硬件碰撞检测并得到碰撞信息；最后根据碰撞信息在初始规划轨迹嵌入避障语句并生成无碰撞优化轨迹；所述的碰撞信息包括：避障时刻、避障方向及避障距离。2.根据权利要求1所述的基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，其特征是，所述的坐标变换，借助初始规划轨迹及D-H矩阵进行，首先通过对激光传感器的三维模型进行网格数值化处理，生成点云Pc
l
；而后将初始轨迹的G代码处理为增量模式并进行细分，得到细分增量式G代码C
sub
，进而依次以C
sub
中的坐标增量X
i
、Y
i
、Z
i
、A
i
、B
i
为依据，按变换矩阵T
i
对点云Pc
l
进行空间变换处理，将得到的点云与前序结果叠加，得到当前激光传感器点云的扫描体3.根据权利要求2所述的基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，其特征是，所述的变换矩阵T
i
＝G
T
(X
i
,Y
i
,Z
i
)
×
Rot(x,A
i
)
×
Rot(y,B
i
)，其中：平移变换矩阵A轴旋转矩阵B轴旋转矩阵4.根据权利要求1所述的基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，其特征是，所述的硬件碰撞检测是指：激光传感器与待测涡轮叶片及夹具的三维特征进行分离轴投影，即将同一坐标基准下的扫描体和包围盒B
v
向X、Y、Z三个坐标轴投影，当各轴内的投影均重叠时判定发生碰撞并记录相应的碰撞信息；所述的包围盒是指：空间内可包络待测涡轮叶片及夹具运动所至区域的最小规则几何体B
v
，可为圆柱体或长方体，由待测涡轮叶片及夹具自身的几何特征和结构特点，并结合其运动所至区域确定。5.根据权利要求1所述的基于碰撞检测的涡轮叶片气膜孔激光扫描轨迹优化方法，其特征是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚学程，高强，闫晓燊，张敏，朱思萌，张亚欧，赵万生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：