基于测量点云和制造技术

本发明专利技术提供一种基于测量点云和

【技术实现步骤摘要】
基于测量点云和CAD模型的叶片工件坐标系精确标定方法


[0001]本专利技术涉及机械加工
，特别涉及一种基于测量点云和
CAD
模型的叶片工件坐标系精确标定方法
。

技术介绍

[0002]叶片是涡轮机械关键部件之一，其加工质量的好坏直接影响到发动机
、
燃气轮机的核心性能
。
叶片工作在高温
、
高压
、
高速的恶劣环境中，其设计制造过程需要满足气动
、
传热
、
结构三个方面的性能指标
。
叶片因而具有结构型面复杂
、
品种多
、
数量大
、
加工难度高
、
制造周期长的特点
。
为了满足航空发动机
、
燃气轮机对性能
、
安全性
、
可靠性及寿命的超高要求，必须不断提高叶片的制造技术水平
。
[0003]由于快换装置和夹具装夹过程不可避免的存在误差，每次更换一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于测量点云和
CAD
模型的叶片工件坐标系精确标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
S1
：测量已经装夹好的叶片上的若干个轮廓特征点，通过最小二乘法反求工件叶片初始坐标系；本步骤需要在叶片上选中几个关键点，分别得到他们在
CAD
模型中的坐标以及使用机器人四点标定法获得的机器人法兰坐标系中的对应值，代入对应公式，利用最小二乘法求解出工件坐标系
{W}
相对机器人法兰坐标系
{F}
的初始值步骤
S2
：确定扫描曲面，利用三维扫描设备对叶片进行两次扫描，第一次扫描区域位于缘板处，涉及曲面
A8A9A
10
、
曲面
A9A
10
A
13
A
12
以及曲面
A8A9A
12
A
11
；第二次扫描位于叶冠处，涉及曲面
A1A2A3A4、
曲面
A1A2A6A5以及曲面
A2A3A7A6；步骤
S3
：使用一个与曲面类型和边界有关的局部空间将对应曲面上的离散点过滤出来，并根据曲面类型和边界特点分别讨论，用来提取扫描面上的点云数据；步骤
S4
：采用类似
ICP
算法，将最优目标设为测量点云与叶片数模之间的误差的平方和最小，这里的误差不再是点对之间的距离，而是分块点云到对应叶片目标曲面之间的距离，以此来求解工件坐标系变换矩阵
。2.
根据权利要求1所述的一种基于测量点云和
CAD
模型的叶片工件坐标系精确标定方法，其特征在于，步骤
S1
包括：
A
i
在工件坐标系
{W}
与机器人法兰坐标系
{F)
中分别记为
W
A
i
，
F
A
i
，其中
i
＝1，
..
，
13
，工件坐标系
{W}
相对机器人法兰坐标系
{F}
的变换记为其中函数
Rot(Z
，
W
α
)
表示绕
Z
轴旋转
W
α
的变换矩阵，
W
α
是表示工件坐标系
{W}
绕
Z
轴旋转的角度；函数
Rot(Y
，
W
β
)
表示绕
Y
轴旋转
W
β
的变换矩阵，
w
β
是表示工件坐标系
{W}
绕
Y
轴旋转的角度；函数
Rot(Z
，
W
γ
)
表示绕
Z
轴旋转
W
γ
的变换矩阵，
W
Υ
是表示工件坐标系
{W}
绕
Z
轴旋转的角度；
F
A
WORG
为工件坐标系
{W}
原点在机器人法兰坐标系
{F}
中的值；针对
A
i
建立如下方程组，利用最小二乘法求解方程组，求得
W
α
，
w
β
，
W
Υ
及
F
A
WORG
的解，即可获得的初始值
3.
根据权利要求1所述的一种基于测量点云和
CAD
模型的叶片工件坐标系精确标定方法，其特征在于，步骤
S2
中在扫描时：
3D
相机的轴在所示工件坐标系
{W}
姿态下垂直纸面向内，并且使得目标扫描区域位于
3D
相机的视野中心；曲面
A9A
10
A
13
A
12
与曲面
A8A9A
12
A
11
之间的夹角以及曲面
A1A2A6A5与曲面
A2A3A7A6之间的夹角为钝角，保证扫描区域内的所有目标曲面都与
3D
相机的轴保持合理的夹角范围；两次扫描区域分布在叶片的两端，用于控制叶片的偏转误差；曲面
A9A
10
A
13
A
12
、
曲面
A8A9A
12
A
11
、
曲面
A1A2A6A5以及曲面
A2A3A7A6上的点主要用于约束叶片在工件坐标系
{W}
中
×
Y
平面内的位置，曲面
A
g
A9A
10
与曲面
A1A2A3A4用于控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜振华，王宇，刘东东，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：