一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法技术

本发明专利技术一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，包括（A）选取样品、（B）建立样品的坐标系、（C）将样品扫描成点云数据Pi、（D）在三坐标测量机上建立坐标系；（E）依次将三维实体模型的尺寸误差、强度和质量三种参数与样品的三个数据比较，将与样品最接近的三维实体模型作为最终的模型；（F）导出步骤（E）选定的三维实体模型，导出二维图纸。本发明专利技术在不破坏样品的情况下就能获得较高精度的叶轮类零件结构和尺寸：获得叶轮类零件的二维设计图纸，用于产品加工制造，叶型误差可控制在0.08mm以下，其它尺寸误差控制在0.02mm以下，通过本方法制造出来的叶轮保真度高，能够满足使用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压缩机和推进器的叶轮制造业中的指导图纸，具体是指。
技术介绍
叶轮是压缩机和推进器的核心零部件，广泛应用于航空航天领域。叶轮叶片型面复杂，设计、制造、试验难度较大，研制周期长。通过反求方法研制叶轮具有周期短、费用低的优点，但叶轮类零件对强度和叶型气动要求严格，导致叶轮类零件的反求精度要求高。目前一般叶轮类零件的反求方法包含两个内容叶轮样品数字化和三维CAD模型重建。传统方法是1由于成本原因和时间限制，传统方法只扫描一个样品，得到点云数据；只采用点云数据中的一个(一组)叶片建立叶轮类零件的三维实体模型，所得模型具有较大随机性，可能与原设计误差较大。2模型评估时传统方法采用反求软件自带的误差分析功能，将点云数据与三维实体模型进行比较，只考虑点云和三维实体模型之间的误差，忽略了扫描点云的误差，另外由于铸造的叶轮各个叶片都不尽相同，而建模时只选用一个叶片的点云数据进行建模，然后阵列获得全部叶片，采用反求软件自带的误差分析功能求得的其它叶片误差值偏大。3传统方法只对叶轮的三维实体模型和样品的几何尺寸进行对比，评估模型的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供， 本专利技术的目的通过下述技术方案实现 ，包括以下步骤 (A)选取样品Ai(AkA2^A3......Au为自然数)，并测量样品Ai的材料密度Pi ( P κ P 2、P 3...... P i,i为自然数)、样品的质量Hii (mKm2,m3......Hii, i为自然数)、以及平均质量ma ； (B)建立样品的坐标系通过在样品上钻孔的方式确定样品坐标系； (C)将样品扫描成点云数据Pi(P1、P2、P3……Pi, i为自然数)并输入到建模软件建模，每个样品各取三个叶片分别建立三维实体模型，每个模型分别为Sn、Si2、Si3 ;每个模型的坐标系与样品的坐标系相同； (D)在三坐标测量机上建立坐标系,该坐标系与样品坐标系相同； (E)在样品坐标系、建立三维实体模型、三坐标测量机的坐标系建立好以后，依次将三维实体模型的尺寸误差、强度和质量三种参数与样品的三个数据比较，将与样品最接近的三维实体模型作为最终的模型； (F)导出步骤(E)选定的三维实体模型，导出二维图纸。本专利技术的方法应用于叶轮类零件的逆向，经过检测、修正、优选出最终的三维实体模型，导出二维图纸后，用于指导生产过程，本方法在不破坏样品的情况下，就能获得最接近样品的三维实体模型。虽然逆向的过程耗费较多的人力和时间，但该方法能保证一次成功，不会出现根据逆向所得工程图纸试制的零件不满足功能要求或强度不足的现象，大幅节约产品开发的成本和时间；与传统的逆向方法相比，本专利技术具体有以下几点不同，传统方法只扫描一个样品，得到点云数据，只采用点云数据中的一个(一组)叶片建立叶轮类零件的三维实体模型，所得模型具有较大随机性，可能与原设计误差较大，而本专利技术采用多个样品、多个叶片进行建模，能获得关于样品更多的信息，从众多模型中优选出来的模型与原设计更接近；叶轮形状精度高能有效保证叶轮的气动性能与样品相同；强度计算能避免因叶根强度不足导致叶片断裂飞出的严重故障；选用模型质量1 接近平均质量Hla的三维实体模型做为最终模型，最接近样品的原设计，从这四个方面可以有效控制反求叶轮的精度，大大提高了图纸的质量，更加适用于生产。所述步骤(E)中，三维实体模型的尺寸误差与样品的数据比较方法具体如下 (El)将三维实体模型导入三坐标测量机的坐标系中，测量出叶型误差；(E2)测量叶轮上的非叶型误差； (E3)当叶型误差彡O. 08mm和/或非叶型误差彡O. 02mm时，修正点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(El) (E3);当叶型误差< O. 08mm，且非叶型误差< O. 02mm时，该三维实体模型合格。模型评估时传统方法采用反求软件自带的误差分析功能，将点云数据与三维实体模型进行比较，只考虑点云和三维实体模型之间的误差，忽略了扫描点云的误差；另外由于铸造的叶轮各个叶片都不尽相同，而建模时只选用一个叶片的点云数据进行建模，然后阵列获得全部叶片，采用反求软件自带的误差分析功能求得的其它叶片误差值偏大；本专利技术的叶型误差检测方法是用任意一个叶片的点云数据建立的三维叶型模型，模型评估时测量样品的对应叶片，所得叶型误 差真实合理；当样品与三维实体模型坐标系一致时，使用三坐标测量机的“模型对比测量功能”，可以准确地定位各个叶片，直接获得样品与三维实体模型之间的误差。三坐标测量机的“模型对比测量功能”通常用来检测零件加工质量，具体做法是按零件的设计图纸建立零件名义尺寸的三维实体模型，按设计图纸加工零件；零件加工好后，用三坐标测量机的“模型对比测量功能”测零件三维实体模型和零件的对应尺寸，以获得加工后的零件的尺寸偏差，这种做法是以零件的三维实体模型为基准，考核加工零件的尺寸精度。而本专利技术的方法是将三坐标测量机的“模型对比测量功能”用于检测叶轮零件的反求模型精度，是以样品为基准，考核三维实体模型的精度，克服了传统的思维模式，以逆向的方法来运用三坐标测量机的“模型对比测量功能”，该方法是本领域的普通技术人员所想不到的，解决了叶型误差检测难度大，精度低的技术问题，大大提高了尺寸误差的数据可靠性，取得了良好的技术效果。所述步骤(E)中，强度参数与样品的数据比较方法具体如下 (E4)三维实体模型导入有限元计算软件中计算叶轮零件的强度，获得叶轮零件最大危险点的应力值σ； (Ε5)计算零件的安全系数η，安全系数η =叶轮零件材料的屈服极限或强度极限CJ|+叶轮零件上最大危险点的应力值σ* ； (Ε6)判断安全系数η是否合格，如果η <1. 2，则复查和修正叶轮零件最大危险点应力所在区域的点云数据和/或三维实体模型，重复步骤(Ε4) (E6);如果η彡1. 2，该三维实体模型合格。根据强度计算结果，即使不能实际测量，也能在一定程度上保证反求叶片根部的质量，保证反求的叶轮零件有足够的强度，不会在工作过程中出现破裂故障。现代微小型叶轮的叶片通常设计得较复杂，复合造型叶型，三坐标测量机的测针很难触到，叶片根部几乎无法检测，叶轮在工作过程中主要承受离心力和气体力，最大应力点(即危险点)通常位于叶片根部，逆向工程所得的叶片根部如果比样品的根部薄，强度可能不足，易导致根据该三维实体模型加工的叶轮零件在工作过程中断裂，因此需将三维实体模型导入有限元软件中进行强度计算，如果安全系数η >1. 2，则能保证按逆向工程所得的叶轮有足够的强度，如果安全系数η <1. 2，则需修正叶轮的点云数据和三维实体模型，再进行强度计算，如此反复，直至安全系数η >1. 2，只有强度足够，才能保证根据该三维实体模型加工的叶轮零件工作安全可靠，在正常工况下不发生断裂故障。传统的叶轮逆向过程中是不进行强度计算的，直接按逆向所得叶轮三维实体模型进行加工制造，有时会出现叶片在工作过程中断裂的故障，出现此种情况时，通常的做法是从材料本身考虑问题，通常选择性能更好的材料来解决问题，而没有仔细地分析出其中的原因，造成了时间和资金的浪费，而本专利技术的方法中，利用强度计算的步骤就完全解决了断裂的问题，大大降低了制造成本，而且产品稳定可靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：（A）选取样品Ai（A1、A2、A3……Ai，i为自然数），并测量样品Ai的材料密度ρi（ρ1、ρ2、ρ3……ρi，i为自然数），测量样品的质量mi（m1、m2、m3……mi，i为自然数）、以及平均质量ma；（B）建立样品的坐标系：通过在样品上钻孔的方式确定样品坐标系；（C）将样品扫描成点云数据Pi（P1、P2、P3……Pi，i为自然数）并输入到建模软件建模，每个样品各取三个叶片分别建立三维实体模型，每个模型分别为Si1、Si2、Si3；每个模型的坐标系与样品的坐标系相同；（D）在三坐标测量机上建立坐标系，该坐标系与样品坐标系相同；（E）在样品坐标系、建立三维实体模型、三坐标测量机的坐标系建立好以后，依次将三维实体模型的尺寸误差、强度和质量三种参数与样品的三个数据比较，将与样品最接近的三维实体模型作为最终的模型；（F）导出步骤（E）选定的三维实体模型，导出二维图纸。

【技术特征摘要】
1.一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，其特征在于，包括以下步骤 (A)选取样品Ai(AkA2iA3......Au为自然数)，并测量样品Ai的材料密度Pi ( P κ P 2、P 3...... P i,i为自然数)，测量样品的质量IHi Cm1 m2 m3......1niji为自然数)、以及平均质量ma ； (B)建立样品的坐标系通过在样品上钻孔的方式确定样品坐标系； (C)将样品扫描成点云数据Pi(P1、P2、P3……Pi, i为自然数)并输入到建模软件建模，每个样品各取三个叶片分别建立三维实体模型，每个模型分别为Sn、Si2、Si3 ;每个模型的坐标系与样品的坐标系相同； (D)在三坐标测量机上建立坐标系,该坐标系与样品坐标系相同； (E)在样品坐标系、建立三维实体模型、三坐标测量机的坐标系建立好以后，依次将三维实体模型的尺寸误差、强度和质量三种参数与样品的三个数据比较，将与样品最接近的三维实体模型作为最终的模型； (F)导出步骤(E)选定的三维实体模型，导出二维图纸。2.根据权利要求1所述的一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法，其特征在于所述步骤(E)中，三维实体模型的尺寸误差与样品的数据比较方法具体如下 (El)将三维实体模型导入三坐标测量机的坐标系中，测量出叶型误差；(E2)测量叶轮上的非叶型误差； (E3)当叶型误差≤O. 08mm和/或非叶型误差≤O. 02mm时，修正点...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，石凌玲，勾建，
申请(专利权)人：四川达宇特种车辆制造厂，
类型：发明
国别省市：