專利名稱：一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及整體葉輪測量技術領域，特別涉及一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法。
背景技術：
整體葉輪是發(fā)動機、透平等動力機械的關鍵零部件，廣泛應用于航空、航天、機械等領域，具有很高的尺寸和形狀要求。為了保證整體葉輪產(chǎn)品的質量，在加工完成后需要對其外形進行測量。三坐標測量機是一種精密測量儀器，大量用于對整體葉輪的外形測量。測量時的一個難點是如何高精度地對整體葉輪進行定位，定位精度直接影響對測量數(shù)據(jù)的分析結果O·
整體葉輪的三坐標測量定位就是在測量工件上建立一個坐標系，包括三個方面的內容軸向定位、周向定位和中心定位。整體葉輪包含有相配合的圓柱面和一些平的端平面，這些部位制造精度高，其中平的端平面可以用于測量時的軸向定位，圓柱面可以用于中心定位。而周向定位需要依賴周向特征，但由于整體葉輪在周向上是需要進行高速旋轉運動，為軸對稱結構，因而很多整體葉輪在周向上沒有明顯的高精度定位特征，造成周向定位較為困難。通常的簡單做法可以采取在葉片局部采集特征點的方法進行周向定位，但由于難以精確找到特征點的理論位置，周向定位精度較低。在初步測量后，利用測量數(shù)據(jù)與理論數(shù)模的配準可以調整工件的測量坐標系，但是由于葉片的制造精度通常比相配合的圓柱面和一些平的端平面的精度低，因此雖然提高了周向定位精度，但造成配準后的坐標系在軸向和中心處的精度損失。因此，希望設計一種定位方法，提高整體葉輪的周向定位精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是整體葉輪在采用三坐標進行零件測量時周向定位精度不高的問題。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法。該方法包括兩步。第一步是利用整體葉輪上的端平面、圓柱面和葉片邊緣上的點來建立一個包括原點O、X軸、Y軸和Z軸的初步測量坐標系0ΧΥΖ，進行初步定位，使測頭能夠順利接觸工件并實現(xiàn)測量。第二步對葉片進行測量，獲得某個葉片上的多個測量點，將測量點與理論模型進行配準，根據(jù)配準結果對整體葉輪的初步測量坐標系OXYZ進行調整，實現(xiàn)進一步的精細定位。進一步在于初步測量坐標系OXYZ的建立具體為端平面的法矢確定Z軸，圓柱面中心線與端平面的交點確定原點0，原點與葉片邊緣上的點的連線確定X軸，Y軸根據(jù)Z軸和X軸以右手法則來確定。進一步在于根據(jù)配準結果對整體葉輪的初步測量坐標系OXYZ進行調整，不改變Z軸和原點O的位置，配準結果只改變X軸方向為Γ，調整整體葉輪的周向定位，新的Γ軸根據(jù)Z軸和X軸來確定。進一步在于通過對配準結果在六個分量上進行分解和部分分量置零的方法，使得配準結果不影響已經(jīng)高精度定位的Z軸和原點O位置，僅對整體葉輪的周向X軸和Y軸進行定位調整，實現(xiàn)整體葉輪進一步的精細定位，對初步測量坐標系OXYZ調整的具體步驟為
(1)采用迭代最近點(ICP)方法對葉片測量點與理論模型進行配準，獲得兩者間的轉換矩陣T ；
(2)將轉換矩陣Γ轉換分解為六個分量三個平移量和三個旋轉歐拉角；·
(3)保留繞Z軸旋轉的歐拉角分量，其它分量設置為0，獲得新的轉換矩陣r；
(4)將轉換矩陣r作用于坐標系0ΧΥΖ，由于僅有繞Z軸旋轉的歐拉角分量，因此X軸和Y軸將繞Z軸旋轉，得到新的坐標系為O X'Y'Z。


圖I是本發(fā)明實施例的整體葉輪裝夾示意 圖2是本發(fā)明實施例的初步測量坐標系的建立示意 圖3是本發(fā)明實施例的測量坐標系調整示意 其中1_圓柱面，2-端平面,3-葉片邊緣上的點。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本實施例如圖1、2、3所示，本實施提供一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法，以一軸流開式整體葉輪為例，葉輪如圖I示意安裝在三坐標測量機上的工作臺上。采用手動方式對在整體葉輪進行測量，測量內容包括在端平面2上測量三個以上的測量點，在圓柱面I上測量6個以上的測量點，在葉片最邊緣上測量一個葉片邊緣上的點3。以端平面的法矢確定Z軸方向，圓柱面I中心線與端平面2的交點確定原點0，以葉片邊緣上的點3與原點O建立一直線，該直線方向為X軸，建立初步測量坐標系0ΧΥΖ，如圖2所示。在初步測量坐標系OXYZ下，根據(jù)事先規(guī)劃的測量路徑對整體葉輪的一個葉片進行測量。將測量數(shù)據(jù)與理論模型利用迭代最近點方法進行配準，得兩者間的轉換矩陣T。將變換矩陣T分解為六個自由度上子變換矩陣的乘積，坐標變換的順序為先按照繞X、Y和Z軸進行旋轉、然后繞X、Y和Z軸分別進行平移，得到
權利要求
1.一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法，其特征在于包括以下兩步 第一步將整體葉輪固定在三坐標測量機床上，利用整體葉輪上的端平面、圓柱面和葉片邊緣上的點來建立一個包括原點0、x軸、Y軸和Z軸的初步測量坐標系OXYZ，進行初步定位，使測頭能夠順利接觸工件并實現(xiàn)測量； 第二步對葉片進行測量，獲得某個葉片上的多個測量點，將測量點與理論模型進行配準，根據(jù)配準結果對整體葉輪的初步測量坐標系OXYZ進行調整，實現(xiàn)進一步的精細定位。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法，其特征在于初步測量坐標系OXYZ是利用整體葉輪上的端平面、圓柱面和葉片邊緣上的點建立的，端平面的法矢確定Z軸，圓柱面的中心線與端平面的交點確定原點0，原點O與葉片邊緣上的點的連線確定X軸，Y軸根據(jù)Z軸和X軸以右手法則來確定。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法，其特征在于根據(jù)配準結果對整體葉輪的初步測量坐標系OXYZ進行調整，不改變Z軸和原點O的位置，配準結果只改變X軸方向為Γ，調整整體葉輪的周向定位，新的Γ軸根據(jù)Z軸和Γ軸來確定。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法，其特征在于對初步測量坐標系OXYZ調整的具體步驟為 (1)采用迭代最近點ICP方法對葉片測量點與理論模型進行配準，獲得兩者間的轉換矩陣T ； (2)將轉換矩陣T轉換分解為六個分量三個平移量和三個旋轉歐拉角； (3)保留繞Z軸旋轉的歐拉角分量，其它分量設置為0，獲得新的轉換矩陣Γ； (4)將轉換矩陣Γ作用于初步測量坐標系0ΧΥΖ，由于僅有繞Z軸旋轉的歐拉角分量，因此X軸和Y軸將繞z軸旋轉，得到新的坐標系為ο χττ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種整體葉輪三坐標測量的分步定位方法。該定位方法分為兩步，第一步是利用整體葉輪上的端平面、圓柱面和葉片邊緣上的點進行初步定位，使測頭能夠順利接觸工件并實現(xiàn)測量；第二步是在獲得葉片上的多個測量點后，將葉片測量點與理論模型進行配準，通過配準結果對整體葉輪的周向進行定位調整，實現(xiàn)進一步的精確定位；適用于周向無定位特征的整體葉輪，能提高三坐標測量時整體葉輪的周向定位精度。
文檔編號G01B21/20GK102944206SQ20121049837
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權日2012年11月29日
發(fā)明者王曉飛, 秦潔, 錢征宇, 劉勝蘭, 張麗艷 申請人:江蘇省計量科學研究院