基于叶片STL模型的型面检测与最大厚度分析.pdf

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1、文章编号：1672—0121(2015)o5—0102—03基于叶片STL模型的型面检测与最大厚度分析邵冰冰，廖华丽(河海大学机电工程学院，江苏常州213022)摘要：针对现今叶片检测的效率较低与精度较差的问题提出了基于叶片STL模型的检测与计算方法。提取叶片STL模型的截面数据，将截面数据按照改进凸包算法进行准确排序。将排序划分后的理论数据拟合计算出激光测量头检测位姿，对叶片进行非接触式测量。将测得各特征点法向偏距与理论数据点拟合计算，求得叶片截面最大厚度。关键词：STL；截面数据；非接触检测；最大厚度中图分类号：TP242．2文献标识码：AD

2、OI：10．16316／j．issn．1672—0121．2015．05．0290引言元素，在此基础上计算出与理论值的偏差以及所需叶轮机械在航天、航空、汽车、能源等领域有着的型面参数，从而完成测量与检测的2V_作。CMM检非常广泛的应用，叶片是汽轮发电机和涡轮发动机测精度，适应性较强，不受叶片反射及周边光线强度的重要零件。叶片型面一般为复杂曲面，具有变截等环境因素的影响，易实现检测过程自动化。但是测面、强扭曲、易变性等技术特点，加l丁工序复杂，所以量头长期与工件接触，易造成磨损，并且CMM检测叶片的数控加工质量对汽轮机、发电机的性能起着效率低下，

3、因此常用于抽检。决定性的影响。叶片在生产过程中必须使用严格的针对接触式检测的局限性，提出了基于叶片检测手段，做全面系统的检测以确保叶片加工质量STL模型的激光非接触式测量方法。首先由叶片合格。STL模型提取了待检测截面的理论点数据；其次，求取了激光测量头在对应检测点外法矢量上的测距，1测量方法即求取了在叶片坐标系下的检测位姿；最后，将激光目前，大多数国内的叶片加工、制造厂家仍主要位移传感器沿所求取的位姿进行测距以获取每个的采用接触法对叶片型面进行检测。常用接触法有标法向距离。比较实际测得的法向距离与激光测距的准型面样板法和j坐标测量机检测法l11

4、。偏差，该偏差值即为检测点的实际加工误差，反求所样板法为一般_T厂对粗加工、半精加工叶片进测量点的实际坐标值，分段拟合以求取所测截面的行型面检测的主要方法。针对具体型号的叶片和指特征参数，并输出检测结果。该检测方法为非接触式定的检测截面设计相应的样板。将叶片装夹在专用测量，避免了接触式测量对叶身造成的磨损。通过对夹具上，操作者借助光照，通过观察夹板和型面之间所测截面的特征点及其测量偏差进行展示，可直观的漏光间隙来估计所测截面的误差。样板法测量简再现该道工序叶片的加工质量，便于后续叶片加工便，但是其检测结果容易受检测者主观判断的影响，工序的调整。2

5、理论点提取叶片的三维造型直接提取理论数据点操作复杂且不具有通用性。转换i维造型格式，生成STL文件并以ASCII格式输出，通过渎取STL文件中三角形片面的顶点信息来获取理论特征点，将获取的理论点进行排序和精确划分，求取理论参数。2．1获取理论点ASCII码格式STL文件逐行给出三角形片面的定阈值精确几何信息，每一个三角片面信息包涵有外法矢量及查找出两缘其三个顶点坐标四项数据，且顶点坐标均为正值，以的点集。片面的法向量为正方向遵循右手法则。输出STL文(4)在件时，设置满足精度要求的三角公差和相邻公差参(2)中戈U分数值，~：n-l-片三维模型以S

6、TL文件的ASCII格式输的两个部分出，参数值设置的越小片面信息的输出精度越高且的特征点集相邻片面上点的重合性越好，但随着精度的提高，片中排除准确面的数目增大，数据的输出及读取时间也随之增长，查找到的两影响系统效率。缘的点集，本文通过识别STL文件中表示三角片面顶点最终完成对的字符，依次读取了与待检测截面值相匹配的点图2划分算法流程图叶片截面特的坐标值，以912L叶片为例，取z=540，z=627和z=征点的精确880对应三层截面，如图1所示。戈U分。如图3所示，选取坐标z=627的截面，在对理论点进行划分后，叶片截面特征点被分为Pl，尸2，，四

7、个部分，其中P1和尸2为两缘，为叶背，P4为叶盆。图1三维模型及STL文件提取的理论特征点2．2理论点精确划分从STL文件中提取的特征点为一系列无序的一60—40—2OO20406O80坐标点，为准确求取截面的特征参数，必须将特征点图3划分后的叶片截面图进行排序，精确地划分至前缘、后缘、叶背和叶盆四部分。由于经典凸包算法存在局限，存在对叶盆、叶3最大厚度分析背点凸包划分混淆的情况，对一些叶背曲线接近平叶片型面多为复杂的空间强扭型面，其型面参直的点划分不明甚至删除，影响数据完整平顺性，所数精度直接影响到涡轮的能量转换效率和发动机的以需要对算法进行改

8、进．2I，实现叶片的精确划分。性能。企业在衡定叶片加工质量时，一般选取几个截(1)将特征点参照坐标值的升序进行排列。设面，测量其相关的特