多自由度航空叶片测量装置关键技术研究

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国内航空航天、军事等行业正蓬勃发展,叶片作为动力装置的主要零部件,由于其用途的特殊性,对精度的要求极高,不同用途的叶片扭转度不同,所使用的测量方法也不同,若叶片再存在扭转度较大的情况,普通的接触式测量效率较低的问题就会显得尤为突出。本文针对接触测量存在效率低、造价昂贵等问题,自主搭建非接触测量平台,并在传统等高法测量方案上进行改进,提出适用于较大扭转度的测量方案和路径规划。首先,以合金框架为基础搭建,以X、Y、Z、C多轴运动实现对被测件的测量,以滚珠丝杠搭载二项混合步进电机作为运动模块,与光栅尺构成闭环控制,在Y轴末端安装点激光位移传感器,点激光位移传感器再与数据采集卡相连,通过USB接口与上位机构成数据采集模块,实现对叶片的数据采集,用户通过在上位机编写合适的算法对四轴进行运动控制。其中C轴为旋转轴,实现对被测件360°的无死角测量,上方安置金属夹具,实现对被测件的稳定装夹,以防止测量时被测件的晃动产生测量误差。其次,根据所搭建设备的电机分布情况,选用合理的多电机控制方案,避免电机之间存在干扰;对于各电机,利用滑模控制抗动态扰动的特性对系统实现闭环操作,之后考虑设备在加工、安装等过程中产生的静态误差,对装置进行静态误差分析,并构建静态误差数学模型,提出静态误差补偿的闭环控制方法,以达到提高电机定位精度的目的。然后,由于叶片工作环境和形体的特殊性,针对不同的叶片进行特征分析,在传统等高截面法测量的基础上提出新测量方法,将等高法和面等宽测量进行结合,形成一种网状改进测量方案;对所测有序点云进行坐标变换,将点云数据进行分类,分析测量过程中产生噪点的原因,再将所可能产生的噪点进行分类,介绍去除各类噪点的常用方法,提高点云数据的精度,并以Z=10截面为例介绍降噪的效果。最后,进行综合实验,将实验分为传统测量方案和改进测量方案;利用VB在上位机对测量软件进行开发,实现文中所述的改进测量方案,利用LabVIEW对上位机采样软件进行开发,实现对叶片表面数据的采集;对于所测得的数据按照第四章方法进行降噪,为缩短测量周期,使用Geomagic Qualify进行误差评定,将两次实验所测得的结论进行对比分析,说明新测量方法针对较大扭转度叶片的可行性,为国内非接触测量提供参考依据。
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