高性能航空发动机的缺失一直是制约我国航空工业快速发展的最大“心脏病之痛”。随着航空发动机向着高推重比发展,圆弧端齿凭借自动定心和大承载的能力,被广泛应用于发动机的核心机多级转子连接当中。多级端齿转子装配过程中,各级转子偏心误差会通过端齿连接结构传递放大,从而导致装配后同轴度超差。而同轴度作为评价装配质量的重要参数,对发动机性能和寿命有很大影响,多级端齿转子装配后同轴度误差过大,会导致发动机振动故障。因此,亟需建立多级端齿转子装配同轴度预测和优化模型,为装配工作提供指导,这对提高装配精度,降低整机振动,保证发动机平稳运行具有重要意义。本课题“面向端齿连接结构的航空发动机转子装配同轴度优化研究”围绕端齿转子三维形貌测量和装配优化需求,构建适用于端齿转子的旋转扫描测量系统标定、点云重构及预处理和装配同轴度预测优化模型,并进行标定模型准确性、同轴度预测模型准确性和同轴度优化方法有效性等方面验证工作,论文主要研究内容为:为实现多线激光传感器扫描测量系统标定,首先提出一种基于条纹标定板的线激光传感器间位姿关系标定方法。该方法根据两空间直线共面和夹角关系建立几何约束关系,并基于非线性最小二乘优化方法计算得到两线激光传感器测量坐标系间位姿变换矩阵。其次基于精密标准球实现转台回转轴线空间位姿标定,该方法根据不同转角下标准球球心位置拟合球心回转轨迹,在此基础上计算转台回转轴线方向向量和轴线上一点坐标,实现转台回转轴线空间位姿标定。为实现端齿转子表面点云三维重构,建立多线激光数据旋转拼接模型。基于刚体变换原理将各线激光传感器测量数据进行拼接实现端齿转子点云三维重构。针对拼接得到的原始点云数据中存在大量离群噪点,并且数据冗余,难以直接用于后续处理工作的问题。提出端齿转子点云模型的预处理方法,首先基于统计分析实现点云中离群噪点的滤除,其次基于体素栅格实现点云的下采样。在保留原始点云整体几何特征的同时,滤除点云中离群噪点并实现数据的精简。最后根据端齿转子齿面处各点法向量方向近似一致,而与相邻其余部位法向量方向存在明显差异的特点,提出基于区域生长的端齿转子齿面分割方法,实现预处理后各级端齿转子配合齿面点云的分离。为实现多级端齿转子装配同轴度预测及优化,提出一种基于加权迭代最近点算法虚拟装配的多级端齿转子同轴度预测方法。该方法对各级端齿转子配合齿面点云进行加权配准,预测各级端齿转子的装配姿态并得到多级端齿转子装配体点云。然后通过对装配体点云进行评估即可得到装配同轴度。在此基础上对多级端齿转子所有可能的装配相位进行虚拟装配,基于装配同轴度评估结果,建立多级端齿转子装配相位与装配同轴度间关系,并寻找使装配同轴度误差最小的最优装配相位,最终实现多级端齿转子装配同轴度优化。在上述研究基础上,本文搭建多线激光旋转扫描测量系统,开展多级端齿转子装配同轴度预测和优化实验。实验结果表明:对于两级端齿转子装配和三级端齿转子装配,八组装配相位下装配同轴度最大预测误差分别为4.8μm和7.7μm。与不进行优化直接装配相比,两级和三级端齿转子优化装配的同轴度误差分别降低了11.9μm和31.8μm。验证了多级端齿转子装配同轴度预测模型和装配同轴度优化方法的有效性。