【摘 要】
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航空发动机制造技术的水平体现了航天航空工业的发展程度,航空叶片作为发动机的“心脏”零部件,其加工精度及表面质量直接影响着发动机的使用性能,因此需要通过现代化测量技术对航空叶片进行严格的管控。航空叶片的现代化测量问题一直制约着我国制造类企业的发展,一是测量效率较低,目前企业叶片三坐标测量流程需要大量的人工操作干预,耗费较多有效工时;二是空间利用率较低,叶片待测区域及检测区域的空间规划存在局限性,占用
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航空发动机制造技术的水平体现了航天航空工业的发展程度,航空叶片作为发动机的“心脏”零部件,其加工精度及表面质量直接影响着发动机的使用性能,因此需要通过现代化测量技术对航空叶片进行严格的管控。航空叶片的现代化测量问题一直制约着我国制造类企业的发展,一是测量效率较低,目前企业叶片三坐标测量流程需要大量的人工操作干预,耗费较多有效工时;二是空间利用率较低,叶片待测区域及检测区域的空间规划存在局限性,占用空间面积较大;三是系统集成程度较低,各个单元模块相互独立,数据过于离散化。针对以上问题,本文在横向课题的支持下,自主设计并搭建了航空叶片自动化测量系统实验平台,开展了航空叶片计算机集成自动化测量关键技术的研究,本文具体研究工作如下:（1）通过集成机械臂、智能料架、高精度旋转平台和三坐标测量机等先进设备搭建航空叶片自动化测量系统。深入阐述了自动化测量系统的测量流程及技术方案,并对自动化测量系统进行硬件设计与软件开发。利用Solid Works软件设计出X、Z双轴联动模块、智能料架模块及气动机械爪模块等关键硬件设备的机械结构。同时针对自动化测量系统的运动控制、数据处理等问题,通过采用NMC5800运动控制卡提供的动态链接库进行系统软件开发,得到的系统软件可以迅速高效地采集、保存和处理测量数据。（2）针对自动化测量系统存在精度误差等问题,本文将深入研究系统的运动误差及静力学误差,分析误差产生的原因以及对精度的影响大小,最终对误差进行修正补偿。首先运用低序体阵列法对系统运动链关系进行描述,进而研究各运动部件之间的运动变换特征矩阵,建立综合误差模型。利用ANSYS Workbench软件对系统关键零部件进行有限元静力学分析,并对特殊结构进行优化,减少应力集中现象。最后基于综合误差模型与软件补偿法对系统误差进行补偿,有效保证系统测量的精度。（3）针对精密测头得到的初始点云数据存在异常点多、数量庞大和匹配不准等问题,提出一套完整的数据处理流程。首先分别运用高斯滤波法和基于统计分析的滤波方法剔除常见的三大类异常点;运用基于最小距离和角度偏差的融合算法对数据进行精简,提高数据处理效率;运用3次NURBS曲线对数据进行曲线插值重构,还原被测目标零件的轮廓形貌;最后运用改进的ICP算法将理论CAD模型与处理后的点云数据进行配准,提高测量数据的准确性。（4）基于Visual Studio开发环境以及C#开发语言对系统软件—航空叶片测量控制系统（Aviation Blade Measurement and Control System,BMCS）进行开发设计。利用RR-10002L型号的航空叶片进行实验验证,并将测量数据与海克斯康测量机测量结果进行对比,验证本文提出的航空叶片计算机集成自动化测量技术方案的可行性和可靠性。
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