葉片大規(guī)模點云處理與無干涉檢測規(guī)劃.pdf

1、葉輪葉片是航空、艦船、核電等行業(yè)的核心部件，具有薄壁件、難加工、易變形等特點，如何保證其制造精度一直是數(shù)字化制造領(lǐng)域的研究前沿?！凹庸?測量”一體化為實現(xiàn)葉輪葉片類復(fù)雜曲面零件精密加工提供了新理論新方法，其中大規(guī)模點云處理、無干涉5軸檢測規(guī)劃、軟硬件平臺搭建是亟需解決的關(guān)鍵問題。為此，本文圍繞葉片點云精簡與光順、葉片形位參數(shù)提取、葉輪無干涉檢測規(guī)劃等開展研究，具體包括：
　　(1)葉片造型復(fù)雜，前后緣壁厚不足2mm，對非均布葉片點

2、云精簡或光順時易因取樣不均丟失前后緣特征。本文建立點-曲面距離關(guān)系，應(yīng)用點云密度熵信息，定義并選取含點云分布特性和內(nèi)在特征的權(quán)重因子。建立精簡點云和原始點云之間的幾何誤差關(guān)系，解決前后緣高曲率區(qū)域和稀疏區(qū)域取樣不均問題，提出自適應(yīng)雙邊濾波器，解決非均布點云光順整體收縮和前后緣過光順問題。實驗結(jié)果表明，相比均勻網(wǎng)格和層次聚類法所提方法精簡后葉片點云分布更均衡，相比拉普拉斯和雙邊濾波法所提自適應(yīng)雙邊濾波法在標(biāo)準(zhǔn)偏差上降低1個數(shù)量級。

3、　　(2)為避免繁瑣的網(wǎng)格重構(gòu)和曲面參數(shù)化，可由葉片散亂點云模型直接構(gòu)造截面型線，提取特征參數(shù)。本文構(gòu)建散亂點云數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)操作，提取截面曲線和中弧線有序點集，建立截面曲線-點云距離函數(shù)，根據(jù)1階微分增量構(gòu)建調(diào)整截面對應(yīng)B樣條曲線控制點的線性優(yōu)化模型，使截面曲線與點云幾何偏差控制在容許范圍內(nèi)。結(jié)合中弧線原理，引入點-包絡(luò)線距離函數(shù)，建立葉片截面曲線和中弧線之間的有向距離函數(shù)，通過線性優(yōu)化模型調(diào)整中弧線對應(yīng)B樣條曲線控制點，提高中弧線提取精

4、度，進(jìn)而提取前后緣、最大厚度等葉片參數(shù)，所提算法成功應(yīng)用于葉片點云或整體葉盤的參數(shù)提取。
　　(3)葉輪屬于回轉(zhuǎn)類造型，采用三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)檢測會因二次裝夾導(dǎo)致重新定位，無法實現(xiàn)其加工-測量一體化。本文綜合考慮測頭大小和檢測路徑全局可接近性，定義測點全局可接近錐，利用圖形處理器(GPU)給出可接近錐高效計算方法，得到整條檢測路徑上的有效可接近錐?？紤]檢測路徑最短兼顧光順性的問題，通過檢測點集和檢測方向構(gòu)建的軸跡面給出最小曲面