專利名稱：一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓縮機和推進器的葉輪制造業(yè)中的指導(dǎo)圖紙，具體是指一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法。
背景技術(shù)：
葉輪是壓縮機和推進器的核心零部件，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。葉輪葉片型面復(fù)雜，設(shè)計、制造、試驗難度較大，研制周期長。通過反求方法研制葉輪具有周期短、費用低的優(yōu)點，但葉輪類零件對強度和葉型氣動要求嚴格，導(dǎo)致葉輪類零件的反求精度要求高。目前一般葉輪類零件的反求方法包含兩個內(nèi)容葉輪樣品數(shù)字化和三維CAD模型重建。傳統(tǒng)方法是1由于成本原因和時間限制，傳統(tǒng)方法只掃描一個樣品，得到點云數(shù)據(jù)；只采用點云數(shù)據(jù)中的一個(一組)葉片建立葉輪類零件的三維實體模型，所得模型具有較大隨機性，可能與原設(shè)計誤差較大。2模型評估時傳統(tǒng)方法采用反求軟件自帶的誤差分析功能，將點云數(shù)據(jù)與三維實體模型進行比較，只考慮點云和三維實體模型之間的誤差，忽略了掃描點云的誤差，另外由于鑄造的葉輪各個葉片都不盡相同，而建模時只選用一個葉片的點云數(shù)據(jù)進行建模，然后陣列獲得全部葉片，采用反求軟件自帶的誤差分析功能求得的其它葉片誤差值偏大。3傳統(tǒng)方法只對葉輪的三維實體模型和樣品的幾何尺寸進行對比，評估模型的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)
一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，包括以下步驟
(A)選取樣品Ai(AkA2^A3......Au為自然數(shù))，并測量樣品Ai的材料密度Pi ( P κ P 2、
P 3...... P i,i為自然數(shù))、樣品的質(zhì)量Hii (mKm2,m3......Hii, i為自然數(shù))、以及平均質(zhì)量ma ；
(B)建立樣品的坐標系通過在樣品上鉆孔的方式確定樣品坐標系；
(C)將樣品掃描成點云數(shù)據(jù)Pi(P1、P2、P3……Pi, i為自然數(shù))并輸入到建模軟件建模，每個樣品各取三個葉片分別建立三維實體模型，每個模型分別為Sn、Si2、Si3 ;每個模型的坐標系與樣品的坐標系相同；
(D)在三坐標測量機上建立坐標系,該坐標系與樣品坐標系相同；
(E)在樣品坐標系、建立三維實體模型、三坐標測量機的坐標系建立好以后，依次將三維實體模型的尺寸誤差、強度和質(zhì)量三種參數(shù)與樣品的三個數(shù)據(jù)比較，將與樣品最接近的三維實體模型作為最終的模型；
(F)導(dǎo)出步驟(E)選定的三維實體模型，導(dǎo)出二維圖紙。本發(fā)明的方法應(yīng)用于葉輪類零件的逆向，經(jīng)過檢測、修正、優(yōu)選出最終的三維實體模型，導(dǎo)出二維圖紙后，用于指導(dǎo)生產(chǎn)過程，本方法在不破壞樣品的情況下，就能獲得最接近樣品的三維實體模型。雖然逆向的過程耗費較多的人力和時間，但該方法能保證一次成功，不會出現(xiàn)根據(jù)逆向所得工程圖紙試制的零件不滿足功能要求或強度不足的現(xiàn)象，大幅節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)的成本和時間；與傳統(tǒng)的逆向方法相比，本發(fā)明具體有以下幾點不同，傳統(tǒng)方法只掃描一個樣品，得到點云數(shù)據(jù)，只采用點云數(shù)據(jù)中的一個(一組)葉片建立葉輪類零件的三維實體模型，所得模型具有較大隨機性，可能與原設(shè)計誤差較大，而本發(fā)明采用多個樣品、多個葉片進行建模，能獲得關(guān)于樣品更多的信息，從眾多模型中優(yōu)選出來的模型與原設(shè)計更接近；葉輪形狀精度高能有效保證葉輪的氣動性能與樣品相同；強度計算能避免因葉根強度不足導(dǎo)致葉片斷裂飛出的嚴重故障；選用模型質(zhì)量1 接近平均質(zhì)量Hla的三維實體模型做為最終模型，最接近樣品的原設(shè)計，從這四個方面可以有效控制反求葉輪的精度，大大提高了圖紙的質(zhì)量，更加適用于生產(chǎn)。所述步驟(E)中，三維實體模型的尺寸誤差與樣品的數(shù)據(jù)比較方法具體如下
(El)將三維實體模型導(dǎo)入三坐標測量機的坐標系中，測量出葉型誤差；(E2)
測量葉輪上的非葉型誤差；
(E3)當葉型誤差彡O. 08mm和/或非葉型誤差彡O. 02mm時，修正點云數(shù)據(jù)和/或三維實體模型，重復(fù)步驟(El) (E3);當葉型誤差< O. 08mm，且非葉型誤差< O. 02mm時，該三維實體模型合格。模型評估時傳統(tǒng)方法采用反求軟件自帶的誤差分析功能，將點云數(shù)據(jù)與三維實體模型進行比較，只考慮點云和三維實體模型之間的誤差，忽略了掃描點云的誤差；另外由于鑄造的葉輪各個葉片都不盡相同，而建模時只選用一個葉片的點云數(shù)據(jù)進行建模，然后陣列獲得全部葉片，采用反求軟件自帶的誤差分析功能求得的其它葉片誤差值偏大；本發(fā)明的葉型誤差檢測方法是用任意一個葉片的點云數(shù)據(jù)建立的三維葉型模型，模型評估時測量樣品的對應(yīng)葉片，所得葉型誤 差真實合理；當樣品與三維實體模型坐標系一致時，使用三坐標測量機的“模型對比測量功能”，可以準確地定位各個葉片，直接獲得樣品與三維實體模型之間的誤差。三坐標測量機的“模型對比測量功能”通常用來檢測零件加工質(zhì)量，具體做法是按零件的設(shè)計圖紙建立零件名義尺寸的三維實體模型，按設(shè)計圖紙加工零件；零件加工好后，用三坐標測量機的“模型對比測量功能”測零件三維實體模型和零件的對應(yīng)尺寸，以獲得加工后的零件的尺寸偏差，這種做法是以零件的三維實體模型為基準，考核加工零件的尺寸精度。而本發(fā)明的方法是將三坐標測量機的“模型對比測量功能”用于檢測葉輪零件的反求模型精度，是以樣品為基準，考核三維實體模型的精度，克服了傳統(tǒng)的思維模式，以逆向的方法來運用三坐標測量機的“模型對比測量功能”，該方法是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所想不到的，解決了葉型誤差檢測難度大，精度低的技術(shù)問題，大大提高了尺寸誤差的數(shù)據(jù)可靠性，取得了良好的技術(shù)效果。所述步驟(E)中，強度參數(shù)與樣品的數(shù)據(jù)比較方法具體如下
(E4)三維實體模型導(dǎo)入有限元計算軟件中計算葉輪零件的強度，獲得葉輪零件最大危險點的應(yīng)力值σ；
(Ε5)計算零件的安全系數(shù)η，安全系數(shù)η =葉輪零件材料的屈服極限或強度極限CJ|
+葉輪零件上最大危險點的應(yīng)力值σ* ；
(Ε6)判斷安全系數(shù)η是否合格，如果η <1. 2，則復(fù)查和修正葉輪零件最大危險點應(yīng)力所在區(qū)域的點云數(shù)據(jù)和/或三維實體模型，重復(fù)步驟(Ε4) (E6);如果η彡1. 2，該三維實體模型合格。根據(jù)強度計算結(jié)果，即使不能實際測量，也能在一定程度上保證反求葉片根部的質(zhì)量，保證反求的葉輪零件有足夠的強度，不會在工作過程中出現(xiàn)破裂故障?，F(xiàn)代微小型葉輪的葉片通常設(shè)計得較復(fù)雜，復(fù)合造型葉型，三坐標測量機的測針很難觸到，葉片根部幾乎無法檢測，葉輪在工作過程中主要承受離心力和氣體力，最大應(yīng)力點(即危險點)通常位于葉片根部，逆向工程所得的葉片根部如果比樣品的根部薄，強度可能不足，易導(dǎo)致根據(jù)該三維實體模型加工的葉輪零件在工作過程中斷裂，因此需將三維實體模型導(dǎo)入有限元軟件中進行強度計算，如果安全系數(shù)η >1. 2，則能保證按逆向工程所得的葉輪有足夠的強度，如果安全系數(shù)η <1. 2，則需修正葉輪的點云數(shù)據(jù)和三維實體模型，再進行強度計算，如此反復(fù)，直至安全系數(shù)η >1. 2，只有強度足夠，才能保證根據(jù)該三維實體模型加工的葉輪零件工作安全可靠，在正常工況下不發(fā)生斷裂故障。傳統(tǒng)的葉輪逆向過程中是不進行強度計算的，直接按逆向所得葉輪三維實體模型進行加工制造，有時會出現(xiàn)葉片在工作過程中斷裂的故障，出現(xiàn)此種情況時，通常的做法是從材料本身考慮問題，通常選擇性能更好的材料來解決問題，而沒有仔細地分析出其中的原因，造成了時間和資金的浪費，而本發(fā)明的方法中，利用強度計算的步驟就完全解決了斷裂的問題，大大降低了制造成本，而且產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。所述步驟(E)中，質(zhì)量參數(shù)與樣品的數(shù)據(jù)比較方法具體如下
(Ε7)給各個三維實體模型賦予密度P i，源自同一個樣品的多個三維實體模型賦予同一個密度P i ;
(E8)計算出各個三維實體模型的質(zhì)量Hii (mKm2im3......1niji為自然數(shù))；
(E9)選取步驟(ES)中三維實體模型的質(zhì)量Hii與平均質(zhì)量ma之差最小的3飛個三維實體模型； (ElO)從步驟(E9)選取的三維實體模型中選取葉型誤差最小的三維實體模型作為最終的模型。傳統(tǒng)的方法中，根本不考慮質(zhì)量參數(shù)，而本發(fā)明中，引入了質(zhì)量參數(shù)作為優(yōu)選三維實體模型的依據(jù)，使得選擇的三維實體模型的精度更高。通常零件質(zhì)量參數(shù)是個隨機變量X，符合正態(tài)分布X、(？ ，O 2)， 為數(shù)學期望(總體平均數(shù))，當零件材料密度為某一定值時，理論上為零件按名義尺寸(無尺寸加工誤差)加工的零件的質(zhì)量。質(zhì)量參數(shù)X的概率密度f(X)是以？？值為中心，對稱分布的鐘形曲線，零件尺寸加工誤差越小，零件的質(zhì)量越接近？？。葉輪零件的質(zhì)量誤差主要來源于葉片葉型誤差，因為葉輪多為鑄造，各個葉片都會不同，有的葉片較樣品原設(shè)計的理論葉片厚，有的薄，對葉輪零件的質(zhì)量誤差影響較大，而非葉型尺寸的誤差多為機械加工誤差，如中心孔的內(nèi)徑、葉輪軸向長度等尺寸精度較高，加工誤差較小，對葉輪零件的質(zhì)量誤差影響較小，通過以上分析可知三維實體模型質(zhì)量與樣品平均質(zhì)量差值越小，其葉片與樣品原設(shè)計越接近，采用樣本平均數(shù)估計總體平均數(shù)總會有一些誤差，采用區(qū)間估計，可以增進可信度，因此根據(jù)質(zhì)量參數(shù)選出3飛個三維實體模型，再根據(jù)葉型誤差來進一步確定最終三維實體模型。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果
I本發(fā)明一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，導(dǎo)出二維圖紙后，用于指導(dǎo)生產(chǎn)過程，本方法在不破壞樣品的情況下，就能獲得最接近樣品的三維實體模型。雖然逆向的過程耗費較多的人力和時間，但該方法能保證一次成功，不會出現(xiàn)根據(jù)逆向所得工程圖紙試制的零件不滿足功能要求或強度不足的現(xiàn)象，大幅節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)的成本和時間；
2本發(fā)明一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計學中關(guān)于總體參數(shù)估計的相關(guān)知識知，盡管在一次抽樣中得到的估計值不一定恰好等于待估參數(shù)的真值，但在大量重復(fù)抽樣時，所得到的估計值平均起來與待估參數(shù)的真值相同，換句話說，樣本容量很大的時候，估計量的均值(數(shù)學期望)等于未知參數(shù)的真值，因此可采用樣本平均數(shù)代替對總體平均數(shù)(數(shù)學期望)進行的估計，可以簡化計算；葉輪零件的逆向過程近似是一個由“樣本數(shù)據(jù)估計總體參數(shù)的過程”，選取多個葉件進行三維光學掃描，獲取點云數(shù)據(jù)，每個樣品選取三個葉片進行三維實體建模，目的是為了獲取較多的樣本數(shù)量，使得葉輪零件各個尺寸和質(zhì)量的樣本平均數(shù)能更接近總體平均數(shù)，即更接近葉輪樣品的原設(shè)計值；
3本發(fā)明一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，將強度計算提前到葉輪逆向過程中，不僅能有效控制反求葉輪的葉根誤差，而且能保證根據(jù)該三維實體模型加工的葉輪零件強度足夠，避免葉輪零件在正常工況下發(fā)生破裂故障；
4本發(fā)明一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，葉片葉型的逆向是葉輪逆向工程中最大的難點，根據(jù)質(zhì)量參數(shù)可以從若干個三維實體模型中選出最接近葉輪樣品原設(shè)計的葉片葉型，能夠保證反求的葉輪與樣品原設(shè)計具有同樣的氣動特性，較好滿足葉輪機械對葉輪的功能需求。因為三維實體模型質(zhì)量與樣品平均質(zhì)量差值越小，其葉片與樣品原設(shè)計越接近，當樣品數(shù)量有限時，采用樣本平均數(shù)估計總體平均數(shù)總會有一些誤差，采用區(qū)間估計，可以增進可信度。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例一
本發(fā)明一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，包括以下步驟
(A)選取外觀完好的樣品三件，分別命名為AkA2、A3，并測量樣品AkA2iA3的材料密度PκP 2, P 3 P I 為 8010kg/m3、P 2 為 8012kg/m3、P 3 為 8007kg/m3,樣品 AkA2nA3 的質(zhì)量為 In1 為O. 151kg、m2 為 O. 146kg、m3 為 O. 146kg,樣品 AkA2nA3 的平均質(zhì)量隊為 O. 150kg ；
(B)建立樣品的坐標系坐標系原點為渦輪進氣端端面與中心孔的交點O;由于渦輪進氣端端面上沒有動平衡去重孔，加工了一個直徑3_，深3_的孔，孔的中心O’與坐標原點O的連線定義為Z軸，中心孔的軸線為X軸，由坐標系右手定則確定了 Y軸，具體方法如下以葉輪進氣端端面即葉輪小端端面與中心孔的交點為樣品坐標系原點O ;中心孔的軸線為X軸；若樣品進氣端端面存在動平衡去重形成的圓孔，其直徑>2mm，深度>3mm，則以此孔的中心O’與坐標原點O的連線定義為Z軸；若無去重孔，則可在小端端面上隨機加工一個圓孔，其直徑>2mm，深度>3mm，該孔的中心O’與坐標原點O的連線定義為Z軸；根據(jù)右手直角坐標系規(guī)則，確定Y軸；
(C)用德國ATOS公司的光學掃描儀掃描三個樣品，獲得點云數(shù)據(jù)PliP2、P3，將點云數(shù)據(jù)進行處理后導(dǎo)入三維建模軟件Pro/E中進行建模，模型坐標系與樣品坐標系相同，由點云數(shù)據(jù)P1中選取三個葉片分別進行建模，所得三維實體模型分別是Sn、S12、S13 ;由點云數(shù)據(jù)P2中選取三個葉片分別進行建模，所得三維實體模型分別是s21、s22、s23;由點云數(shù)據(jù)P3中選取三個葉片分別進行建模，所得三維實體模型分別是S31、s32、s33 ；
(D)在三坐標測量機上建立坐標系,該坐標系與樣品坐標系相同；
(El)將三維實體模型導(dǎo)入三坐標測量機的坐標系中，采用三坐標測量儀測量葉型誤差，將三維實體模型S11導(dǎo)入三坐標測量儀的軟件中打開，然后將樣品A1放在測量臺上，設(shè)置三坐標測量儀的測量坐標系與樣品A1坐標系一致，找到樣品A1上用來建立三維實體模型S11的那個葉片，從葉根開始，每隔3mm測量一個葉型截面的葉型誤差，共測了五個截面的誤差，最大誤差為O. 10mm，記錄下誤差最大的位置，用于指導(dǎo)三維實體模型的修正；保持樣品A1放在測量臺上不動，將三維實體模型S12導(dǎo)入三坐標測量儀的軟件中打開，找到樣品A1上用來建立三維實體模型S12的那個葉片，從葉根開始，每隔3mm測量一個葉型截面的葉型誤差，共測了五個截面的誤差，最大誤差為O. 07mm,可以不修正，其余的三維實體模型葉型誤差測量依次類推，具體比對測量過程如下
將建好的三維實體模型導(dǎo)入到三坐標測量機自帶的軟件里打開，進入“模型對比測量功能”模塊，將樣品放在測量臺上，設(shè)置測量坐標系與三維實體模型一致，在樣品上找到一個葉片，該葉片的點云數(shù)據(jù)用來建立三維實體模型的葉片，將三坐標測量機的測針對準該葉片，直接在葉片上某一截面測量點，則在軟件里可以直接給出樣品上的點與三維實體模型對應(yīng)點的誤差，測得葉片若干截面的若干點的誤差后，得出葉型誤差，例如，測葉片五個截面的100個點，其中最大誤差為O. 06，則葉型誤差不大于0.6 ;
(E2)測量葉輪上的非葉型誤差；非葉型誤差的測量，如中心孔直徑誤差，采用三點內(nèi)徑千分尺測量，其精度為0.001mm，樣品A1的中心孔直徑為Φ 9. 012_，而S11模型的中心孔直徑為Φ8. 970mm，誤差為O. 042mm，修正S11模型的中心孔直徑為Φ9. 012mm ;測得S12模型的中心孔直徑為Φ 9. 005mm,誤差為O. 007mm,小于O. 02mm,可不修正，其它尺寸和模型依次類推；
(E3)當葉型誤差彡O. 08mm和/或`非葉型誤差彡O. 02mm時，修正點云數(shù)據(jù)和/或三維實體模型，重復(fù)步驟(El) (E3);當葉型誤差< O. 08mm，且非葉型誤差< O. 02mm時，該三維實體模型合格；最終獲得的三維實體模型Sn、S12……S33的葉型誤差分別小于O. 05,0. 07、O. 06、0· 08、0· 07、0· 08、0· 06、0· 05、0· 08。(E4)三維實體模型導(dǎo)入有限元計算軟件中計算葉輪零件的強度，獲得葉輪零件最大危險點的應(yīng)力值σ;將各三維實體模型導(dǎo)入有限元軟件中進行強度計算，獲得各模型的安全系數(shù)；
(Ε5)計算零件的安全系數(shù)η，安全系數(shù)η =葉輪零件材料的屈服極限或強度極限+葉輪零件上最大危險點的應(yīng)力值CT ;其中只有S31模型的安全系數(shù)小于1. 2，最大危險點應(yīng)力位于葉片進氣端根部，。(Ε6)判斷安全系數(shù)η是否合格，如果η <1. 2，則復(fù)查和修正葉輪零件最大危險點應(yīng)力所在區(qū)域的點云數(shù)據(jù)和/或三維實體模型，重復(fù)步驟(Ε4) (E6);如果η >1.2，該三維實體模型合格，對S31模型的危險點區(qū)域進行修正，重新進行強度計算，安全系數(shù)達到1. 25，由于修正區(qū)域較小，且在葉片根部，不會影響葉型誤差；最終三維實體模型Sn、S12……S33的安全系數(shù)分別為1. 32,1. 34,1. 30,1. 29,1. 32,1. 28,1. 24,1. 30,1. 31 ；
(Ε7)給各個三維實體模型賦予密度P i，源自同一個樣品的多個三維實體模型賦予同一個密度P i ;給三維實體模型sn、S121 S13賦予密度8010kg/m3，；給三維實體模型S21、S22i S23賦予密度8012kg/m3 ;給三維實體模型S31、S32、S33，賦予密度8007kg/m3 ；
(E8)計算出各個三維實體模型的質(zhì)量計算質(zhì)量分別是O. 149kg、0. 144kg0. 153kg，O. 147kg O. 151kg、0. 154kg, 0. 148kg、0. 154kg 0. 153kg ；
(E9)選取步驟(ES)中三維實體模型的質(zhì)量Hii與平均質(zhì)量ma之差最小的3飛個三維實體模型；與樣品平均質(zhì)量O. 150kg/m3接近的三維實體模型有Sn (質(zhì)量為O. 149 kg)、S22(質(zhì)量為O. 151 kg)、S31 (質(zhì)量為O. 148 kg)，在這三個模型里S11的葉型誤差、強度好于其它兩個模型，因此確定S11為最終的三維實體模型；
(ElO)從步驟(E9)選取的三維實體模型中選取葉型誤差最小的三維實體模型作為最終的模型；
(F)導(dǎo)出步驟(E)選定的三維實體模型，導(dǎo)出二維圖紙，符合葉型誤差< O. 08mm，且非葉型誤差< O. 02mm的要求。實施例二
(A)選取外觀完好的樣品三件，分別命名為AkA2、A3、A4，并測量樣品AkA2、A3、A4的材料密度 P1、P 2、P 3、P 4，P I 為 2684kg/m3、P 2 為 2678kg/m3、P 3 為 2676kg/m3、P 4 為 2682kg/m3,樣品 A1 A2nA3nA4 的質(zhì)量為 In1 為 O. 267kg m2 為 O. 260kg、m3 為 O. 262kg、m4 為 O. 258kg,樣品 A1 A2nA3iA4的平均質(zhì)量ma為O. 262kg/m3 ；
(B)建立樣品的坐標系坐標系原點為渦輪進氣端端面與中心孔的交點O;由于渦輪進氣端端面上沒有動平衡去重孔，加工了一個直徑3_，深3_的孔，孔的中心O’與坐標原點O的連線定義為Z軸，中心孔的軸線為X軸，由坐標系右手定則確定了 Y軸，具體方法如下以葉輪進氣端端面即葉輪小端端面與中心孔的交點為樣品坐標系原點O ;中心孔的軸線為X軸；若樣品進氣端端面存在動平衡去重形成的圓孔，其直徑>2mm，深度>3mm，則以此孔的中心O’與坐標原點O的連線定義為Z軸；若無去重孔，則可在小端端面上隨機加工一個圓孔，其直徑>2mm，深度>3mm，該孔的中心O’與坐標原點O的連線定義為Z軸；根據(jù)右手直角坐標系規(guī)則，確定Y軸；
(C)用德國ATOS公司的光學掃描儀掃描三個樣品，獲得點云數(shù)據(jù)PKP2、P3、P4，將點云數(shù)據(jù)進行處理后導(dǎo)入三維建模軟件Pro/E中進行建模，模型坐標系與樣品坐標系相同，由點云數(shù)據(jù)P1中選取三個葉片分別進行建模，所得三維實體模型分別是Sn、S12、S13 ;由點云數(shù)據(jù)P2中選取三個葉片分別進行建模，所得三維實體模型分別是S21、S22、S23 ;由點云數(shù)據(jù)P3中選取三個葉片分別進行建模，所得三維實體模型分別是S31、S32i S33,由點云數(shù)據(jù)P4中選取三個葉片分別進行建模，所得三維實體模型分別是S41、S42、S43 ；
(D)在三坐標測量機上建立坐標系,該坐標系與樣品坐標系相同；
(El)將三維實體模型導(dǎo)入三坐標測量機的坐標系中，采用三坐標測量儀測量葉型誤差，將三維實體模型S11導(dǎo)入三坐標測量儀的軟件中打開，然后將樣品A1放在測量臺上，設(shè)置三坐標測量儀的測量坐標系與樣品A1坐標系一致，找到樣品A1上用來建立三維實體模型S11的那個葉片，從葉根開始，每隔3mm測量一個葉型截面的葉型誤差，共測了五個截面的誤差，最大誤差為O. 10mm，記錄下誤差最大的位置，用于指導(dǎo)三維實體模型的修正；保持樣品A1放在測量臺上不動，將三維實體模型S12導(dǎo)入三坐標測量儀的軟件中打開，找到樣品A1上用來建立三維實體模型S12的那個葉片，從葉根開始，每隔3mm測量一個葉型截面的葉型誤差，共測了五個截面的誤差，最大誤差為O. 08mm，可以不修正，其余的三維實體模型葉型誤差測量依次類推，具體比對測量過程如下
將建好的三維實體模型導(dǎo)入到三坐標測量機自帶的軟件里打開，進入“模型對比測量功能”模塊，將樣品放在測量臺上，設(shè)置測量坐標系與三維實體模型一致，在樣品上找到一個葉片，該葉片的點云數(shù)據(jù)用來建立三維實體模型的葉片，將三坐標測量機的測針對準該葉片，直接在葉片上某一截面測量點，則在軟件里可以直接給出樣品上的點與三維實體模型對應(yīng)點的誤差，測得葉片若干截面的若干點的誤差后，得出葉型誤差，例如，測葉片五個截面的100個點，其中最大誤差為O. 06，則葉型誤差不大于0.6 ;
(E2)測量葉輪上的非葉型誤差；中心孔直徑誤差，采用三點內(nèi)徑千分尺測量，其精度為O. 001mm，樣品A1的中心孔直徑為Φ 7. 973mm，而S11模型的中心孔直徑為Φ 7. 933mm，誤差為O. 04mm,修正S11模型的中心孔直徑為Φ 7. 973mm ;測得S12模型的中心孔直徑為Φ 7. 962mm,誤差為O. 011mm，小于O. 02mm，可不修正，其它尺寸和模型依次類推；
(E3)當葉型誤差彡O. 08mm和/或非葉型誤差彡O. 02mm時，修正點云數(shù)據(jù)和/或三維實體模型，重復(fù)步驟(El) (E3);當葉型誤差< O. 08mm，且非葉型誤差< O. 02mm時，該三維實體模型合格；最終獲得的三維實體模型Sn、S12……S33的葉型誤差分別小于O. 08,0. 06、O. 05、0· 08、0· 07、0· 05、0· 08、0· 07、0· 06、0· 05、0· 08、0· 07 ；
(E4)三維實體模型導(dǎo)入有限元計算軟件中計算葉輪零件的強度，獲得葉輪零件最大危險點的應(yīng)力值σ;將各三維實體模型導(dǎo)入有限元軟件中進行強度計算，獲得各模型的安全系數(shù)；
(Ε5)計算零件的安全系數(shù)η，安全系數(shù)η =葉輪零件材料的屈服極限^或強度極限+葉輪零件上最大危險點 的應(yīng)力值O";其中只有S31模型的安全系數(shù)小于1. 2，最大危險點應(yīng)力位于葉片進氣端根部，。(E6)判斷安全系數(shù)η是否合格，如果η <1. 2，則復(fù)查和修正葉輪零件最大危險點應(yīng)力所在區(qū)域的點云數(shù)據(jù)和/或三維實體模型，重復(fù)步驟(Ε4) (E6);如果η >1.2，該三維實體模型合格，對S31模型的危險點區(qū)域進行修正，重新進行強度計算，安全系數(shù)達到1. 25，由于修正區(qū)域較小，且在葉片根部，不會影響葉型誤差；最終三維實體模型Sn、S12……S44的安全系數(shù)分別為1. 22,1. 24,1. 30,1. 21,1. 24,1. 26,1. 20,1. 25,1. 21,1. 22,1. 20,1. 24 ；(Ε7)給各個三維實體模型賦予密度P i，源自同一個樣品的多個三維實體模型賦予同一個密度P i ;給三維實體模型Sn、S12i S13賦予密度2684kg/m3 ;給三維實體模型S21、S22i S23賦予密度2678kg/m3 ;給三維實體模型S31、S32i S33,賦予密度2676kg/m3 ;S41、S42i S43,賦予密度2682kg/m3；
(E8)計算出各個三維實體模型的質(zhì)量計算質(zhì)量分別是O. 266kg、0. 257kg0. 261kg、O. 266kg O. 257kg、0. 261kg,0. 259g、0. 260kg 0. 264kg,0. 262kg、0. 266kg、0. 265kg ；
(E9)選取步驟(ES)中三維實體模型的質(zhì)量Hii與平均質(zhì)量ma之差最小的3飛個三維實體模型；與樣品平均質(zhì)量O. 262kg接近的三維實體模型有S13 (質(zhì)量為O. 263 kg),S23 (質(zhì)量為O. 151 kg)、S41 (質(zhì)量為O. 262 kg)，在這三個模型里S13的葉型誤差、強度好于其它兩個模型，因此確定S13為最終的三維實體模型；
(ElO)從步驟(E9)選取的三維實體模型中選取葉型誤差最小的三維實體模型作為最終的模型； (F)導(dǎo)出步驟(E)選定的三維實體模型，導(dǎo)出二維圖紙，符合葉型誤差< O. 08mm，且非葉型誤差< O. 02mm的要求，根據(jù)S13三維實體模型和試制圖紙加工出來的離心葉輪零件，經(jīng)裝機試驗考核，完全滿足功能要求、強度足夠。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)上對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，其特征在于，包括以下步驟 (A)選取樣品Ai(AkA2iA3......Au為自然數(shù))，并測量樣品Ai的材料密度Pi ( P κ P 2、P 3...... P i,i為自然數(shù))，測量樣品的質(zhì)量IHi Cm1 m2 m3......1niji為自然數(shù))、以及平均質(zhì)量ma ； (B)建立樣品的坐標系通過在樣品上鉆孔的方式確定樣品坐標系； (C)將樣品掃描成點云數(shù)據(jù)Pi(P1、P2、P3……Pi, i為自然數(shù))并輸入到建模軟件建模，每個樣品各取三個葉片分別建立三維實體模型，每個模型分別為Sn、Si2、Si3 ;每個模型的坐標系與樣品的坐標系相同； (D)在三坐標測量機上建立坐標系,該坐標系與樣品坐標系相同； (E)在樣品坐標系、建立三維實體模型、三坐標測量機的坐標系建立好以后，依次將三維實體模型的尺寸誤差、強度和質(zhì)量三種參數(shù)與樣品的三個數(shù)據(jù)比較，將與樣品最接近的三維實體模型作為最終的模型； (F)導(dǎo)出步驟(E)選定的三維實體模型，導(dǎo)出二維圖紙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，其特征在于所述步驟(E)中，三維實體模型的尺寸誤差與樣品的數(shù)據(jù)比較方法具體如下 (El)將三維實體模型導(dǎo)入三坐標測量機的坐標系中，測量出葉型誤差；(E2)測量葉輪上的非葉型誤差； (E3)當葉型誤差≤O. 08mm和/或非葉型誤差≤O. 02mm時，修正點云數(shù)據(jù)和/或三維實體模型，重復(fù)步驟(El) (E3);當葉型誤差< O. 08mm，且非葉型誤差< O. 02mm時，該三維實體模型合格。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，其特征在于所述步驟(E)中，強度參數(shù)與樣品的數(shù)據(jù)比較方法具體如下 (E4)三維實體模型導(dǎo)入有限元計算軟件中計算葉輪零件的強度，獲得葉輪零件最大危險點的應(yīng)力值O"； (E5)計算零件的安全系數(shù)n，安全系數(shù)η =葉輪零件材料的屈服極限U5或強度極限￡Γ|+葉輪零件上最大危險點的應(yīng)力值Cr; (Ε6)判斷安全系數(shù)η是否合格，如果η <1. 2，則復(fù)查和修正葉輪零件最大危險點應(yīng)力所在區(qū)域的點云數(shù)據(jù)和/或三維實體模型，重復(fù)步驟(Ε4) (E6);如果η≤1. 2，該三維實體模型合格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，其特征在于所述步驟(E)中，三維實體模型的質(zhì)量參數(shù)與樣品的數(shù)據(jù)比較方法具體如下 (Ε7)給各個三維實體模型賦予密度Pi,源自同一個樣品的多個三維實體模型賦予同一個密度P ; (Ε8)計算出各個三維實體模型的質(zhì)量Iiii (mKm2im3......1niji為自然數(shù))； (E9)選取步驟(ES)中三維實體模型的質(zhì)量Hii與平均質(zhì)量ma之差最小的3飛個三維實體模型； (ElO)從步驟(E9)選取的三維實體模型中選取葉型誤差最小的三維實體模型作為最終的模型。
全文摘要
本發(fā)明一種提高葉輪零件逆向工程精度的方法，包括(A)選取樣品、(B)建立樣品的坐標系、(C)將樣品掃描成點云數(shù)據(jù)Pi、(D)在三坐標測量機上建立坐標系；(E)依次將三維實體模型的尺寸誤差、強度和質(zhì)量三種參數(shù)與樣品的三個數(shù)據(jù)比較，將與樣品最接近的三維實體模型作為最終的模型；(F)導(dǎo)出步驟(E)選定的三維實體模型，導(dǎo)出二維圖紙。本發(fā)明在不破壞樣品的情況下就能獲得較高精度的葉輪類零件結(jié)構(gòu)和尺寸獲得葉輪類零件的二維設(shè)計圖紙，用于產(chǎn)品加工制造，葉型誤差可控制在0.08mm以下，其它尺寸誤差控制在0.02mm以下，通過本方法制造出來的葉輪保真度高，能夠滿足使用要求。
文檔編號G06F17/50GK103049596SQ20121045781
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者劉穎, 石凌玲, 勾建 申請人:四川達宇特種車輛制造廠