一種復(fù)雜曲面零件破損區(qū)域的幾何修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明一種復(fù)雜曲面零件破損區(qū)域的幾何修復(fù)方法，屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，涉及對(duì)零件損傷的復(fù)雜幾何曲面修復(fù)方法。幾何修復(fù)方法首先通過建立復(fù)雜曲面破損零件的實(shí)測(cè)截面數(shù)據(jù)與其名義幾何模板曲線之間的關(guān)系，然后利用交替迭代精配準(zhǔn)和自由變形的優(yōu)化方法，即輪換變量法計(jì)算實(shí)際測(cè)量點(diǎn)到模板曲線的最近點(diǎn)和平移、旋轉(zhuǎn)、變形變換矩陣的求解，逐步減小模板曲線和破損零件實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的幾何偏差，使設(shè)計(jì)模板曲線與測(cè)量點(diǎn)最大限度地貼合，從而重建缺損的截面輪廓曲線，最后對(duì)截面輪廓進(jìn)行蒙皮操作生成復(fù)雜零件的曲面，有效恢復(fù)了破損區(qū)域幾何形狀。幾何修復(fù)方法解決了復(fù)雜曲面破損零件三維測(cè)量數(shù)據(jù)與原CAD模型偏差大的問題，保證幾何修復(fù)的精確性和實(shí)用性。
【專利說明】一種復(fù)雜曲面零件破損區(qū)域的幾何修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，涉及對(duì)零件損傷的復(fù)雜幾何曲面修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片等復(fù)雜曲面零件由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在聞溫、聞熱、聞速等惡劣環(huán)境下，容易廣生裂紋、腐蝕、斷裂等損傷，并且產(chǎn)生不同程度的變形，導(dǎo)致破損復(fù)雜零件的實(shí)際幾何形狀與其名義幾何模型存在較大偏差，其名義幾何模型不再適用于設(shè)計(jì)、加工等步驟。因此，為了精密修復(fù)復(fù)雜曲面破損零件，有必要先恢復(fù)損傷零件的實(shí)際幾何形狀，也就是對(duì)破損區(qū)域進(jìn)行幾何修復(fù)。復(fù)雜曲面破損零件的幾何修復(fù)是精密修復(fù)加工的關(guān)鍵技術(shù)，在激光熔覆、磨削加工階段以破損區(qū)域的幾何模型生成精確的加工路徑，可以達(dá)到精密修復(fù)的目的，還避免了用傳統(tǒng)修復(fù)加工方法手工完成堆焊和磨削、拋光等步驟，但由于復(fù)雜零件的破損形狀復(fù)雜，現(xiàn)有的幾何修復(fù)方法精度和效率都有待提高。
[0003]有關(guān)復(fù)雜曲面零件破損區(qū)域的幾何修復(fù)方法的專利有發(fā)明人為X.Q等的美國(guó)專利名稱為Method of determining shape data,專利號(hào)為US7433799B2.該專利提出了通過引用中弧線的概念，對(duì)葉尖磨損的葉片進(jìn)行形狀數(shù)據(jù)恢復(fù)的方法。具體過程是選取未使用過的葉片截面輪廓為參考模型，通過確立參考模型中弧線與磨損葉片完整區(qū)域截面輪廓中弧線之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，推算出葉尖磨損區(qū)域數(shù)據(jù)。該方法是假定參考模型與磨損葉片高度方向上扭曲度相同情況下提出，因此應(yīng)用范圍有局限性。J.M在論文“Worn area modelingfor automating the repair of turbine blades”中，通過損傷葉片數(shù)字化后得到的點(diǎn)云和名義幾何模型獲取了破損區(qū)域幾何形狀。具體過程是首先利用破損葉片的三維測(cè)量數(shù)據(jù)與名義幾何模型進(jìn)行匹配，其次以提取后的破損區(qū)域邊界對(duì)名義幾何模型進(jìn)行裁剪，得出表達(dá)形式為三角網(wǎng)格的破損區(qū)域幾何形狀。采用該方法提高了修復(fù)效率，但只適用于破損復(fù)雜零件未發(fā)生變形的情況。Yilmaz, O在論文“Repair and Overhaul Methodology forAeroengine Components”中，提出了利用逆向工程軟件的曲面延拓、修補(bǔ)孔洞等功能對(duì)表面缺陷有裂紋、凹坑等的破損復(fù)雜零件進(jìn)行模型重構(gòu)的方法，該方法恢復(fù)了損傷零件的幾何模型，但是由于有過多的手工操作，這種幾何修復(fù)方法并不能有效地滿足修復(fù)質(zhì)量和精度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是發(fā)明一種復(fù)雜曲面零件破損區(qū)域的幾何修復(fù)方法。這種方法通過模板曲線逐漸貼合缺損截面數(shù)據(jù)重建了破損區(qū)域的二維輪廓，再由截面曲線生成曲面，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，避免了現(xiàn)有方法中繁瑣的操作過程和過多的人工干預(yù)，且不滿足修復(fù)質(zhì)量和精度要求的問題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種復(fù)雜曲面零件破損區(qū)域的幾何修復(fù)方法，通過建立復(fù)雜曲面破損零件的實(shí)測(cè)截面數(shù)據(jù)與其名義幾何模板曲線之間的關(guān)系，然后利用交替迭代精配準(zhǔn)和自由變形的優(yōu)化方法，即輪換變量法計(jì)算實(shí)際測(cè)量點(diǎn)到模板曲線的最近點(diǎn)和平移、旋轉(zhuǎn)、變形變換矩陣的求解，逐步減小模板曲線和破損零件實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的幾何偏差，然后對(duì)截面輪廓進(jìn)行蒙皮等操作恢復(fù)破損區(qū)域的實(shí)際幾何形狀。具體步驟如下:
[0006]第一步，對(duì)缺損截面輪廓的重建:
[0007](I)利用光學(xué)掃描儀或三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等測(cè)量設(shè)備測(cè)量出復(fù)雜曲面破損零件的截面數(shù)據(jù) P = {Pj}, (O ≤ j ≤ m)；
[0008](2)通過對(duì)破損零件的名義幾何模型切層得出設(shè)計(jì)模板曲線Ct ;模板曲線Ct為NURBS曲線，即:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜曲面零件破損區(qū)域的幾何修復(fù)方法，其特征是，幾何修復(fù)方法，首先通過建立復(fù)雜曲面破損零件的實(shí)測(cè)截面數(shù)據(jù)與其名義幾何模板曲線之間的關(guān)系，然后利用交替迭代精配準(zhǔn)和自由變形的優(yōu)化方法，即輪換變量法計(jì)算實(shí)際測(cè)量點(diǎn)到模板曲線的最近點(diǎn)和平移、旋轉(zhuǎn)、變形變換矩陣的求解，采取距離約束精確控制模板曲線變形幅值，逐步減小模板曲線和破損零件實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的幾何偏差，使設(shè)計(jì)模板曲線與測(cè)量點(diǎn)最大限度地貼合，從而重建缺損的截面輪廓曲線，最后對(duì)截面輪廓進(jìn)行蒙皮操作生成復(fù)雜零件的曲面，有效恢復(fù)了破損區(qū)域幾何形狀，具體步驟如下: 第一步，對(duì)缺損截面輪廓的重建: (1)利用光學(xué)掃描儀或三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等測(cè)量設(shè)備測(cè)量出復(fù)雜曲面破損零件的截面數(shù)據(jù)P = {Pj}，(O≤ j ≤ m); (2)通過對(duì)破損零件的名義幾何模型切層得出設(shè)計(jì)模板曲線Ct;模板曲線Ct為NURBS曲線，即:
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103488832SQ201310435159
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】孫玉文, 玉榮, 賈振元, 郭東明 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)