利用三坐標測量儀逆向求解三維葉片型面

付甜甜

摘要：分析零件結構，找到測量基準，盡量測出進、出汽邊圓最寬的位置，在型線曲率變化大的位置和進出汽邊圓增加測量點數。通過測量——建模——測量——建模，完成逆向求解型面，建模。本文對逆向求解三維葉片型面的過程、方法進行了分析，希望可以為相關的逆向求解提供一定的參考。

關鍵詞：型面;圓角;弦長;輻射線;徑向角

1 ?找出基準，建立坐標系

大部分動葉結構：由葉根、汽道、葉冠三個部分構成。汽道部分是由不規則的曲面構造而成，它可以分成很多個不同高度的截面曲線。葉根、葉冠是參與配合，由面構成，有一定規則，參與裝配。經過研究分析，葉根加工要求高，裝配要求也高。用葉根做基準，建立坐標系，最準確。葉冠用虎鉗夾住，固定。將坐標建立在（如下圖所示）位于葉根的中心線處。X方向是進、出汽邊中分面，Y方向是內、背徑向角的中分面，Z方向為葉根端面。

2 ?手動測量型面

在型線不同高度劃截面線，在劃線位置手動測量點。手動測量截面需要注意：第一，截面需要具有特征性，盡量靠近根、冠處，每個截面高度控制在25mm內（根據不同的汽道長度決定不同截面數量，如：汽道高度100mm，檢測截面不低于4個截面）。內背弧根據葉片寬度，點距不大于2mm或總點數不少于30。第二，進、出汽邊圓角測量完整。控制好每個截面的弦寬，在型線曲率變化大的位置和進出汽邊圓增加測量點數。第三，根、冠處測量一些特征點，用于輔助參考建模。（圖2）

3 ?數據輸出、CAD封閉樣條曲線、建模

數據輸出：將三坐標測量的所有點坐標，用igs格式輸出。打開UG，將所有的點以截面形式分層。將分層好的截面，用dwg格式輸出。

CAD封閉樣條曲線：用CAD將文件打開，將每層點云用樣條線封閉連接，進、出汽邊圓頭處理，采用將內、背弧最后三點連線，用圓去切兩條直線的方式，再結合弦寬、進汽邊到中心線距離，最終確定圓角直徑和位置。依次類推將所有截面逐一完成，最后用igs文件的形式輸出。

建模：將所有截面從CAD導出，用UG導入，將各截面投影到和手動測量的同一高度， 通過曲線組合，經過點光順和控制點的調節，再將葉根和葉冠補齊，做成一個相似的數模。

4 ?建模好后的模型，對照同片三維葉片進行復測

將建好的模型，對三維葉片的型面進行復測。目的：第一次測量是手動完成，因為建模后的模型和實體存在差異，復測是在有模型的情況下將手動模式改為自動測量，讓數據更加完善、準確，使得每個截面線更加光順、曲率變化更加自然，確保建模的準確性。復測要求：同一基準，同一坐標系下復測。保證每個截面線上的截面點數95-100個點。汽道測量：根據技術要求可以增加葉片檢查截面的數量。注意：增加進、出汽邊圓角的測量點數，做到數據的完整性。

5 ?數據輸出、CAD封閉樣條曲線、建數模

重新將三坐標內所有的點云，以igs格式輸出。UG將所有的點以截面形式分層，將分層好的截面，用dwg格式輸出。

CAD封閉樣條曲線：用CAD將文件分層打開，將點用樣條線封閉連接，進、出汽邊圓頭處理方式：采用將內、背弧最后三點連線，用圓與兩條直線相切的方式，再結合弦寬、進汽邊到中心線距離，最終確定圓角直徑和位置。依次類推將所有截面逐一完成。

最后用UG通過將每個截面以“插入——網格曲面——通過曲面組”來完成整個三維葉片型面的構造（如圖4所示）。從而完成三維葉片的模型，解決三維葉片型面逆向求解。

6 ?結束語

用三坐標測量儀逆向求解不僅僅適用于不規則且單一的零件、三維扭葉片型面、直葉片的型面等等，還對針對性解決一些大修機組中磨損的葉片，能夠提高生產周期，保證產品一致性，在保證質量的同時還能降低一定的成本。

參考文獻：

[1]成思源，楊雪榮.Geomagic Studio 逆向建模技術及應用[M].北京：清華大學出版社，2016.

[2]繆亮.三坐標測量技術[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2017.

[3]諸進才，胡艷娥.“逆向工程與快速成型技術應用”課程教學改革與實踐[J].南方職業教育學刊，2016，6（6）：43-47.