利用三坐标测量仪逆向求解三维叶片型面

付甜甜

摘要：分析零件结构，找到测量基准，尽量测出进、出汽边圆最宽的位置，在型线曲率变化大的位置和进出汽边圆增加测量点数。通过测量——建模——测量——建模，完成逆向求解型面，建模。本文对逆向求解三维叶片型面的过程、方法进行了分析，希望可以为相关的逆向求解提供一定的参考。

关键词：型面;圆角;弦长;辐射线;径向角

1  找出基准，建立坐标系

大部分动叶结构：由叶根、汽道、叶冠三个部分构成。汽道部分是由不规则的曲面构造而成，它可以分成很多个不同高度的截面曲线。叶根、叶冠是参与配合，由面构成，有一定规则，参与装配。经过研究分析，叶根加工要求高，裝配要求也高。用叶根做基准，建立坐标系，最准确。叶冠用虎钳夹住，固定。将坐标建立在（如下图所示）位于叶根的中心线处。X方向是进、出汽边中分面，Y方向是内、背径向角的中分面，Z方向为叶根端面。

2  手动测量型面

在型线不同高度划截面线，在划线位置手动测量点。手动测量截面需要注意：第一，截面需要具有特征性，尽量靠近根、冠处，每个截面高度控制在25mm内（根据不同的汽道长度决定不同截面数量，如：汽道高度100mm，检测截面不低于4个截面）。内背弧根据叶片宽度，点距不大于2mm或总点数不少于30。第二，进、出汽边圆角测量完整。控制好每个截面的弦宽，在型线曲率变化大的位置和进出汽边圆增加测量点数。第三，根、冠处测量一些特征点，用于辅助参考建模。（图2）

3  数据输出、CAD封闭样条曲线、建模

数据输出：将三坐标测量的所有点坐标，用igs格式输出。打开UG，将所有的点以截面形式分层。将分层好的截面，用dwg格式输出。

CAD封闭样条曲线：用CAD将文件打开，将每层点云用样条线封闭连接，进、出汽边圆头处理，采用将内、背弧最后三点连线，用圆去切两条直线的方式，再结合弦宽、进汽边到中心线距离，最终确定圆角直径和位置。依次类推将所有截面逐一完成，最后用igs文件的形式输出。

建模：将所有截面从CAD导出，用UG导入，将各截面投影到和手动测量的同一高度， 通过曲线组合，经过点光顺和控制点的调节，再将叶根和叶冠补齐，做成一个相似的数模。

4  建模好后的模型，对照同片三维叶片进行复测

将建好的模型，对三维叶片的型面进行复测。目的：第一次测量是手动完成，因为建模后的模型和实体存在差异，复测是在有模型的情况下将手动模式改为自动测量，让数据更加完善、准确，使得每个截面线更加光顺、曲率变化更加自然，确保建模的准确性。复测要求：同一基准，同一坐标系下复测。保证每个截面线上的截面点数95-100个点。汽道测量：根据技术要求可以增加叶片检查截面的数量。注意：增加进、出汽边圆角的测量点数，做到数据的完整性。

5  数据输出、CAD封闭样条曲线、建数模

重新将三坐标内所有的点云，以igs格式输出。UG将所有的点以截面形式分层，将分层好的截面，用dwg格式输出。

CAD封闭样条曲线：用CAD将文件分层打开，将点用样条线封闭连接，进、出汽边圆头处理方式：采用将内、背弧最后三点连线，用圆与两条直线相切的方式，再结合弦宽、进汽边到中心线距离，最终确定圆角直径和位置。依次类推将所有截面逐一完成。

最后用UG通过将每个截面以“插入——网格曲面——通过曲面组”来完成整个三维叶片型面的构造（如图4所示）。从而完成三维叶片的模型，解决三维叶片型面逆向求解。

6  结束语

用三坐标测量仪逆向求解不仅仅适用于不规则且单一的零件、三维扭叶片型面、直叶片的型面等等，还对针对性解决一些大修机组中磨损的叶片，能够提高生产周期，保证产品一致性，在保证质量的同时还能降低一定的成本。

参考文献：

[1]成思源，杨雪荣.Geomagic Studio 逆向建模技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2016.

[2]缪亮.三坐标测量技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2017.

[3]诸进才，胡艳娥.“逆向工程与快速成型技术应用”课程教学改革与实践[J].南方职业教育学刊，2016，6（6）：43-47.