基于UG的叶片建模与检测技术的研究

论文摘要

汽轮机叶片结构复杂,三维几何造型困难。在用三坐标测量机（CMM,Coordinate Measuring Machine）对叶片型面进行检测时,需要手工进行数据采集、布点、测量路径规划等工作,导致叶片在CMM上的检测工作效率低、周期长。这种现状已经成为制约叶片的CMM检测技术发展的瓶颈问题。本文针对上述问题,在仔细分析叶片在CMM检测过程的基础上,对叶片三维建模、叶片待检测点分布和路径规划三项关键步骤进行了较为深入的研究。具体内容如下:结合叶片的几何结构特征,利用参数化造型思想,将叶片分为叶身、叶冠和叶根三个特征,分别对其进行建模。对于叶身部分,采用二次插值算法计算出其底平面和顶平面;对于叶根和叶冠部分,采用B-rep表示方法建立叶根和叶冠所有特征的约束关系。通过该方法设计出叶片建模系统,可以缩短叶片的设计开发周期,提高产品的设计质量。在分析叶片型面的曲率变化特点的基础上,给出了一种基于叶片轴向特征曲线的检测截面分布方法。该方法利用叶身出汽圆弧处曲率变化率最大的特点,构造出能代表叶身轴向型面变化的特征曲线。通过与典型的沿轴向均匀分布待检测截面的方法相比较,证明了本文提出的方法能较大幅度地降低叶片检测模型与理论模型的偏差,从而提高了CMM的检测精度。基于触发式CMM测头的工作特点,采用沿待检测点法矢方向的方法分布定位点和快速定位点,规划出叶片型线检测的相对较优路径。最后基于VC++语言在UG/Open API二次开发环境下开发了叶片CMM型面检测软件。采用一个叶片检测实例对此软件的各项功能进行了验证。在该系统中,可以实现叶片的快速三维建模,在三维模型的基础上规划待检测点和检测路径,并在NC环境下,通过干涉仿真对检测路径进行检查。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 叶片型面测量技术现状
• 1.3.1 标准样板测量法
• 1.3.2 三坐标测量机（CMM）测量法
• 1.4 三坐标测量技术及其测量软件的发展趋势
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 叶片型面检测路径规划系统总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 软件系统功能模块设计
• 2.3 软件系统体系结构设计
• 2.4 软件系统工作流程设计
• 2.5 本章小节
• 第3章 叶片三维建模
• 3.1 引言
• 3.2 汽轮机叶片的结构及特征分析
• 3.3 叶身造型子模块开发
• 3.3.1 叶片型线数据文件处理
• 3.3.2 叶片型线拟合
• 3.3.3 叶身型面的生成
• 3.4 叶根和叶冠造型子模块
• 3.4.1 基于特征的参数化建模技术
• 3.4.2 叶根的特征参数化造型
• 3.5 完整叶片的生成
• 3.6 本章小节
• 第4章 叶片型面检测路径规划
• 4.1 引言
• 4.2 叶片型线的数学模型
• 4.3 叶片型面检测点的分布
• 4.3.1 叶片型面待检测点数目的确定
• 4.3.2 叶片轴向待检测截面的分布
• 4.3.3 叶片型面检测点的确定
• 4.4 叶片型面测量路径规划
• 4.5 叶片型面检测路径干涉检查
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于3D 数模的叶片CMM 型面检测系统
• 5.1 引言
• 5.2 叶片型面检测系统的开发工具与开发环境
• 5.2.1 开发工具的选择
• 5.2.2 开发环境的设置
• 5.3 叶片检测实例验证
• 5.3.1 软件总体功能菜单
• 5.3.2 设置Windows 操作系统的环境变量
• 5.3.3 叶片三维建模
• 5.3.4 叶片型面检测路径规划
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢