叶片检测方法和装置与流程

1.本公开涉及叶片检测验收领域，尤其涉及一种叶片检测方法和装置。


背景技术：

2.民用航空发动机叶片种类繁多、形状各异，叶片的制造质量直接关系到民用航空发动机的性能和寿命。叶片因其结构型面复杂、基准定位难、精度要求高、国内现有行业检测标准通用不具体、各单位测量工艺不统一、一致性差、自主评价分析软件缺乏、所用国外评价分析软件算法不一、机理不明等，最终造成叶片成为典型的检测验收问题突出的民用航空发动机关键零部件。民机叶片检测验收问题已成为我国民用航空发动机自主研发的瓶颈之一，已开始制约我国民用航空发动机的自主研制进程。


技术实现要素：

3.本公开要解决的一个技术问题是，如何提高叶片检测的准确性。
4.根据本公开一方面，提出一种叶片检测方法，包括：基于接触式探头获取叶片截面的叶型轮廓的第一测量数据，以及基于非接触式探头获取叶型轮廓的第二测量数据；将第一测量数据和第二测量数据，在叶片理论截面上进行投影，分别得到第一投影数据和第二投影数据；根据第一投影数据和第二投影数据，对叶型轮廓进行重构；以及对重构后的叶型轮廓进行评价分析，获取叶片截面的叶型测量值。
5.在一些实施例中，对叶型轮廓进行重构包括：对第一投影数据和第二投影数据进行配准，得到以第一投影数据为基准的，第二投影数据对应的第三投影数据；以及根据第一投影数据和第三投影数据，对叶型轮廓进行重构。
6.在一些实施例中，对叶型轮廓进行重构包括：将第一投影数据中的叶背区域和叶盆区域的数据，分别作为重构后的叶型轮廓的叶背区域和叶盆区域的数据；以及将第三投影数据中的叶型前缘区域和叶型尾缘区域的数据，分别作为重构后的叶型轮廓的叶型前缘区域和叶型尾缘区域的数据。
7.在一些实施例中，得到以第一投影数据为基准的，第二投影数据对应的第三投影数据包括：将第一投影数据的叶背区域和叶盆区域中的至少一个区域，和第二投影数据中相对应的区域进行配准；以及以第一投影数据中的叶背区域和叶盆区域中的至少一个区域的数据为目标点集，确定第三投影数据。
8.在一些实施例中，根据叶片截面的叶型测量值对叶片截面进行赋值；获取沿已赋值叶片截面切割的切片的切割面轮廓测量数据；将切割面轮廓测量数据与重构后的叶型轮廓的数据进行比对；以及若比对结果小于阈值，则确定叶片截面的叶型测量值为准确值。
9.在一些实施例中，获取切片的切割面轮廓测量数据包括：若切片的上下端面沿叶身高度方向变化值小于阈值，或者，沿叶身高度方向的切割面投影轮廓大于另一切割面的投影轮廓，则采用背光方法测量切片的切割面轮廓，获得切割面轮廓测量数据；以及若切片的上下端面沿叶身高度方向变化值大于等于阈值，或者，沿叶身高度方向的切割面投影轮
廓小于等于另一切割面的投影轮廓，则采用顶光方法测量切片的切割面轮廓，获得切割面轮廓测量数据。
10.在一些实施例中，将切割面轮廓测量数据与重构后的叶型轮廓的数据进行比对包括：以切割面轮廓测量数据为目标点集，将切片的切割面轮廓与重构后的叶型轮廓进行配准，确定切割面轮廓测量数据中每个测量点与重构后的叶型轮廓的数据中对应测量点的距离。
11.在一些实施例中，第一投影数据为根据接触式探头的探针半径补偿后的投影数据。
12.根据本公开的另一方面，还提出一种叶片检测装置，包括：测量数据获取单元，被配置为基于接触式探头获取叶片截面的叶型轮廓的第一测量数据，以及基于非接触式探头获取叶型轮廓的第二测量数据；投影数据确定单元，被配置为将第一测量数据和第二测量数据，在叶片理论截面上进行投影，分别得到第一投影数据和第二投影数据；叶型轮廓重构单元，被配置为根据第一投影数据和第二投影数据，对叶型轮廓进行重构；以及叶型测量值确定单元，被配置为对重构后的叶型轮廓进行评价分析，获取叶片截面的叶型测量值。
13.在一些实施例中，该叶片检测装置还包括：叶片赋值单元，被配置为根据叶片截面的叶型测量值对叶片截面进行赋值；切割数据获取单元，被配置为获取沿已赋值叶片截面切割的切片的切割面轮廓测量数据；数据比对单元，被配置为将切割面轮廓测量数据与重构后的叶型轮廓的数据进行比对；以及准确性判断单元，被配置为若比对结果小于阈值，则确定叶片截面的叶型测量值为准确值。
14.根据本公开的另一方面，还提出一种叶片检测装置，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上述的叶片检测方法。
15.根据本公开的另一方面，还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述的叶片检测方法。
16.与相关技术相比，本公开实施例中，采用接触式和非接触式两种测量方式检测叶片截面的叶型轮廓，并将测量结果投影到叶片理论截面上，根据投影后的数据对叶型轮廓进行重构，对重构后的叶型轮廓评价分析后，得到叶片截面的叶型测量值。由于采用了三坐标接触式测量法和光学非接触式测量法相结合的两种测量方式，能够提高叶片截面检测的准确性。进而，可以与供应商提供的叶片检测结果进行比对，判断叶片供应商提供的叶片质量是否合格。
17.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
18.构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
19.参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
20.图1为本公开的叶片检测方法的一些实施例的流程示意图。
21.图2为本公开的叶片检测方法的另一些实施例的流程示意图。
22.图3为本公开的叶片检测装置的一些实施例的结构示意图。
23.图4为本公开的叶片检测装置的另一些实施例的结构示意图。
24.图5为本公开的叶片检测装置的另一些实施例的结构示意图。
具体实施方式
25.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
26.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
27.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
28.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
29.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
31.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
32.由于叶片型面参数的复杂性，目前国内对各类叶片叶型参数测量方法的准确性缺乏有效验证手段，造成国内还没有形成行业内公认的叶片叶型参数赋值方法。
33.另外，国内民用航空发动机主机厂还不具备对叶片供应商开展基于赋值叶片样件的比对验证条件，对叶片供应商检测结果的准确性缺乏有效验证手段。
34.图1为本公开的叶片检测方法的一些实施例的流程示意图。
35.在步骤110，基于接触式探头获取叶片截面的叶型轮廓的第一测量数据，以及基于非接触式探头获取叶型轮廓的第二测量数据。
36.在一些实施例中，叶片为航空发动机叶片。
37.在一些实施例中，对于待检测和赋值的叶片截面，采用等截面测量法，对所选定叶片截面的叶型轮廓进行测量。
38.在一些实施例中，利用三坐标测量机测量叶型轮廓，该三坐标测量机包括接触式探头三坐标测量机、非接触式探头三坐标测量机，或者既包括接触式探头又包括非接触式探头的三坐标测量机。例如，采用三坐标接触式测量法检测得到的叶型轮廓的测量数据，作为第一测量数据，采光学非用接触式测量法检测得到的叶型轮廓的测量数据，作为第二测量数据。
39.在步骤120，将第一测量数据和第二测量数据，在叶片理论截面上进行投影，分别得到第一投影数据和第二投影数据。
40.在一些实施例中，叶片理论截面即叶片模型按照理论高度截取的截面。
41.在一些实施例中，将第一测量数据和第二测量数据分别投影到待赋值叶片截面的理论平面上，即投影到叶片理论截面上中，对应形成叶型轮廓的第一投影数据和第二投影
数据。
42.在一些实施例中，将第一测量数据和第二测量数据中代表截面高度的实测坐标值修正截面高度的理论坐标值，即在叶片理论截面上构建叶片所在截面的高度值。
43.在一些实施例中，第一投影数据为根据接触式探头的探针半径补偿后的投影数据。由于接触式探头的探针具有半径，因此，需要根据探针半径对投影数据进行补偿，提高后续重构叶型轮廓的准确性。
44.在步骤130，根据第一投影数据和第二投影数据，对叶型轮廓进行重构。
45.在一些实施例中，将第一投影数据中的叶背区域和叶盆区域的数据，分别作为重构后的叶型轮廓的叶背区域和叶盆区域的数据。将第二投影数据中的叶型前缘区域和叶型尾缘区域的数据，分别作为重构后的叶型轮廓的叶型前缘区域和叶型尾缘区域的数据。
46.在重构叶型轮廓时，针对叶盆和叶背等曲率变化较平缓的区域，采用三坐标接触式测量法，叶片前缘和尾缘等曲率变化较大的区域，采用光学非接触式测量法，从而避免各自方法的固有不足。
47.在步骤140，对重构后的叶型轮廓进行评价分析，获取叶片截面的叶型测量值。
48.在一些实施例中，采用叶片评价分析软件对重构后的叶型轮廓进行评价分析，获取叶片截面的叶型测量值。即，获取叶片截面轮廓以及轮廓内的各个采样点的数据。
49.在上述实施例中，采用接触式和非接触式两种测量方式检测叶片截面的叶型轮廓，并将测量结果投影到叶片理论截面上，根据投影后的数据对叶型轮廓进行重构，对重构后的叶型轮廓评价分析后，得到叶片截面的叶型测量值。由于采用了三坐标接触式测量法和光学非接触式测量法相结合的两种测量方式，能够提高叶片截面检测的准确性。进而，可以与供应商提供的叶片检测结果进行比对，判断叶片供应商提供的叶片质量是否合格。
50.图2为本公开的叶片检测方法的另一些实施例的流程示意图。
51.在步骤210，基于接触式探头获取叶片截面的叶型轮廓的第一测量数据，以及基于非接触式探头获取叶型轮廓的第二测量数据。
52.在一些实施例中，在测量叶片截面的叶型轮廓之前，除进行常规测头校验外，还对接触式探头和非接触式测头进行关联校对，以测量精度较高的探头作为主测头，并用主测头对装夹后的叶片进行测量坐标系的创建。
53.在一些实施例中，采用扫描方式进行叶型轮廓的测量。
54.在一些实施例中，测量取点的间隔均应小于阈值，例如，小于0.01mm，取点数越多，则即采样密度越大，则测量结果越准确。
55.在步骤220，将第一测量数据和第二测量数据，在叶片理论截面上进行投影，分别得到第一投影数据和第二投影数据。
56.在步骤230，对第一投影数据和第二投影数据进行配准，得到以第一投影数据为基准的，第二投影数据对应的第三投影数据。
57.在一些实施例中，将第一投影数据的叶背区域和叶盆区域中的至少一个区域，和第二投影数据中相对应的区域进行配准；以第一投影数据中的叶背区域和叶盆区域中的至少一个区域的数据为目标点集，确定第三投影数据。
58.例如，在将第一投影数据和第二投影数据进行配准时，由于叶盆和叶背曲率变化较平缓，而叶片前缘和尾缘曲率变化较大，因此，以叶背和叶盆区域对应点进行配准，叶型
前缘和叶型尾缘区域对应点不参与配准计算。以第一投影数据的叶背区域和叶盆区域的数据为目标点集，得到配准后的第三投影数据。
59.在步骤240，将第一投影数据中的叶背区域和叶盆区域的数据，分别作为重构后的叶型轮廓的叶背区域和叶盆区域的数据；将第三投影数据中的叶型前缘区域和叶型尾缘区域的数据，分别作为重构后的叶型轮廓的叶型前缘区域和叶型尾缘区域的数据。
60.采用接触式的测量方式精度更高，因此，针对叶盆和叶背曲率变化较平缓的区域，采用接触式的测量方。但由于接触式的测量方式需要补偿探针半径，对于叶片前缘和尾缘等曲率变化较大的区域，补偿半径时有误差，因此，采用非接触式的测量方式。
61.在步骤250，采用叶片评价分析软件对重构后的叶型轮廓进行评价分析，获取叶片截面的叶型测量值。
62.在上述实施例中，通过对叶片叶型分区测量，针对叶盆和叶背等曲率变化较平缓的区域，采用三坐标接触式测量法，叶片前缘和尾缘等曲率变化较大的区域，采用光学非接触式测量法，采用每种测量方式的优点，使得叶片截面的叶型测量值更加准确，可为实物叶片的叶型几何参数赋予高精度的近似真值。
63.在本公开的另一些实施例中，该叶片检测方法还包括以下步骤260-290。
64.在步骤260，根据叶片截面的叶型测量值，对叶片截面进行赋值。
65.在步骤270，获取沿已赋值叶片截面切割的切片的切割面轮廓测量数据。
66.在一些实施例中，将叶型参数赋值后的叶片采用低速单向火花线沿已赋值截面进行切割。采用高精度光学影像测量仪对切片的标记切割面轮廓进行2d测量，获取切割面轮廓测量数据。其中，高精度光学影像测量仪的平面2d最大允许示值误差应不超过阈值，例如，应不超过
±
(1.5 l/200)μm(l为量程，单位mm)。
67.在一些实施例中，在切割叶片截面前，针对叶片的装夹方式，应保障对刀面为叶片叶型参数赋值时的定位基准面或有几何公差要求的关联面。在切割叶片截面时，将修刀量补偿到刀具进给量中，切割面的表面粗糙度应不超过ra1.6。切割叶片截面后，将切割面从叶片基体上切割下来，切片厚度不超过0.3mm，并标记切割面。
68.在一些实施例中，若切片的上下端面沿叶身高度方向变化值小于阈值，或者，沿叶身高度方向的切割面投影轮廓大于另一切割面的投影轮廓，则采用背光方法测量切片的切割面轮廓，获得切割面轮廓测量数据。
69.例如，当切片上下端面沿叶身高度方向变化较小时，或沿叶身高度方向标记切割面投影轮廓完全覆盖切片另一切面的投影轮廓时，应将标记切割面朝下，采用背光方法测量轮廓边界。
70.在一些实施例中，若切片的上下端面沿叶身高度方向变化值大于等于阈值，或者，沿叶身高度方向的切割面投影轮廓小于等于另一切割面的投影轮廓，则采用顶光方法测量切片的切割面轮廓，获得切割面轮廓测量数据。
71.例如，当切片上下端面沿叶身高度方向变化较大时，或沿叶身高度方向标记切割面投影轮廓完全位于切片另一切面的投影轮廓内时，应将标记切割面朝上，采用顶光方法测量轮廓边界。
72.在一些实施例中，测量切割面轮廓测量数据时，采样点的间距应小于阈值，例如小于0.01mm。
73.在步骤280，将切割面轮廓测量数据与重构后的叶型轮廓的数据进行比对。
74.在一些实施例中，以切割面轮廓测量数据为目标点集，将切片的切割面轮廓与重构后的叶型轮廓进行配准，确定切割面轮廓测量数据中每个测量点与重构后的叶型轮廓的数据中对应测量点的距离。
75.在步骤290，若比对结果小于阈值，则确定叶片截面的叶型测量值为准确值。
76.在一些实施例中，配准后，切割面轮廓测量数据中每个测量点与重构后的叶型轮廓的数据中对应测量点的距离，若小于该点处对应叶型轮廓度上下公差带的六分之一，则说明本公开的叶片截面的叶型测量值为准确值。
77.在上述实施例中，通过将切割面轮廓测量数据与重构后的叶型轮廓的数据进行比对，能够验证本公开赋值方法的准确性，解决了现有技术中对各类叶片叶型参数测量方法的准确性缺乏有效验证手段的问题，进而可以利用本公开的叶片检测方法对叶片进行赋值，来验证叶片供应商的检测结果。
78.图3为本公开的叶片检测装置的一些实施例的结构示意图。该装置包括测量数据获取单元310、投影数据确定单元320、叶型轮廓重构单元330和叶型测量值确定单元340。
79.测量数据获取单元310被配置为基于接触式探头获取叶片截面的叶型轮廓的第一测量数据，以及基于非接触式探头获取叶型轮廓的第二测量数据。
80.在一些实施例中，叶片为航空发动机叶片。
81.投影数据确定单元320被配置为将第一测量数据和第二测量数据，在叶片理论截面上进行投影，分别得到第一投影数据和第二投影数据。
82.在一些实施例中，第一投影数据为根据接触式探头的探针半径补偿后的投影数据。
83.在一些实施例中，将第一测量数据和第二测量数据中代表截面高度的实测坐标值修正截面高度的理论坐标值，即在叶片理论截面上构建叶片所在截面的高度值。
84.在一些实施例中，对第一投影数据和第二投影数据进行配准，得到以第一投影数据为基准的，第二投影数据对应的第三投影数据。例如，将第一投影数据的叶背区域和叶盆区域中的至少一个区域，和第二投影数据中相对应的区域进行配准；以第一投影数据中的叶背区域和叶盆区域中的至少一个区域的数据为目标点集，确定第三投影数据。
85.叶型轮廓重构单元330被配置为根据第一投影数据和第二投影数据，对叶型轮廓进行重构。
86.在一些实施例中，根据第一投影数据和第三投影数据，对叶型轮廓进行重构。例如，将第一投影数据中的叶背区域和叶盆区域的数据，分别作为重构后的叶型轮廓的叶背区域和叶盆区域的数据；以及将第三投影数据中的叶型前缘区域和叶型尾缘区域的数据，分别作为重构后的叶型轮廓的叶型前缘区域和叶型尾缘区域的数据。
87.采用接触式的测量方式精度更高，因此，针对叶盆和叶背曲率变化较平缓的区域，采用接触式的测量方。但由于接触式的测量方式需要补偿探针半径，对于叶片前缘和尾缘等曲率变化较大的区域，补偿半径时有误差，因此，采用非接触式的测量方式，采用每种测量方式的优点，使得叶片截面的叶型测量值更加准确。
88.叶型测量值确定单元340被配置为对重构后的叶型轮廓进行评价分析，获取叶片截面的叶型测量值。即，获取叶片截面轮廓以及轮廓内的各个采样点的数据。
89.在上述实施例中，采用接触式和非接触式两种测量方式检测叶片截面的叶型轮廓，并将测量结果投影到叶片理论截面上，根据投影后的数据对叶型轮廓进行重构，对重构后的叶型轮廓评价分析后，得到叶片截面的叶型测量值。由于采用了三坐标接触式测量法和光学非接触式测量法相结合的两种测量方式，能够提高叶片截面检测的准确性。
90.图4为本公开的叶片检测装置的另一些实施例的结构示意图。该装还包括叶片赋值单元410、切割数据获取单元420、数据比对单元430和准确性判断单元440。
91.叶片赋值单元410被配置为根据叶片截面的叶型测量值对叶片截面进行赋值。
92.切割数据获取单元420被配置为获取沿已赋值叶片截面切割的切片的切割面轮廓测量数据。
93.在一些实施例中，若切片的上下端面沿叶身高度方向变化值小于阈值，或者，沿叶身高度方向的切割面投影轮廓大于另一切割面的投影轮廓，则采用背光方法测量切片的切割面轮廓，获得切割面轮廓测量数据。
94.在一些实施例中，若切片的上下端面沿叶身高度方向变化值大于等于阈值，或者，沿叶身高度方向的切割面投影轮廓小于等于另一切割面的投影轮廓，则采用顶光方法测量切片的切割面轮廓，获得切割面轮廓测量数据。
95.数据比对单元430被配置为将切割面轮廓测量数据与重构后的叶型轮廓的数据进行比对。
96.在一些实施例中，以切割面轮廓测量数据为目标点集，将切片的切割面轮廓与重构后的叶型轮廓进行配准，确定切割面轮廓测量数据中每个测量点与重构后的叶型轮廓的数据中对应测量点的距离。
97.准确性判断单元440被配置为若比对结果小于阈值，则确定叶片截面的叶型测量值为准确值。
98.在上述实施例中，通过将切割面轮廓测量数据与重构后的叶型轮廓的数据进行比对，能够验证本公开赋值方法的准确性，解决了现有技术中对各类叶片叶型参数测量方法的准确性缺乏有效验证手段的问题，进而可以利用本公开的叶片检测方法对叶片进行赋值，来验证叶片供应商的检测结果。
99.图5为本公开的叶片检测装置的另一些实施例的结构示意图。该装置包括存储器510和处理器520。其中：存储器510可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器510用于存储图1-2所对应实施例中的指令。处理器520耦接至存储器510，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器520用于执行存储器中存储的指令。
100.在本公开的另一些实施例中，处理器520通过bus总线530耦合至存储器510。该装置500还可以通过存储接口540连接至外部存储装置550以便调用外部数据，还可以通过网络接口560连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)，此处不再进行详细介绍。
101.该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够提高叶片截面检测的准确性。
102.在另一些实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图1-2所对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实
施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
103.本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
104.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
105.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
106.至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
107.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。