一种叶片型面进排气边缘分段拟合评价的方法
阅读说明：本技术 一种叶片型面进排气边缘分段拟合评价的方法 (Method for evaluating sectional fitting of air inlet and outlet edges of blade profile ) 是由 田家龙 李深亮 田洪伟 史文斌 张绍东 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种叶片型面进排气边缘分段拟合评价的方法,该方法首先将测量得到的叶片型面数据选取横截面进行整体拟合,再将叶片分为叶盆、叶背、进气边缘和排气边缘四个部分,对拟合效果差的进气边缘和排气边缘进行限制条件下的二次拟合,最后计算拟合数据偏离出公差带的总长度值占截面全长的比例,做为叶片型面测量数据输出。本发明针对现有叶片测量分析软件存在的缺陷,更加准确合理的评价叶片型面进排气边缘的轮廓形状和数据指标,减少叶片型面测量分析过程中的误判,提高叶片的合格率。(The invention discloses a method for evaluating the sectional fitting of an air inlet and outlet edge of a blade profile, which comprises the steps of firstly selecting a cross section from measured blade profile data to perform integral fitting, then dividing a blade into a blade basin, a blade back, an air inlet edge and an air outlet edge, performing secondary fitting on the air inlet edge and the air outlet edge with poor fitting effect under a limiting condition, and finally calculating the proportion of the total length value of fitting data deviating from a tolerance zone to the total length of the section to be output as blade profile measurement data. Aiming at the defects of the existing blade measurement and analysis software, the invention more accurately and reasonably evaluates the profile shape and the data index of the air inlet and outlet edges of the blade profile, reduces the misjudgment in the blade profile measurement and analysis process and improves the qualification rate of the blade.)
技术领域
本发明涉及压气机叶片的测量与分析技术领域，尤其涉及一种叶片型面进排气边缘分段拟合评价的方法。
背景技术
叶片的测量和分析技术是叶片制造过程中的关键技术。根据叶片测量的截面数据点与理论数据点对比，针对偏差区域，找到加工程序相对应的截面数据进行优化，叶片测量结果的准确性和合理性是叶片工艺技术提升的基础。
目前，无论接触式三坐标测量机和非接触式测量机的测量精度都可以满足叶片的要求。对于测量机获得的叶片型面数据，需要通过专用的叶片分析软件进行计算，从而获得设计图所要求的要素。目前航空发动机压气机叶片的分析过程还存在一些问题，主要表现在：
1)弦长公差与轮廓公差不一致的问题
对于压气机叶片的截面轮廓，特别需要关注进排气边缘R的轮廓形状，尤其是进气边缘R的轮廓形状，所以在设计公差带的时候会有所着重体现，见表1所示。
表1 XX～XX级静子叶片边缘轮廓公差与弦长、前缘位置参数
对于满足前缘和弦长尺寸要求的叶片截面，整体拟合时也会出现边缘轮廓超出公差带的现象，数据报告显示偏离公差轮廓。
2)不对称公差拟合易超差的问题
叶型拟合时以理论数据为拟合基础，即便采用的边缘分段拟合，边缘不对称公差增加了对边缘R圆度的要求，常出现边缘轮廓偏离下偏差的现象，将合格截面误判为不合格。
3)测量指标的问题
白光测量软件和三坐标测量软件不具备统计功能，不能计算出每个叶片检测截面中偏离出公差带的型线长度占截面全长的比例。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种叶片型面进排气边缘分段拟合评价的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种叶片型面进排气边缘分段拟合评价的方法，包括如下步骤：
步骤1：采用三坐标测量机或白光测量机测量得到叶片型面的实测数据；
步骤2：选取叶片型面某一横截面的实测数据与设计文件给定的理论数据，并采用最小二乘法进行该横截面轮廓线的整体拟合；
步骤3：在叶片进气边缘和排气边缘，距顶点距离S的位置，分别选取两个点，即共4个点，作为叶片进气边缘和排气边缘的理论分割点，将整个叶片划分为叶盆、叶背、进气边缘和排气边缘四个部分；通常情况下，上述点位置由设计文件给定，一般S的取值为3～5mm。
步骤4：将步骤2整体拟合后的叶盆最大值、叶盆最小值、叶背最大值、叶背最小值、叶型位置偏离值、叶型扭转角度值读出；
步骤5：根据设计文件给定的叶片进气边缘和排气边缘部位的理论数据和公差带，计算出叶片进气边缘和排气边缘位置的公差带中线的理论数据；
步骤6：将步骤2中整体拟合后的叶片进气边缘和排气边缘的型线分别与公差带中线的理论数据进行限制条件下的最小二乘法拟合计算，并将进气边缘最大值、进气边缘最小值、排气边缘最大值、排气边缘最小值读出；
步骤7：计算叶片横截面在步骤2和步骤6拟合后偏离出公差带的型线长度的和，即整个横截面拟合数据偏离出公差带的总长度值；
步骤8：计算拟合数据偏离出公差带的总长度值占截面全长的比例，做为叶片型面测量数据输出；
步骤9：将叶盆最大值、叶盆最小值、叶背最大值、叶背最小值、叶型位置偏离值、叶型扭转角度值、进气边缘最大值、进气边缘最小值、排气边缘最大值、排气边缘最小值和偏离出公差带的总长度占截面全长的比例值与各自的精度要求的阈值进行比较，判断叶片型面是否符合精度要求。
进一步的，所述叶片型面的实测数据在进气边缘和排气边缘的型线实测点的密度选取按如下原则：
在距叶片进气边缘和排气边缘顶点1mm内的实测点密度是其他部位的2～3倍。
进一步的，所述步骤6中的限制条件为叶片进气边缘和排气边缘的型线进行X向和Y向的位置平移，不允许进行转动。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明提供的方法结合目前压气机叶片型面的给定技术指标的特点，针对现有叶片测量分析软件存在的缺陷，将整体拟合后的叶片型面再通过公差带中线的理论数据，对进排气边缘进行二次分段拟合评价，更加准确合理的评价叶片型面进排气边缘的轮廓形状和数据指标，减少叶片型面测量分析过程中的误判，提高叶片的合格率。
附图说明
图1为本发明实施例中一种叶片型面进排气边缘分段拟合评价的方法的流程图；
图2为本发明实施例中叶片横截面轮廓线的整体拟合效果图；
图3为本发明实施例中叶片进气边缘整体拟合效果图；
图4为本发明实施例中叶片排气边缘整体拟合效果图；
图5为本发明实施例中叶片进气边缘二次拟合效果图；
图6为本发明实施例中叶片排气边缘二次拟合效果图；
其中，1-理论数据，2-公差带的上公差，3-公差带的下公差，4-实测数据。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本实施例中叶片型面进排气边缘分段拟合评价的方法方法如下所述。
步骤1：采用三坐标测量机或白光测量机测量得到叶片型面的实测数据；
步骤2：选取叶片型面某一横截面的实测数据与设计文件给定的理论数据，并采用最小二乘法进行横截面轮廓线的整体拟合，如图2所示；
整体拟合后，从图3和图4中可以看出，叶片的进气边缘和排气边缘的整体拟合效果并不理想，有部分实测数据超出上公差的要求。
步骤3：在叶片进气边缘和排气边缘，距顶点距离S的位置，分别选取两个点，即共4个点，作为叶片进气边缘和排气边缘的理论分割点，在图2中显示为4个空心圆，将整个叶片划分为叶盆、叶背、进气边缘和排气边缘四个部分；通常情况下，上述点S位置由设计文件给定，一般是3～5mm。
步骤4：将步骤2整体拟合后的叶盆最大值、叶盆最小值、叶背最大值、叶背最小值、叶型位置偏离值、叶型扭转角度值读出；
步骤5：根据设计文件给定的叶片进气边缘和排气边缘部位的理论数据和公差带，计算出叶片进气边缘和排气边缘位置的公差带中线的理论数据；
步骤6：将步骤2中整体拟合后的叶片进气边缘和排气边缘的型线分别与公差带中线的理论数据进行限制条件下的最小二乘法拟合计算，并将进气边缘最大值、进气边缘最小值、排气边缘最大值、排气边缘最小值读出；
在步骤6的二次拟合后，从图5和图6中可以看出，叶片的进气边缘和排气边缘的二次拟合效果较步骤2的整体拟合效果要好，原拟合超出上公差的数据都得到了相应的改善。
步骤7：计算叶片横截面在步骤2和步骤6拟合后偏离出公差带的型线长度的和，即整个横截面拟合数据偏离出公差带的总长度值；
步骤8：计算拟合数据偏离出公差带的总长度值占截面全长的比例，做为叶片型面测量数据输出；
步骤9：将叶盆最大值、叶盆最小值、叶背最大值、叶背最小值、叶型位置偏离值、叶型扭转角度值、进气边缘最大值、进气边缘最小值、排气边缘最大值、排气边缘最小值和偏离出公差带的总长度占截面全长的比例值与各自的精度要求的阈值进行比较，判断叶片型面是否符合精度要求。
进一步的，所述叶片型面的实测数据在进气边缘和排气边缘的型线实测点的密度选取按如下原则：
在距叶片进气边缘和排气边缘顶点1mm内的实测点密度是其他部位的2～3倍。
进一步的，所述步骤6中的限制条件为叶片进气边缘和排气边缘的型线进行X向和Y向的位置平移，不允许进行转动。
本实施例中，在某级转子叶片型面选取一个截面，称为5#截面。
5#截面读取到叶盆最大值为0.06mm、叶盆最小值为-0.03mm、叶背最大值0.03mm、叶背最小值为-0.05mm、叶型位置偏离值0.08mm、叶型扭转角度值0.15°、进气边最大值0.05mm、进气边最小值-0.02mm、排气边最大值0.07mm、排气边最小值-0.05mm。计算叶盆、叶背偏离出公差带的型线长度的和为1.2mm，叶片进排气边缘偏离出公差带的型线长度的和为0.9mm，合计长度2.1mm。叶片全长为52.4mm，偏离出公差带的型线长度与叶型全长的占比为4％。将拟合得到的数值和各自的精度要求进行比较如表2所示。
表2 5#截面拟合值与精度要求的对比结果
本实施例中，还在某级静子叶片型面选取一个截面，称为8#截面。
8#截面读取到叶盆最大值为0.08mm、叶盆最小值为-0.02mm、叶背最大值0.04mm、叶背最小值为-0.06mm、叶型位置偏离值0.1mm、叶型扭转角度值0.10°、进气边最大值0.06mm、排气边最小值-0.02mm、排气边最大值0.055mm、排气边最小值0.02mm。计算叶盆、叶背偏离出公差带的型线长度的和为3mm，叶片进排气边缘偏离出公差带的型线长度的和为2.2mm，合计长度5.2mm。叶片全长为70.8mm，偏离出公差带的型线长度与叶型全长的占比为7.3％。将拟合得到的数值和各自的精度要求进行比较如表3所示。
表3 8#截面拟合值与精度要求的对比结果
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种防振、耐高温结构位移传感器