信 息；数据处理装置8,用于对采集点集进行处理，以得到工件实体的完整表面轮廓。
[0026] 所述三轴运动机构2包括X轴运动机构21、Y轴运动机构22和Z轴运动机构23， X轴运动机构21包括X轴伺服电机211及由其驱动的X轴移动台，Y轴运动机构22安装在 X轴移动台上，Y轴运动机构22包括Y轴伺服电机221及由其驱动的Y轴移动台，旋转工 作台3安装在Y轴移动台上，Z轴运动机构23包括Z轴伺服电机231及由其驱动的Z轴移 动台232,所述距离传感器5安装在Z轴移动台232上，所述X轴伺服电机211、Y轴伺服电 机221和Z轴伺服电机231均与运动控制通讯盒7相连，距离传感器5发出的激光平行于 Y轴，三轴伺服编码器6包括X轴增量编码器、Y轴增量编码器和Z轴增量编码器，分别用于 采集X轴移动台、Y轴移动台及Z轴移动台232的位置信息。
[0027] 测量过程中，首先由数据处理装置8通过运动控制通讯盒7向距离传感器5发送 信号，使距离传感器5开始工作并启动连续测量模式。同时，数据处理装置8向运动控制通 讯盒7输入不同运动指令，指导运动控制卡控制三轴移动机构的运动。X轴增量编码器、Y 轴增量编码器和Z轴增量编码器分别向运动控制通讯盒7发送当前运动支撑平台1位置信 息，距离传感器5将实时测量结果发送至运动控制通讯盒7,以上所述三轴伺服编码器6反 馈的数据与距离传感器5测量的数据均为实时数据。运动控制通讯盒7将采集的数据传 送给数据处理装置8,数据处理装置8对采集的数据进行处理，计算生成工件实体的三维表 面数据。
[0028] 本系统为非接触式精密测量装置，使用距离传感器5作为测量终端用于获取被测 表面点的精确位置信息，三轴运动机构2用于距离传感器5的运动控制。将本三维测量系 统用于航空航天发动机涡轮叶片的检测当中来，将显著提高航空叶片的检测效率及检测精 度，有助于对航空叶片进行质检。
[0029] 本系统实现精细物体表面完整三维测量的关键技术之一是两步坐标系配准算法。 在本实用新型中，坐标系配准指的是设计坐标系与测量坐标系之间线性变换关系的建立。 坐标系配准对于实现工件实体的自动测量至关重要，传统配准方法通常根据工件实体的不 同类型采用不同坐标系配准方法，但这些坐标系配准方法并不适用于航空发动机叶片这类 自由曲面物体。针对这一问题，本系统结合所使用的距离传感器5的特点，设计并实现了一 种两步坐标系配准算法，该算法将坐标系配准过程分为粗配准与精确配准两部分，以完成 自由曲面物体的精确坐标系配准。下面具体说明两步坐标系配准算法。
[0030] 如图2所示，对于每一个工件实体，其设计模型是已知的。工件实体的设计模型处 于设计坐标系，而距离传感器5位于三轴运动支撑平台1所构建的测量坐标系。
[0031] 首先进行粗配准。在工件实体位于测量坐标系精确位置未知的情况下，手动调整 距离传感器5至工件实体前合适位置，通过数据处理装置8控制距离传感器5按照既定 程序在不改变距离传感器5的Y轴位置的情况测量工件实体表面局部区域点云数据集合 P (工件实体可以沿X轴移动，距离传感器5可以沿Z轴移动），并将其与设计模型三维数据 进行对比，设计模型表面三维数据点集合可表示为Q。从测量数据与设计模型数据之间选择 对应点，分别记为P tl= {p Q1，Pm，.. ·，PciJ，Qq= {qQi，qQ2,...，cItJ，其中η为正整数。已知 匕与Q tl，应用奇异值分解算法可以求出设计坐标系到测量坐标系之间的初始对应关系为：
[0032]
【主权项】
1. 一种高精度的航空发动机叶片自动三维测量系统，其特征在于：包括 运动支撑平台； 三轴运动机构，安装在运动支撑平台上； 旋转工作台，安装在三轴运动机构上； 工装，安装在旋转工作台上，包括圆柱段及夹具段； 距离传感器，安装在三轴运动机构上，其与夹具段之间的距离能够通过三轴运动机构 的移动进行调整； 三轴伺服编码器，安装在运动支撑平台上，用于采集三轴运动机构位置信息； 运动控制通讯盒，用于控制三轴运动机构的运动及接收三轴伺服编码器与距离传感器 反馈的工件实体的横截面轮廓曲线的采集点集信息； 数据处理装置，用于对采集点集进行处理，以得到工件实体的完整表面轮廓。
2. 根据权利要求1所述的一种高精度的航空发动机叶片自动三维测量系统，其特征在 于：所述三轴运动机构包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构，X轴运动机构包 括X轴伺服电机及由其驱动的X轴移动台，Y轴运动机构安装在X轴移动台上，Y轴运动机 构包括Y轴伺服电机及由其驱动的Y轴移动台，旋转工作台安装在Y轴移动台上，Z轴运动 机构包括Z轴伺服电机及由其驱动的Z轴移动台，所述距离传感器安装在Z轴移动台上，所 述X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机均与运动控制通讯盒相连，距离传感器发出 的激光平行于Y轴，所述三轴伺服编码器用于采集X轴移动台、Y轴移动台及Z轴移动台的 位置信息。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高精度的航空发动机叶片自动三维测量系统，包括运动支撑平台；三轴运动机构；旋转工作台；工装，包括圆柱段及夹具段；距离传感器；三轴伺服编码器；运动控制通讯盒，用于控制三轴运动机构的运动及接收三轴伺服编码器与距离传感器反馈的工件实体的横截面轮廓曲线的采集点集信息；数据处理装置，用于对采集点集进行处理，以得到工件实体的完整表面轮廓。本实用新型使用距离传感器作为测量终端，可以获得被测区域表面点的位置信息；同时配合三轴运动机构，能够实现工件实体的分区域测量，并最终将测量得到的局部范围的密集点云数据自动融合到同一坐标系下，实现工件的完整精密测量和工件实体的质检工作。
【IPC分类】G01B11-24
【公开号】CN204269086
【申请号】CN201420784509
【发明人】李中伟, 史玉升, 程旭
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年4月15日
【申请日】2014年12月11日