(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211162714.3 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 北京市电加工 研究所有限公司 地址 100191 北京市海淀区花园路B3号迪 蒙大厦 申请人 清华大学 (72)发明人 王辉　郭建梅　李鹏飞　梁嘉炜　 蔡延华　韩笑　吴动波　 (74)专利代理 机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 专利代理师 谢斌 (51)Int.Cl. G06T 7/73(2017.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 涡轮叶片气膜冷却孔加工的定位方法、 装置 及存储介质 (57)摘要 本发明公开一种航空发动机涡轮叶片气膜 冷却孔加工的定位方法、 装置及存储介质， 定位 方法包括： 基于叶片三维模型设定理论坐标系和 定位点集合； 在数控机床上安装涡轮叶片， 测量 与预设定位点相对应的实际点集； 根据预设定位 点集和实际测量点集的对应关系计算从理论坐 标系到机床坐标系的空间变换矩阵； 空间变换后 误差若大于给定阈值则执行 “在机测量 ‑计算空 间变换‑估算误差 ”的迭代过程； 完成后计算出叶 片的最佳定位姿态， 确定待加工气膜 孔的位置参 数以指导气膜 孔精密加工。 针对 具有复杂曲面结 构的航空发动机涡轮叶片数控加工任务， 本发明 提供了一种精密、 高效的数字化定位方案， 能够 有效解决涡 轮叶片气膜孔加工误差大、 效率低的 难题。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115439545 A 2022.12.06 CN 115439545 A 1.一种涡轮叶片 气膜冷却孔加工的定位方法， 其特 征在于， 包括： S1， 设定涡轮叶片的理想三维模型， 理想三维模型中存在一个理论坐标系SYS0和多个 预设定位 点集合Ω0(n， x， y， z)； S2， 将涡轮叶片安装在数控加工机床上， 在涡轮 叶片上已存在与预设定位点对应的明 显几何特征， 初步测量并获得在数控加工机床坐标系S YS1中与预设定位点集合 Ω0(n， x， y， z)相对应的集 合Ω1(n， x， y， z)； S3， 设定一个误差函数Φ作为Ω0(n， x， y， z)与Ω1(n， x， y， z)之间的偏差表征方式， 并 对误差函数Φ设定一个阈值Φ(mi n)； S4， 设定一个点 集合Ω， 并将Ω 1(n， x， y， z)赋予 Ω； S5， 根据预设定位 点集合Ω0(n， x， y， z)和Ω计算从SYS0 到SYS1的空间变换矩阵M； S6， 根据空间变换矩阵M， 计算出预设定位点集合Ω0(n， x， y， z)在机床坐标系SYS1中的 名义位置Ω0(n， x， y， z)*； S7， 在数控机床上按照Ω0(n， x， y， z)*的各点坐标数据对涡轮叶片进行坐标测量， 得到 对应的点 集合Ω2(n， x， y， z)， 并将Ω2(n， x， y， z)赋予 Ω； S8， 根据Ω0(n， x， y， z)*和Ω， 计算 误差函数Φ的具体值； S9， 根据阈值Φ(min)和步骤S8所得的误差函数Φ具体值， 再次执行步骤S5 ‑S9， 直到步 骤S8所得的误差函数Φ具体值小于阈值Φ(mi n)； S10， 根据空间变换矩阵M， 获得从涡轮叶片三维模型到实际安装在数控加工机床上的 涡轮叶片最佳拟合的位置对应映射关系； S11， 根据空间变换矩阵M， 将存在于涡轮叶片三维模型上的待加工特征P， 变换到数控 机床上涡轮叶片的对应表面 位置参数P*； 以及 S12， 基于机床坐标系SYS1上的位置参数P*， 编辑数控加工指令对涡轮叶片进行气膜孔 精密加工 。 2.根据权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔加工的定位方法， 其特征在于， 预设定位 点集合Ω0(n， x， y， z)被 配置为至少6个。 3.根据权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔加工的定位方法， 其特征在于， 待加工特 征P包括气膜孔 坐标。 4.根据权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔加工的定位方法， 其特征在于， 根据 预设 定位点集合Ω0(n， x， y， z)和Ω计算从SYS0 到SYS1的空间变换矩阵M具体为： S510， 通过式(1)计算两个点 集合Ω0(n， x， y， z)和Ω的质心： S520， 通过使用线性代数理论中常用的奇异值分解(SVD)方法来 求解空间变换矩阵M：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115439545 A 2式(2)中， H为中间矩阵， U、 S、 V为使用SVD分解对H处理得到的分解矩阵， R为计算得到的 最优旋转矩阵， T为计算得到的平 移矩阵， 空间变换矩阵M由R和T两 部分组成。 5.根据权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔加工的定位方法， 其特征在于， 根据空间 变换矩阵M， 计算出预设点集合Ω0(n， x， y， z)在机床坐标系SYS1中的名义位置Ω0(n， x， y， z)*的具体方法为： 通过空间变换矩阵M和预设点集合Ω0(n， x， y， z)计算名义位置Ω0(n,x,y,z)*  的公式 为式(3)所示： Ω0(n， x， y， z)*＝R ×Ω0(n， x， y， z)+T         (3) 。 6.根据权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔加工的定位方法， 其特征在于， 根据Ω0 (n,x,y,z)*和Ω， 计算 误差函数Φ的具体值具体为： 机床坐标系下点集合Ω0(n,x,y,z)*和Ω中对应点之间最大距离为误差函数Φ的具体 值。 7.根据权利要求1所述的涡轮叶片气膜冷却孔加工的定位方法， 其特征在于， 根据空间 变换矩阵M， 将存在于涡轮叶片三维模型上的待加工特征P， 变换到数控机床上涡轮叶片的 对应表面 位置参数P*具体为： 通过空间变换矩阵M和待加工特 征P计算对应表面 位置参数P*的公式为式(4)所示： P*＝R×P+T            (4) 。 8.根据权利要求1至7任一项所述的涡轮叶片气膜冷却孔加工的定位方法， 其特征在 于， 基于机床坐标系SYS1上的位置参数P*， 编辑数控加工指令对涡轮叶片进行气膜孔精密 加工具体方法为： 将机床坐标系SYS1上的位置参数P*导人 数控加工程序， 生成数控加工指令进行加工 。 9.一种涡轮叶片气膜冷却孔加工装置， 其特征在于， 包括控制装置， 控制装置包括中央 处理器及 存储器， 存储器存储有计算机程序， 处理器用于在执行计算机程序时， 实现权利要 求1至8任一项所述的涡轮叶片 气膜冷却孔加工的定位方法的步骤。 10.一种非易失性计算机可读存储介质， 其存储计算机程序， 其特征在于， 当计算机程 序被处理器执行时， 实现权利要求1 ‑8任一项所述的涡轮叶片 气膜冷却孔加工的定位方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115439545 A 3