基于色散共焦的航空叶片表面测量与评定理论和关键技术研究

The aircraft blades are the key components of aircraft engines. The accuracy of blade surfaces will have a direct influence on the crucial performance parameters of the engines such as efficiency, thrust-weight ratio, thermal conductivity and so on. As the current methods are limited in the compatibility of efficiency, accuracy and overall measurement performance, a fast accurate measuring system for blades based on chromatic confocal has been proposed in this research..The research contents of the proposed project will be focused on: By exploring the space filtering principle of chromatic confocal, we propose a PSF approximation model for chromatic confocal sensor to demonstrate the influence of illumination pinhole and detection pinhole on the axial characteristics. By exploring the impact of gradient change of aircraft blades surface on the measurement error of the chrmatic confocal sensor, we propose a least square support vector machine regression based compensation model to eliminate this error. A non-uniform sampling strategy is proposed to improve the measurement efficiency while ensuring the measurement accuracy; A partial differential equation based diffusion filtration method under non-Euradian space has been proposed to prevent the distortion of the filtration result based on filters defined in Euradian space. The proposed project will be of great benefit to the aircraft blades measurement.

航空叶片是航空发动机的关键零件，其面型精度直接影响发动机的压气效率、推重比、热导率等性能参数。针对航空叶片表面现有测量方法无法兼顾测量效率、测量精度和测量完整性等局限，提出研制一种基于色散共焦传感的航空叶片表面测量系统，并开展相关理论与关键技术研究。研究内容包括：研究色散共焦传感的空间滤波机理，提出基于近似点扩散函数的色散共焦模型，以阐明探测针孔和照明针孔对色散共焦轴向特性的影响规律；揭示叶片表面梯度变化对色散共焦探头测量误差的影响规律，以补偿色散共焦技术应用于叶片测量时因叶片表面梯度变化所引入的变值系统误差；提出一种叶片表面非均匀采样策略，以实现采样精度与采样效率的统一；提出一种基于非欧几何空间PDE的扩散滤波方法，以解决基于欧氏空间的滤波方法应用于叶片测量时所产生的畸变问题。本项目的实施，对促进航空叶片的快速高精度测量具有重要的理论意义和工业应用价值。

航空叶片是航空发动机的关键零件，其面型精度直接影响发动机的压气效率、推重比、热导率等性能参数。针对航空叶片表面现有测量方法无法兼顾测量效率、测量精度和测量完整性等局限，本项目研制了一种基于色散共焦传感的航空叶片表面测量系统，并开展了相关理论与关键技术研究。主要研究内容包括：针对传统信号模型由于采用傍轴衍射近似且忽略照明针孔尺寸效应和位移—波长关系影响导致无法准确描述色散共焦传感器信号特性的问题，建立了非傍轴衍射有限照明尺度的色散共焦传感器光谱信号模型；开展了反映传感器设计水平和精度特性的色散共焦传感器光谱信号质量评价研究；针对色散共焦传感器设计过程中缺设计目标、初始设计盲目、优化设计低效等限制了传感器性能指标的问题，提出了基于信号质量评价的传感器优化设计方法；针对色散共焦传感器光谱信号模型中色散共焦信号模型复杂且随位移变化而导致色散共焦信号峰值波长提取精度不足的问题，提出了信号自适应的补偿重心峰值波长定位算法；针对色散共焦传感器中色散物镜单色像差、光源和探测器等的非均匀光谱响应导致现有线性或多项式模型难以高精度标定传感器的问题，提出了融合理论位移—波长关系模型和径向基神经网络的混合网络标定方法。开发了1mm,2mm,4mm,10mm等系列光谱共焦位移传感器，并研制了基于光谱共焦位移传感器的航空叶片轮廓快速测量原型系统。本项目的实施，对促进航空叶片的快速高精度测量具有重要的理论意义和工业应用价值。