CN102944163A - 一种测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置及方法，属于机械加工技术领域，该装置包括三坐标测量机和测针机构，其中，所述的测针机构包括加长杆、测针中心座、测针关节和弯角测针；测针机构的加长杆通过测针中心座连接测针关节的一端，测针关节的另一端连接弯角测针；还包括转台，所述的转台设置于三坐标测量机的工作台上，被测工件设置于转台上，所述的测针机构的加长杆通过吸盘与三坐标测量机连接，测针机构的弯角测针与环形燕尾槽的内型面相接触；以达到提高燕尾槽的加工质量和检测效率的目的。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置及方法。
背景技术
现有技术中，对具有环形燕尾槽结构的任意轴剖面轮廓度的测量主要有两种方法：
（1）印模法：在环形燕尾槽预留的用于串装叶片的豁口处（唯一一处）打样膏进行印模，取印模切片后在万能工具显微镜上进行测量。这种方法存在的主要问题是：只能测量局部，不能测量整个圆周上任意轴剖面的燕尾槽内凹型面的轮廓度，不满足设计要求，且对切片要求非常高，切片取样带来的测量误差对公差很小（如轮廓度小于0.005mm）的燕尾槽轮廓度，已构成不可忽视的误差分量，测量精度低，很难控制燕尾槽的加工质量。同时，这种方法检测效率低，不适用批量生产。
（2）三坐标测量法：如图1所示，因燕尾槽结构腔大口小，三坐标测量机测针为直杆测针，如图2所示，尽管选择不同角度的多根测针仍不能接触到完整的内凹轮廓型面，存在测点盲区，因此无法实现对燕尾槽内凹型面轮廓度的测量。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置及方法，以达到提高燕尾槽的加工质量和检测效率的目的。
一种测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置，包括三坐标测量机和测针机构，其中，所述的测针机构包括加长杆、测针中心座、测针关节和弯角测针；测针机构的加长杆通过测针中心座连接测针关节的一端，测针关节的另一端连接弯角测针；还包括转台，所述的转台设置于三坐标测量机的工作台上，被测工件设置于转台上，所述的测针机构的加长杆通过吸盘与三坐标测量机连接，测针机构的弯角测针与环形燕尾槽的内型面相接触。
所述的测针中心座一端通过测针关节连接弯角测针；或者测针中心座一端通过测针关节连接弯角测针，另一端通过第二测针关节连接第二弯角测针。
采用测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置进行测量的方法，包括以下步骤：
步骤1、采用测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置多次测量标准圆柱外表面轮廓度，求出标准圆柱多次测量结果的平均值，并采用标准圆柱的标准值减去测量结果的平均值，得到该装置的误差补偿值，即修正量，将该修正量与弯角测针测球直径相加求和的值作为弯角测针测球的最终直径，完成测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置的误差补偿；
步骤2、采用三坐标标准球校准三坐标测量机直测针；
步骤3、根据被测环形燕尾槽槽口宽度选择不同弯角角度的弯角测针；
步骤4、将弯角测针通过吸盘与三坐标测量机的探头连接，调整弯角测针方向，采用三坐标标准球校准弯角测针；
步骤5、将被测工件放置在转台上，找正工件位置，使工件轴线与转台中心轴线重合；
步骤6、采用直测针建立工件三维坐标系，其中，以工件回转中心作为X、Y坐标系原点，Z轴与工件回转中心轴同轴，Z轴零点位置的确定根据工艺要求设置；
步骤7、在工件坐标系下，锁定一个由Z轴和X轴构成的轴剖面或者一个由Z轴和Y轴构成的轴剖面，并通过弯角测针分别探测燕尾槽的上半段和下半段型面，获取型面坐标位置扫描数据，从而确定燕尾槽在该轴剖面内的轮廓度；
步骤8、旋转转台至工件下一个待测轴剖面位置，返回执行步骤7，即可得到另一轴剖面内的轮廓度，完成所有轴剖面内燕尾槽轮廓度的检测后，以最大的轮廓度值确定该环形燕尾槽的型面轮廓度；
步骤9、预置被测工件燕尾槽型面理论轮廓数模及公差带，形成带有公差带的理论轮廓图形，将环形燕尾槽的实际测量图形与环形燕尾槽理论图形相比较，若环形燕尾槽的实际测量图形在公差带内，则环形燕尾槽合格，否则为不合格。
步骤7所述的弯角测针分别探测燕尾槽的上半段和下半段型面时，弯角测针通过从上到下或从下到上的方式进行采集。
本发明的优点：
1、使用现有三坐标作为测量装置的基础，为实现数字化、自动化和智能化测量提供了基础平台，对提高环形燕尾槽轮廓度测量精度提供了技术基础；
2、使用弯角测针，解决了三坐标直测针不能接触到完整的内凹轮廓型面，存在测点盲区的问题，减小了多根直测针多个衔接点带来的测量误差；
3、扫描探测燕尾槽上下半段型面轮廓度时，将上半段的终止点坐标作为下半段的起始点，这样既减小了上下半段的衔接误差，又提高了检测效率，便于快速准确完成数据采集工作；
4、运用转台实现了任意轴剖面的燕尾槽内凹型面轮廓度的测量，只需在一个角向位置校准上下两个互成180°不同弯角方向的弯角测针后，在同一个工位上就可通过旋转转台检测任意轴剖面燕尾槽型面的轮廓度，提高测量重复性和检测效率；
5、本发明所构建的数字化精密测量装置简便易行，精度高，效率高，具有较强的推广性。
附图说明
图1为环形燕尾槽结构示意图；
图2为直测针形状及测量燕尾槽示意图；
图3为本发明一种实施例测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置的结构示意图；
图中，1-三坐标测量机；2-转台；3-测针；
图4为本发明一种实施例的测针结构图；
图中，4-加长杆；5-测针中心座；6-测针关节；7-弯角测针；10-吸盘；
图5为本发明一种实施例上下两个互成180°不同弯角方向的测针的第一种组合方式结构图；
图6为本发明一种实施例上下两个互成180°不同弯角方向的测针的第二种组合方式结构图；
其中，8-第二测针关节；9-第二弯角测针；
图7为本发明一种实施例测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度测量方法流程图；
图8为本发明一种实施例测量标准圆柱的示意图；
图9为本发明一种实施例工件找正测量燕尾槽轮廓度示意图；
图10为本发明一种实施例弯角测针扫描探测上下半段型面路径示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步说明。
如图3所示，包括三坐标测量机1和测针机构3，其中，如图4所示，所述的测针机构3包括加长杆4、测针中心座5、测针关节6和弯角测针7；测针机构3的加长杆4通过测针中心座5连接测针关节6的一端，测针关节6的另一端连接弯角测针7；其特征在于：还包括转台2，所述的转台2设置于三坐标测量机1的工作台上，被测工件设置于转台2上，所述的测针机构3的加长杆4通过吸盘10与三坐标测量机1连接，测针机构3的弯角测针7与环形燕尾槽的内型面相接触。本发明实施例中，弯角测针的弯角度数为40度～60度。
本发明实施例中采用Leitz PMW系列或Zeiss固定探头系列的三坐标测量机。
所述的测针机构3分为：单端和双端，分别如图5和图6所示，测针中心座5一端通过测针关节6连接弯角测针7；或者测针中心座5一端通过测针关节6连接弯角测针7，另一端通过第二测针关节8连接第二弯角测针9。
测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度测量的方法，如图7所示，包括以下步骤：
步骤1、如图8所示，采用测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置多次测量标准圆柱外表面轮廓度，求出标准圆柱多次测量结果的平均值，并采用标准圆柱的标准值减去测量结果的平均值，得到该装置的误差补偿值，即修正量，将该修正量与弯角测针测球直径相加求和的值作为弯角测针测球的最终直径，完成测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置的误差补偿；
步骤2、采用三坐标标准球校准三坐标测量机直测针；完成后直测针与吸盘一起放到三坐标测量机的测针交换架的某一号位置上，以备用；
步骤3、根据被测环形燕尾槽槽口宽度选择不同弯角角度的弯角测针；本发明实施例中的弯角测针的弯角角度范围是40度～60度；
步骤4、将弯角测针通过吸盘与三坐标测量机的探头连接，调整弯角测针方向，采用三坐标标准球校准弯角测针，完成后与吸盘一起放到三坐标测量机的测针交换架的某一号位置上，以备用；
本发明实施例中，弯角测针方向延ZX平面方向。
步骤5、将被测工件放置在转台上，找正工件位置，使工件轴线与转台中心轴线重合；
如图9所示，使工件回转中心轴线与转台中心轴线间距e值越小越好，可根据轮廓度公差确定，一般为：e≤0.01mm；
步骤6、采用直测针建立三维工件坐标系，其中，以工件回转中心作为X、Y坐标系原点，Z轴与工件回转中心轴同轴，Z轴零点位置的确定根据工艺要求设置，即根据测量环形燕尾槽需求，确定Z轴测量高度位置，将该Z轴高度位置设置为零点，更方便测量数据的采集；
本发明实施例中，以工件上平面设定Z=0，止口外圆设定X=0，Y=0，建立工件坐标系；
步骤7、在工件坐标系下，锁定一个由Z轴和X轴构成的轴剖面或者一个由Z轴和Y轴构成的轴剖面，并通过弯角测针分别探测燕尾槽的上半段和下半段型面，获取足够量的型面坐标位置扫描数据，再导入到轮廓度评价软件中进行评价，从而确定燕尾槽在该轴剖面内的轮廓度；
当采用测针中心座连接一个测针关节和弯角测针组合时，弯角测针探测至燕尾槽中间位置时，需要对采用的弯角测针进行更换，更换与之相差180°弯角方向的测针；当采用测针中心座连接两个测针关节和弯角测针组合时，弯角测针探测至燕尾槽中间位置时，需机动重复定位测座绕Z轴旋转180°，即完成更换另一方向的弯角测针。
本发明实施例中，在工件坐标系下锁定Y=0轴，即在XZ平面内进行采集燕尾槽的上半段和下半段型面中的扫描测量坐标位置数据，从而确定燕尾槽的轮廓度；
步骤8、旋转转台至工件下一个待测轴剖面位置，返回执行步骤7，即可得到另一轴剖面内的轮廓度，当完成拟定的所有轴剖面内燕尾槽轮廓度的检测后，以最大的轮廓度值确定该环形燕尾槽的型面轮廓度；
本发明实施例中，沿圆周均布测量8个位置轴剖面的燕尾槽轮廓度；
步骤9、预置被测工件燕尾槽型面理论轮廓数模及公差带，形成带有公差带的理论轮廓图形，将环形燕尾槽的实际测量图形与环形燕尾槽理论图形相比较，若环形燕尾槽的实际测量图形在公差带内，则环形燕尾槽合格，否则为不合格。
除可给出具体轮廓度检测结果外，同时给出图形，通过比较可快速判断被测工件轮廓度是否合格。本实施例中，在步骤7的轮廓度评价软件中，预置了被测工件燕尾槽型面理论轮廓数模及±0.01mm的公差带，形成带有公差带的理论轮廓图形，将测量的实际型面轮廓数据导入后得到燕尾槽的实际轮廓图形，经与理论图形拟合处理，进行图形比较，燕尾槽的实际测量图形在±0.01mm公差带内，则环形燕尾槽合格。
将采集的各轴剖面的点云数据转换为TXT格式后，导入轮廓度评价软件或CAD进行评价，先将燕尾槽理论图形和公差带导入到PC机或者三坐标测量机的计算机中，再将探测的数据导入，可得到轮廓度的测量结果。
步骤7所述的弯角测针分别采集燕尾槽的上半段和下半段型面，获取足够量的型面坐标位置扫描数据，如图10所示，弯角测针通过从上到下或从下到上的方式进行采集。
Claims (4)
1.一种测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置，包括三坐标测量机（1）和测针机构（3），其中，所述的测针机构（3）包括加长杆（4）、测针中心座（5）、测针关节（6）和弯角测针（7）；测针机构（3）的加长杆（4）通过测针中心座（5）连接测针关节（6）的一端，测针关节（6）的另一端连接弯角测针（7）；其特征在于：还包括转台（2），所述的转台（2）设置于三坐标测量机（1）的工作台上，被测工件设置于转台（2）上，所述的测针机构（3）的加长杆（4）通过吸盘（10）与三坐标测量机（1）连接，测针机构（3）的弯角测针（7）与环形燕尾槽的内型面相接触。
2.根据权利要求1所述的测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置，其特征在于：所述的测针中心座（5）一端通过测针关节（6）连接弯角测针（7）；或者测针中心座（5）一端通过测针关节（6）连接弯角测针（7），另一端通过第二测针关节（8）连接第二弯角测针（9）。
3.采用权利要求1所述的测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置进行测量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、采用测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置多次测量标准圆柱外表面轮廓度，求出标准圆柱多次测量结果的平均值，并采用标准圆柱的标准值减去测量结果的平均值，得到该装置的误差补偿值，即修正量，将该修正量与弯角测针测球直径相加求和的值作为弯角测针测球的最终直径，完成测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的装置的误差补偿；
步骤2、采用三坐标标准球校准三坐标测量机直测针；
步骤3、根据被测环形燕尾槽槽口宽度选择不同弯角角度的弯角测针；
步骤4、将弯角测针通过吸盘与三坐标测量机的探头连接，调整弯角测针方向，采用三坐标标准球校准弯角测针；
步骤5、将被测工件放置在转台上，找正工件位置，使工件轴线与转台中心轴线重合；
步骤6、采用直测针建立工件三维坐标系，其中，以工件回转中心作为X、Y坐标系原点，Z轴与工件回转中心轴同轴，Z轴零点位置的确定根据工艺要求设置；
步骤7、在工件坐标系下，锁定一个由Z轴和X轴构成的轴剖面或者一个由Z轴和Y轴构成的轴剖面，并通过弯角测针分别探测燕尾槽的上半段和下半段型面，获取型面坐标位置扫描数据，从而确定燕尾槽在该轴剖面内的轮廓度；
步骤8、旋转转台至工件下一个待测轴剖面位置，返回执行步骤7，即可得到另一轴剖面内的轮廓度，完成所有轴剖面内燕尾槽轮廓度的检测后，以最大的轮廓度值确定该环形燕尾槽的型面轮廓度；
步骤9、预置被测工件燕尾槽型面理论轮廓数模及公差带，形成带有公差带的理论轮廓图形，将环形燕尾槽的实际测量图形与环形燕尾槽理论图形相比较，若环形燕尾槽的实际测量图形在公差带内，则环形燕尾槽合格，否则为不合格。
4.根据权利要求3所述的测量任意轴剖面环形燕尾槽轮廓度的测量方法，其特征在于：步骤7所述的弯角测针分别探测燕尾槽的上半段和下半段型面时，弯角测针通过从上到下或从下到上的方式进行采集。
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