CN105651234B - 一种圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法 - Google Patents

Abstract

一种圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法，所述圆柱探针构成如下：加长杆I(1)、五维转接器I(2)、万向节(3)、加长杆II(4)、五维转接器II(5)和圆柱探针I(6)；所述加长杆II(4)的一端通过五维转接器I(2)和万向节(3)与加长杆I(1)相连接，解决数据不连续、测量误差大问题，避免数据拼接错误，提高测量效率。所述圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法可一次完成整体叶盘叶型的连续扫描测量，数据连续完整无漏录、无衔接错位，测量精度高、速度快、稳定性好，实现了整体叶盘的高效高精度测量，既能满足航空发动机整体叶盘质量控制要求，又能适应生产现场批产对测量的进度需求。

Description

一种圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法

技术领域

本发明涉及圆柱探针的结构设计和应用技术领域，特别提供了一种圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法。

背景技术

整体叶盘结构复杂，分布在圆周上的叶片彼此层叠，整体叶盘的测量系统一般由具有扫描功能的三坐标测量机及其配套的单轴精密转台构成，现有技术中，测量整体叶盘叶型的主要方法及存在问题：

(1)分段扫描叶型间断点导致数据漏录

现有测量整体叶盘叶型技术中是采用三坐标测量机常用的球形探针，为解决整体叶盘叶型测量过程中相邻叶片的干涉问题，一般需要设置多个不同角度的探针，分段探测同一叶型曲线，将各段曲线数据拼接合成完整的叶型曲线，以评价整体叶盘叶型。这种方法存在的问题是：由于组合多个球形探针将叶型分多段测量，段与段之间有间隔，导致数据漏录无法得到全曲线数据，影响叶型曲线评价的真实性；

(2)工位转换造成两次扫描的同一位置的叶型曲线错位

大型整体叶盘，由于叶身较长、空间曲面扭转角度大、开敞性差，导致一个工位无法完成整体叶盘根部叶型曲线的测量，需要翻转整体叶盘重新建立坐标系，分上下两部分，即两个坐标系下测量同一位置的叶型曲线。因整体叶盘工位转换，在两个坐标系下测量整体叶盘根部叶型曲线，存在着测量基准误差，造成叶型两部分数据拼接合成时，出现错位现象，当错位数值超过公差致使无法拼接合成时，需重新测量，直至能够拼接合成。

(3)组合探针数量多辅助时间长测量效率低

现有整体叶盘测量方法，一般需要4根以上球形探针，每个探针都需要调整角度，由于叶片之间层叠和扭转角的存在，对探针的角度要求十分严格，给组合探针和用三坐标标准球校验探针带来一定困难，这个过程耗费时间较长。测量时，根据整体叶盘叶型的分段选择相应的带有固定角度的探针才能测量，频繁调换探针、各段数据拼接合成辅助工作量较大，测量效率低。

(4)数据异常跳点及三坐标卡死报错问题

扫描过程中，如果遇到叶盘表面较差的情况，应用球形探针扫描的稳定性较差，容易产生跳点、大曲率型面卡死报错等现象。

人们迫切希望获得一种技术效果优良的圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除分段测量叶型中的段与段数据漏录和衔接错位现象的圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法；解决数据不连续、测量误差大问题，避免数据拼接错误，提高测量效率。可一次完成整体叶盘叶型的连续扫描测量，数据连续完整无漏录、无衔接错位，测量精度高、速度快、稳定性好，实现了整体叶盘的高效高精度测量，既能满足航空发动机整体叶盘质量控制要求，又能适应生产现场批产对测量的进度需求。

所述圆柱探针构成如下：加长杆I1、五维转接器I2、万向节3、加长杆II4和五维转接器II5；所述加长杆II4的一端通过五维转接器I2和万向节3与加长杆I1相连接，长杆II4的另一端与五维转接器II5相连接，所述五维转接器II5连接有圆柱探针I6和圆柱探针II7。

所述测量扫描整体叶盘叶身型面的方法，步骤如下：

①建立整体叶盘坐标系

将整体叶盘的基准圆与单轴高精转台的回转中心找正，然后将整体叶盘固定并校准高精转台，根据图纸要求采集相应的元素建立坐标系，并将此坐标系保存到外部坐标系。

②安装圆柱探针

根据待测量整体叶盘叶身型面，将圆柱探针安装在三坐标测量机上，圆柱型探针的安装形式参见附图2和附图3，图2中两个圆柱探针一个用于测量叶盆，另一个测量叶背。图3为单圆柱探针测量叶背的，同理，也可安装一个测量叶盆的单圆柱探针。

③利用圆柱探针扫描测量整体叶盘

整体叶盘的叶型测量是由叶盆和叶背两部分测量后拼接而成，应用圆柱探针测量叶背和叶盆的方法基本相同，现分别说明如下：

测量叶背：按照整体叶盘叶型扭转角度和叶片间距选择相应尺寸的圆柱探针I6，并确定圆柱探针I6的倾斜角度，以及扫描起始点、方向点和终止点，所选择的圆柱探针I6的尺寸和倾斜角度应能满足在前尾缘转接处与测量叶盆时的起始点终止点重合，以实现同截面上的叶背叶盆型线拼接构成完整的封闭叶形型线；用圆柱探针的圆柱侧面代替球形探针的球头与被测型面接触，使探针所扫描的轨迹能够覆盖叶背待测的型线，测量叶背的情形如图3。

测量叶盆：按照整体叶盘叶型扭转角度和叶片间距选择相应尺寸的圆柱探针II7，并确定圆柱探针II7的倾斜角度，以及扫描起始点、方向点和终止点，所选择的圆柱探针II7的尺寸和倾斜角度应能满足在前尾缘转接处与已测量的叶背的起始点终止点重合，以实现同截面上的叶背叶盆型线拼接构成完整的封闭叶形型线；利用圆柱探针的圆柱侧面代替球形探针的球头与被测型面接触，使探针所扫描的轨迹能够覆盖叶盆待测的型线，测量叶盆叶背的情形如图4；

所述测量叶背和测量叶盆所扫描的轨迹连续覆盖叶盆或叶背待测的型线。

所述测量扫描整体叶盘叶身型面的方法优化探针结构减少探针数量，球形探针在测量过程中需要5到7根，而且对探针的角度要求非要严格，容易与叶盘发生干涉现象。应用自行设计的探针只需要2到3根就能完成测量，而且探针的角度可调行较大不易发生干涉现象；简化起始点的设定，应用传统探针测量时，一般将叶型分为四段测量，为了缩短各段叶型之间的间隔，避免叶型数据漏检过大，这就要求段与段之间的起始点和终止点的距离降到最小，造成了起始点采取较为困难。应用自行设计的探针将叶型只分为叶盆和叶背两部分，避免了叶片分多段采集起始点问题；传统探针在测量过程中，遇到表面粗糙度差、曲率较大的叶片曲面时，经常出现探针卡死报错现象，导致必须重新设置相应的测量参数重新测量，自行设计的探针测量过程较为稳定，收叶片表面粗糙度及曲率大小影像很小；保证叶型全信息数据连续性，解决数据漏录和线段拼接问题。传统探针将叶型分为4段测量，段与段之间有空白段，导致数据漏录，自行设计探针将叶型分为两端测量并且交叉闭合避免了数据漏录、拼接等问题；型面测量连续无缺口、无跳点，采集数据高效准确，传统探针转接多、测杆长、转换角度，导致其平衡度差，测量过程中极易出现打折或跳点现象；解决需要多工位测量，导致叶片上下面叶型错位现象，某些叶盘由于其叶身长、曲面扭转大、开敞性差等原因，使得测量过程中必须将叶盘翻面测量，将叶型分为上下两面来测量，由于实在不同的坐标系下测量，必然会有一定的误差存在，导致上下面叶型拼接错位。自行设计的探针只在一个坐标系下测量所有的叶型，避免了上述问题大大提高了检测效率及检测。

所述圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法，不仅适用于航空发动机整体叶盘，也适用其它透平机械整体叶盘、叶轮的测量。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为用于测量整体叶盘叶身型面的圆柱探针结构示意图；

图2为双圆柱探针安装示意图；

图3为单圆柱探针安装示意图；

图4为单针测量叶盆叶背示意图；

图5为整体叶盘结构示意图；

图6为整体叶盘测量系统示意图；

图7为球形多探针测量叶型简图；

图8为叶型拼接错位简图；

图9球形探针分段扫描示意图；

图10为圆柱探针测量叶型简图；

图11为叶型打折现象示意图。

具体实施方式

实施例1

所述圆柱探针构成如下：加长杆I1、五维转接器I2、万向节3、加长杆II4和五维转接器II5；所述加长杆II4的一端通过五维转接器I2和万向节3与加长杆I1相连接，长杆II4的另一端与五维转接器II5相连接，所述五维转接器II5连接有圆柱探针I6和圆柱探针II7。

所述测量扫描整体叶盘叶身型面的方法，步骤如下：

①建立整体叶盘坐标系

将整体叶盘的基准圆与单轴高精转台的回转中心找正，然后将整体叶盘固定并校准高精转台，根据图纸要求采集相应的元素建立坐标系，并将此坐标系保存到外部坐标系。

②安装圆柱探针

根据待测量整体叶盘叶身型面，将圆柱探针安装在三坐标测量机上，圆柱型探针的安装形式参见附图2和附图3，图2中两个圆柱探针一个用于测量叶盆，另一个测量叶背。图3为单圆柱探针测量叶背的，同理，也可安装一个测量叶盆的单圆柱探针。

③利用圆柱探针扫描测量整体叶盘

整体叶盘的叶型测量是由叶盆和叶背两部分测量后拼接而成，应用圆柱探针测量叶背和叶盆的方法基本相同，现分别说明如下：

测量叶背：按照整体叶盘叶型扭转角度和叶片间距选择相应尺寸的圆柱探针I6，并确定圆柱探针I6的倾斜角度，以及扫描起始点、方向点和终止点，所选择的圆柱探针I6的尺寸和倾斜角度应能满足在前尾缘转接处与测量叶盆时的起始点终止点重合，以实现同截面上的叶背叶盆型线拼接构成完整的封闭叶形型线；用圆柱探针的圆柱侧面代替球形探针的球头与被测型面接触，使探针所扫描的轨迹能够覆盖叶背待测的型线，测量叶背的情形如图3。

测量叶盆：按照整体叶盘叶型扭转角度和叶片间距选择相应尺寸的圆柱探针II7，并确定圆柱探针II7的倾斜角度，以及扫描起始点、方向点和终止点，所选择的圆柱探针II7的尺寸和倾斜角度应能满足在前尾缘转接处与已测量的叶背的起始点终止点重合，以实现同截面上的叶背叶盆型线拼接构成完整的封闭叶形型线；利用圆柱探针的圆柱侧面代替球形探针的球头与被测型面接触，使探针所扫描的轨迹能够覆盖叶盆待测的型线，测量叶盆叶背的情形如图4；

所述测量叶背和测量叶盆所扫描的轨迹连续覆盖叶盆或叶背待测的型线。

所述测量扫描整体叶盘叶身型面的方法优化探针结构减少探针数量，球形探针在测量过程中需要5到7根，而且对探针的角度要求非要严格，容易与叶盘发生干涉现象。应用自行设计的探针只需要2到3根就能完成测量，而且探针的角度可调行较大不易发生干涉现象；简化起始点的设定，应用传统探针测量时，一般将叶型分为四段测量，为了缩短各段叶型之间的间隔，避免叶型数据漏检过大，这就要求段与段之间的起始点和终止点的距离降到最小，造成了起始点采取较为困难。应用自行设计的探针将叶型只分为叶盆和叶背两部分，避免了叶片分多段采集起始点问题；传统探针在测量过程中，遇到表面粗糙度差、曲率较大的叶片曲面时，经常出现探针卡死报错现象，导致必须重新设置相应的测量参数重新测量，自行设计的探针测量过程较为稳定，收叶片表面粗糙度及曲率大小影像很小；保证叶型全信息数据连续性，解决数据漏录和线段拼接问题。传统探针将叶型分为4段测量，段与段之间有空白段，导致数据漏录，自行设计探针将叶型分为两端测量并且交叉闭合避免了数据漏录、拼接等问题；型面测量连续无缺口、无跳点，采集数据高效准确，传统探针转接多、测杆长、转换角度，导致其平衡度差，测量过程中极易出现打折或跳点现象；解决需要多工位测量，导致叶片上下面叶型错位现象，某些叶盘由于其叶身长、曲面扭转大、开敞性差等原因，使得测量过程中必须将叶盘翻面测量，将叶型分为上下两面来测量，由于实在不同的坐标系下测量，必然会有一定的误差存在，导致上下面叶型拼接错位。自行设计的探针只在一个坐标系下测量所有的叶型，避免了上述问题大大提高了检测效率及检测。

所述圆柱探针及测量扫描整体叶盘叶身型面的方法，不仅适用于航空发动机整体叶盘，也适用其它透平机械整体叶盘、叶轮的测量。

Claims (1)

1.一种测量扫描整体叶盘叶身型面的方法，其特征在于：采用圆柱探针进行扫描测量整体叶盘叶身型面，所述圆柱探针构成如下：加长杆I(1)、五维转接器I(2)、万向节(3)、加长杆II(4)和五维转接器II(5)；所述加长杆II(4)的一端通过五维转接器I(2)和万向节(3)与加长杆I(1)相连接，长杆II(4)的另一端与五维转接器II(5)相连接，所述五维转接器II(5)连接有圆柱探针I(6)和圆柱探针II(7)；

采用圆柱探针进行扫描测量整体叶盘叶身型面的方法步骤如下：

①建立整体叶盘坐标系

将整体叶盘的基准圆与单轴高精转台的回转中心找正，然后将整体叶盘固定并校准高精转台，建立坐标系，并将此坐标系保存到外部坐标系；

②安装圆柱探针

根据待测量整体叶盘叶身型面，将圆柱探针安装在三坐标测量机上；

③利用圆柱探针扫描测量整体叶盘

整体叶盘的叶型测量是由叶盆和叶背两部分测量后拼接而成，

测量叶背：按照整体叶盘叶型扭转角度和叶片间距选择相应尺寸的圆柱探针I(6)，并确定圆柱探针I(6)的倾斜角度、扫描起始点、方向点和终止点，所选择的圆柱探针I(6)的尺寸和倾斜角度应能满足在前尾缘转接处与测量叶盆时的起始点终止点重合，以实现同截面上的叶背叶盆型线拼接构成完整的封闭叶形型线；探针所扫描的轨迹覆盖叶背待测的型线；

测量叶盆：按照整体叶盘叶型扭转角度和叶片间距选择相应尺寸的圆柱探针II(7)，并确定圆柱探针II(7)的倾斜角度、扫描起始点、方向点和终止点，所选择的圆柱探针II(7)的尺寸和倾斜角度应能满足在前尾缘转接处与已测量的叶背的起始点终止点重合，以实现同截面上的叶背叶盆型线拼接构成完整的封闭叶形型线；探针所扫描的轨迹覆盖叶盆待测的型线；

所述测量叶背和测量叶盆所扫描的轨迹连续覆盖叶盆或叶背待测的型线。