CN105953760B - 一种基于三坐标的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三坐标的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，该方法先装夹工件，在导向器叶片中选定第一叶片，并依此粗建坐标系，先后用手动模式和自动模式触测导向器法兰端面和外通道，再扫描选定叶片叶背段，并依此精建坐标系，通过坐标系依次变换对叶片尾缘段依次扫描，提取轴向和角向的极值，并求得轴向跳动量和角向跳动量，最后输出结果，并根据结果判断装配是否合格。本发明无需专门的工装，操作加单，节省人力；计算精度较高，测量具备可重复性，稳定性较好。

Description

一种基于三坐标的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法

技术领域

本发明涉及导向器叶片尾缘跳动量测量方法技术领域，尤其涉及一种基于三坐标的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法。

背景技术

涡轮导向器叶片尾缘跳动量包括轴向跳动量、角向跳动量，是最能表征导向器排气喉道面积大小的两个重要参数，是影响导向器气动性能及工作稳定性的重要参数，在导向器设计，生产中对该两个参数均有严格要求。其数值直接影响发动机的流量、推力、转速、效率等，是决定发动机整机性能的重要参数。

目前在实际生产中多采用两种专门工装分别对涡轮导向器叶片尾缘轴向、角向跳动量进行检验。将待测导向器装夹在工装上；通过三爪卡盘找正导向器中心轴；采用千分表对导向器进行反复找平；最后采用千分表与触头配合分别测量涡轮导向器叶片尾缘轴向、角向跳动量并记录数据。由于导向器流道及端面存在铸造差异，中心轴找正及端面找平均比较困难，找正找平过程中存在相应的人为误差。因此测量得到的尾缘跳动量误差较大。另外专门工装成本较高、工人劳动强度大、测量重复性差、效率低等问题，严重影响涡轮导向器调配、装配试车进度以及发动机的整机性能。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于三坐标的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，用以解决现有方法的以上问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于三坐标的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，该测量方法的步骤包括：

步骤一、装夹工件，将导向器固定在快速夹紧装置上，再将快速夹紧装置固定在三坐标测量台上；

步骤二、导向器的设计图纸上坐标系Z轴所指定的叶片选定第一叶片，并以此为依据再选定三个叶片，根据第一叶片粗建坐标系；

步骤三、使用三坐标手动模式触测导向器法兰端面及外通道，再将手动模式改为自动模式，触测导向器法兰端面及外通道；

步骤四、对步骤二选定的四个叶片进行指定截面叶背段扫描，通过所选四个叶片对应的扫描段在PC-DMIS三坐标测量软件中应用最佳拟合方法对导向器进行精建坐标系；

步骤五、按照图纸要求对第一叶片指定截面的尾缘段进行线性扫描，依次变换坐标系对其它叶片尾缘段进行线性扫描；

步骤六、采用提取最大值公式，沿X轴方向提取各叶片线性扫描段的导向器叶片尾缘同一平面的极值，Z轴方向提取各叶片线性扫描段的叶片尾缘同一半径截面角向方向的极值；

步骤七、用所提取的极值构建数组，并计算导向器叶片尾缘同一平面的轴向跳动量及尾缘同一截面半径的角向跳动量；

步骤八、保存并输出测量结果，大于尾缘角向和轴向跳动量的允许偏差的导向器，认定为不符合装配要求。

快速夹紧装置包括：平台(1)、减重孔(2)、定位销(3)、螺栓(4)、底座(5)、斜锥(6)、锁紧螺栓(7)；快速夹紧装置具有初步对正导向器中心轴线及角向位置功能。

步骤一中，固定导向器的方法具体如下：

在导向器的叶片中任选三个叶片，保证所选三个叶片两两之间的角度小于等于180°且大于60°；

将所选叶片的前缘放在平台(1)上，旋转导向器使所选叶片与定位销(3)相切；

将斜锥(6)套在底座(5)上，并拧紧锁紧螺栓(7)，并保证拧紧锁紧螺栓(7)时导向器所选叶片依然可以与定位销(3)相切。

快速夹紧装置通过螺栓(4)固定在三坐标测量台上。

步骤二中选定的四个叶片里任意相邻的两个叶片之间的角度小于180°。

步骤二中，粗建坐标系的坐标原点为导向器中心，X轴与发动机轴线重合、方向指向导向器排气一侧，Z轴为叶片径向、方向为远离发动机轴线方向。

步骤四中，精简坐标系的坐标原点为导向器中心，X轴与发动机轴线重合、方向指向导向器排气一侧，Z轴为叶片径向、方向为远离发动机轴线方向。其中叶片的叶背段和尾缘段在叶片的设计过程中即有划分。

步骤五中，经过变换坐标系后，新坐标系Z轴所指叶片即为变换坐标系后要进行尾缘段进行线性扫描的叶片，其中变换坐标系的方法为：

保持X轴不变，绕X轴将坐标系逆时针旋转角度α；

α＝360°/k，其中k为导向器的叶片总个数。

步骤七中，轴向跳动量为导向器叶片尾缘同一平面的极值的最大值与最小值的差。

步骤七中，角向跳动量为导向器叶片尾缘同一半径截面角向方向的极值的极大值与极小值的差。

步骤八中，导向器叶片尾缘跳动量(轴向跳动量、角向跳动量)，是最能表征导向器排气喉道面积大小的两个重要参数，其数值直接影响发动机的流量、推力、转速、效率等。在导向器部件生产中对该两个参数均有严格要求，一般在设计图纸中规定导向器叶片尾缘跳动量允许偏差(公差带)。因此，在使用、装配前需要测量导向器叶片尾缘跳动量，看测量结果是否在允许偏差范围内，若超出允许偏差，特别是在航空航天发动机等军品零部件中，很少让其接收使用。

本发明有益效果如下：

1.数值更准确：本发明按涡轮导向器设计图纸要求对指定截面的整个尾缘段进行线性扫描测量，确保叶片尾缘的轴向极值、角向极值在扫描范围内。

2.测量计算更稳定、重复性好：本发明避免了人工找正导向器中心轴线、找平叶片等，大大降低了测量误差。

3.降低了工人劳动强度：针对不同涡轮导向器编制相应测量程序，工人只需装夹导向器到三坐标平台上，打开指定程序自动测量。保证一次装夹同时完成涡轮导向器叶片尾缘轴向、角向跳动量，大大降低了工人劳动强度。

4.无需专门工装：本发明不依赖于专门测具，降低了生产成本，快速夹紧装置，制作简单，操作方便，适用于大部分涡轮导向器叶片尾缘轴向、角向跳动量测量。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明测量方法的流程图

图2为快速夹紧装置俯视图

图3为快速夹紧装置A-A截面剖视图

图4为叶片指定截面叶背段及尾缘段的扫描示意图

图中：1.平台、2.减重孔、3.定位销、4.螺栓、5.底座、6.斜锥、7.锁紧螺栓。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

使用本发明的方法对含有19个叶片的导向器的叶片尾缘跳动量进行测量。

步骤一、装夹工件，在导向器的叶片中选择三个叶片：第一叶片、第八叶片、第十四叶片；所选三个叶片两两之间的角度小于等于180°且大于60°；将所选叶片的前缘放在平台1上，旋转导向器使所选叶片与定位销3相切；将斜锥6套在底座5上，并拧紧锁紧螺栓7，并保证拧紧锁紧螺栓7时导向器所选叶片依然可以与定位销3相切，再将快速夹紧装置通过螺栓4固定在三坐标测量台上；快速夹紧装置具有初步对正导向器中心轴线及角向位置功能。

步骤二、导向器设计图纸上坐标系Z轴所指定的叶片选定为第一叶片，并以此为依据再选定三个叶片：第六叶片、第十一叶片、第十六叶片；满足选定的四个叶片里任意相邻的两个叶片之间的角度小于180°；再根据第一叶片粗建坐标系，坐标原点为导向器中心，X轴与发动机轴线重合、方向指向导向器排气一侧，Z轴为叶片径向、方向为远离发动机轴线方向。

步骤三、使用三坐标手动模式触测导向器法兰端面及外通道，再将手动模式改为自动模式，触测导向器法兰端面及外通道。

步骤四、对步骤二选定的四个叶片进行指定截面叶背段扫描，通过所选四个叶片对应的扫描段在PC-DMIS三坐标测量软件中应用最佳拟合方法对导向器进行精建坐标系，坐标原点为导向器中心，X轴与发动机轴线重合、方向指向导向器排气一侧，Z轴为叶片径向、方向为远离发动机轴线方向。

步骤五、按照图纸要求对第一叶片指定截面的尾缘段进行线性扫描，依次变换坐标系，每次使坐标系绕X轴逆时针旋转角度360°/19，新的坐标系Z轴所指叶片即为变换坐标系后的待测叶片，并依次对叶片尾缘段进行线性扫描。

步骤六、采用提取最大值公式，沿X轴方向提取各叶片线性扫描段的导向器叶片尾缘同一平面的极值，Z轴方向提取各叶片线性扫描段的叶片尾缘同一半径截面角向方向的极值；

步骤七、用所提取的极值构建数组，并计算导向器叶片尾缘同一平面的轴向跳动量及尾缘同一截面半径的角向跳动量；轴向跳动量为导向器叶片尾缘同一平面的的极值的最大值与最小值的差；角向跳动量为导向器叶片尾缘同一半径截面角向方向的极大值与极小值的差。

步骤八、保存并输出结果，大于尾缘角向和轴向跳动量的允许偏差的导向器，认定为不符合装配要求。

实际生产中多采用专门的工装，人工打百分表的方式测量导向器尾缘跳动量，专门工装成本较高、工人劳动强度大、测量重复性差、效率低等问题。采用此种测量方法测量，效率高，测量结果一致性高。实际对比了采用工装和三坐标快速测量方法测量，并进行了统计，如下表1所示。从表1可以看出，此三坐标快速测量方法，大大了提高了检测效率，并且测量结果一致性高，精度也比人工方法更高。

表1工装人工测量和三坐标快速测量结果对比

综上所述，本发明实施例提供了一种基于三坐标的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，本发明按涡轮导向器设计图纸要求对指定截面的整个尾缘段进行线性扫描测量，确保叶片尾缘的轴向极值、角向极值在扫描范围内。本发明避免了人工找正导向器中心轴线、找平叶片等，大大降低了测量误差。针对不同涡轮导向器编制相应测量程序，工人只需装夹导向器到三坐标平台上，打开指定程序自动测量。保证一次装夹同时完成涡轮导向器叶片尾缘轴向、角向跳动量，大大降低了工人劳动强度。本发明不依赖于专门测具，降低了生产成本，快速夹紧装置，制作简单，操作方便，适用于大部分涡轮导向器叶片尾缘轴向、角向跳动量测量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于三坐标的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，该测量方法的步骤包括：

步骤一、装夹工件，将导向器固定在快速夹紧装置上，再将快速夹紧装置固定在三坐标测量台上；

步骤二、选定第一叶片，并以此为依据再选定三个叶片，根据第一叶片粗建坐标系；

步骤三、使用三坐标手动模式触测导向器法兰端面及外通道，再将手动模式改为自动模式，触测导向器法兰端面及外通道；

步骤四、对步骤二选定的四个叶片进行指定截面叶背段扫描，通过所选四个叶片对应的扫描段在PC-DMIS三坐标测量软件中应用最佳拟合方法对导向器进行精建坐标系；

步骤五、对第一叶片指定截面的尾缘段进行线性扫描，依次变换坐标系对其它叶片尾缘段进行线性扫描；

步骤六、采用提取最大值公式，沿X轴方向提取各叶片线性扫描段的导向器叶片尾缘同一平面的极值，Z轴方向提取各叶片线性扫描段的叶片尾缘同一半径截面角向方向的极值；

步骤七、用所提取的极值构建数组，并计算导向器叶片尾缘同一平面的轴向跳动量及尾缘同一截面半径的角向跳动量；

步骤八、保存并输出测量结果，大于尾缘角向和轴向跳动量的允许偏差的导向器，认定为不符合装配要求。

2.根据权利要求1所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述快速夹紧装置包括：平台(1)、减重孔(2)、定位销(3)、螺栓(4)、底座(5)、斜锥(6)、锁紧螺栓(7)；所述快速夹紧装置具有初步对正导向器中心轴线及角向位置功能。

3.根据权利要求2所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述步骤一中，固定导向器的方法具体如下：

在导向器的叶片中任选三个叶片，保证所选三个叶片两两之间的角度小于等于180°且大于60°；

将所选叶片的前缘放在所述平台(1)上，旋转导向器使所选叶片与所述定位销(3)相切；

将斜锥(6)套在底座(5)上，并拧紧锁紧螺栓(7)，并保证拧紧锁紧螺栓(7)时导向器所选叶片依然可以与定位销(3)相切。

4.根据权利要求3所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述步骤一中，所述快速夹紧装置通过螺栓(4)固定在所述三坐标测量台上。

5.根据权利要求1-4任一所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述步骤二中选定的四个叶片里任意相邻的两个叶片之间的角度小于180°。

6.根据权利要求5所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述步骤二中，所述粗建坐标系的坐标原点为导向器中心，X轴与发动机轴线重合、方向指向导向器排气一侧，Z轴为叶片径向、方向为远离发动机轴线方向。

7.根据权利要求5所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述步骤四中，所述精建坐标系的坐标原点为导向器中心，X轴与发动机轴线重合、方向指向导向器排气一侧，Z轴为叶片径向、方向为远离发动机轴线方向。

8.根据权利要求5所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述步骤五中，变换坐标系的方法为：

保持X轴不变，绕X轴将坐标系逆时针旋转角度α；

所述α＝360°/k，其中k为导向器的叶片总个数。

9.根据权利要求8所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述步骤七中，轴向跳动量为导向器叶片尾缘同一平面的极值的最大值与最小值的差。

10.根据权利要求9所述的导向器叶片尾缘跳动量快速测量方法，其特征在于，所述步骤七中，角向跳动量为导向器叶片尾缘同一半径截面角向方向的极值的极大值与极小值的差。