CN106500647B - 采用三坐标测量臂检查转轮叶片装配角度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种采用专业的空间坐标测量工具三坐标测量臂来测量转轮叶片的装配进、出口角的方法。通过三坐标测量臂测量叶片装配后转轮尺寸检查标准中给出的相应高度位置进、出口截面的一系列坐标值，将实际测量坐标值与理论坐标数据比对计算，获得叶片装配的进、出口角数值，进而调整转轮叶片的装配位置，提高装配精度。本发明提出的测量转轮叶片装配进、出口角的方法，可以取代笨重的样板架及样板工具，针对不同尺寸和结构的转轮，一个三坐标测量臂代替所有的样板架及样板工具，在转轮制造过程中可持续的节约成本；可以避开人为主观因素，获得更加更加客观、可靠的结果；测量效率及测量精度更高。

Description

采用三坐标测量臂检查转轮叶片装配角度的方法
技术领域
本发明涉及一种采用三坐标测量臂检查转轮叶片装配角度的方法。
背景技术
水轮机转轮是水轮发电机组的关键部件，它的作用可以比喻为人体的心脏，转轮制造水平代表着机组的综合开发研制水平和能力。为了提高水力效率，转轮的结构尺寸公差和水力型线公差均采用高的标准要求，除了单件加工精度要求高之外，转轮装配精度要求同样很高，转轮叶片的装配角度直接影响到该转轮的水利效率。传统的叶片装配进、出口角尺寸检查方法为：针对单个转轮制备一套专用的样板工具及笨重的工具定位架，将样板工具置于工具定位架上后套入叶片端部，之后测量叶片的装配进出口角数值，从而判断叶片装配是否符合设计要求。
该方法的缺点是：
1)转轮的尺寸不同、型号不同，需要的样板工具也不同，因此所有的样板工具都是专用工具，配套成本高；
2)对于大中型转轮而言，需要的样板工具及配套工具定位架尺寸也较大，导致整套工具十分笨重，对转轮的每个叶片进行进、出口角测量时，搬运起来十分困难，工作效率低；
3)采用样板工具检查叶片的进、出口角时，样板的加工精度、工具定位架的加工精度、工具定位架的定位位置以及检查人员的人为因素均会影响叶片进、出口角装配精度的检查结果，影响因素复杂，检查精度差。
基于以上传统转轮叶片装配尺寸检查方法，诸多缺点影响了现阶段公司转轮装配质量，为了进一步提高转轮装配制造水平，改进转轮叶片装配测量方法迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提出一种采用三坐标测量臂检查转轮叶片装配角度的方法，提高测量精度及测量效率，降低测量成本。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
1)按照设计标准，以转轮上冠(1)外沿与转轮叶片(2)装配的平面(4)为高度零点，在进水端指定转轮叶片(2)的三个检查高度截面：第一截面(5)、第二截面(6)、第三截面(7)，在出水端指定转轮叶片(2)的三个检查高度截面第四截面(8)、第五截面(9)、第六截面(10)；
2)以转轮中心轴线为三维坐标的Z轴，转轮上冠(1)外沿与转轮叶片(2)装配的平面(4)为Z轴零点O，X、Y轴任意选取，理论坐标以本三维坐标系来标定；
3)设计初始，给出第一截面(5)、第二截面(6)、第三截面(7)、第四截面(8)、第五截面(9)、第六截面(10)的转轮叶片(2)的局部理论型线数据，给出转轮叶片(2)每个检查高度截面与叶片外切圆切点(11)及内切圆切点(12)的理论三维坐标值，并将叶片外切圆切点(11)及叶片内切圆切点(12)标定出来；
3)设计初始，在每个检查高度截面上，距离检查高度截面与叶片外切圆切点(11)及叶片内切圆切点(12)每隔至少100mm标定一个点，进水边两侧分别标定两个点：第一标定点(13)、第二标定点(14)、第三标定点(15)、第四标定点(16)，出水边两侧分别标定两个点：第五标定点(17)、第六标定点(18)、第七标定点(19)、第八标定点(20)，给出所有标定点的理论三维坐标值；
4)叶片加工过程中，加工出上述各标定点的位置，方便后续测量；
5)转轮的上冠(1)、下环(3)及转轮叶片(2)加工完毕进入装配焊接阶段，吊放转轮上冠(1)于平台上，调平，固定，划出转轮叶片(2)的装配位置线；
6)按线吊装所有叶片，拉筋固定；
7)以转轮中心轴线为三维坐标的Z轴，转轮上冠(1)外沿与转轮叶片(2)装配的平面(4)为Z轴零点O，X、Y轴任意选取，实际坐标以本三维坐标系来标定；
8)采用三坐标测量臂测量每个叶片每个检查高度截面上标定点的实际三维坐标值；
9)以单片叶片进水边的一个检查高度截面为例，根据检查高度截面与叶片外切圆切点(11)的坐标值和该检查高度截面的第一标定点(13)坐标值，对比理论数据和实测数据，坐标值包括xn0，yn0，xnm，ynm，x′n0，y′n0，x′nm，y′nm，其中：
(xn0，yn0)为转轮叶片(2)的检查高度截面与叶片外切圆切点(11)的理论直角坐标值；
(xnm，ynm)为转轮叶片(2)上第一标定点(13)的理论坐标值；
(x′n0，y′n0)为转轮叶片(2)的检查高度截面与叶片外切圆切点(11)的实测直角坐标值；
(x′nm，y′nm)为转轮叶片(2)上第一标定点(13)的实测坐标值
根据上述的坐标值计算转轮叶片安装的进口角Δβnm，计算公式如下：
叶片出口角的计算方法同样可由此公式计算；
10)根据第一标定点(13)、第二标定点(14)、第三标定点(15)、第四标定点(16)与叶片外切圆切点(11)的坐标数据计算不同的进口角结果，该叶片的实际进口角数据由以上四个进口角结果取平均值获得；
11)根据第五标定点(17)、第六标定点(18)、第七标定点(19)、第八标定点(20)与叶片内切圆切点(12)的坐标数据计算不同的出口角结果，该叶片的实际出口角数据由以上四个出口角结果取平均值获得；
12)根据获得的每片叶片的安装进口角和出口角值，参考设计公差标准，对于角度超差的叶片调整位置，使其符合设计标准，满足水利要求。
技术效果：
采用本发明检查转轮叶片装配的进、出口角，具有以下优点：
1)可以采用专业的空间坐标测量工具三坐标测量臂取代笨重的样板架及样板工具，针对不同尺寸和结构的转轮，一个三坐标测量臂可以代替所有的样板架及样板工具，可以在转轮制造过程中持续的节约成本；
2)整个检查过程没有人为主观因素影响数据测量精度，结果更加客观、可靠；
3)取代样板架和样板工具之后，整个检查过程更加轻便快捷，检查结果均在后台计算完成，效率更高。
本发明可行的必要条件为，叶片上标定的测量点，其理论的高度Z坐标与实际装配时该测量点的Z坐标偏差小，若装配时Z坐标偏差过大，会导致测量的X、Y数据在一定程度上失真，进、出口角计算结果偏差会随着标定点高度方向装配偏差的增大而增大。因此，采用本发明进行转轮叶片装配进、出口角测量及计算，需要在转轮叶片装配时实时测量标定点的高度装配公差，并将该公差严格控制在较小范围内。此外，在每次进行叶片进、出口角测量之前，均要测量一次标定点的高度方向的公差，并保证该公差在设定的范围内。这一工序可以保障进、出口角测量及计算结果的准确性。
附图说明
图1为转轮结构及叶片检查高度截面示意图
图2为转轮叶片设计及测量标定点示意图
图3为转轮叶片装配理论坐标位置与实际坐标位置及几何换算示意图
具体实施方式
本发明是一种新的转轮叶片装配进、出口角检查方法，用于取代传统的样板工具及工具定位架，提高测量精度及测量效率，降低测量成本。本发明的具体实施方案为：
1)如图1所示，按照设计标准，以转轮上冠1外沿与转轮叶片2装配的平面4为高度零点，在进水端指定转轮叶片2的三个检查高度截面：第一截面5、第二截面6、第三截面7，在出水端指定转轮叶片2的三个检查高度截面第四截面8、第五截面9、第六截面10；
2)以转轮中心轴线为三维坐标的Z轴，转轮上冠1外沿与转轮叶片2装配的平面4为Z轴零点O，X、Y轴任意选取，理论坐标以本三维坐标系来标定；
3)设计初始，给出第一截面5、第二截面6、第三截面7、第四截面8、第五截面9、第六截面10的转轮叶片2的局部理论型线数据，如图2所示，给出转轮叶片2每个检查高度截面与叶片外切圆切点11及内切圆切点12的理论三维坐标值，并将叶片外切圆切点11及叶片内切圆切点12标定出来；
3)如图2所示，设计初始，在每个检查高度截面上，距离检查高度截面与叶片外切圆切点11及叶片内切圆切点12每隔至少100mm标定一个点，进水边两侧分别标定两个点：第一标定点13、第二标定点14、第三标定点15、第四标定点16，出水边两侧分别标定两个点：第五标定点17、第六标定点18、第七标定点19、第八标定点20，给出所有标定点的理论三维坐标值；
4)叶片加工过程中，加工出上述各标定点的位置，方便后续测量；
5)转轮的上冠1、下环3及转轮叶片2加工完毕进入装配焊接阶段，吊放转轮上冠1于平台上，调平，固定，划出转轮叶片2的装配位置线；
6)按线吊装所有叶片，拉筋固定；
7)以转轮中心轴线为三维坐标的Z轴，转轮上冠1外沿与转轮叶片(2)装配的平面4为Z轴零点O，X、Y轴任意选取，实际坐标以本三维坐标系来标定；
8)采用三坐标测量臂测量每个叶片每个检查高度截面上标定点的实际三维坐标值；
9)以单片叶片进水边的一个检查高度截面为例，根据检查高度截面与叶片外切圆切点11的坐标值和该检查高度截面的第一标定点13坐标值，对比理论数据和实测数据，如图3所示，坐标值包括xn0，yn0，xnm，ynm，x′n0，y′n0，x′nm，y′nm，其中：
(xn0，yn0)为转轮叶片2的检查高度截面与叶片外切圆切点11的理论直角坐标值；
(xnm，ynm)为转轮叶片2上第一标定点13的理论坐标值；
(x′n0，y′n0)为转轮叶片2的检查高度截面与叶片外切圆切点11的实测直角坐标值；
(x′nm，y′nm)为转轮叶片2上第一标定点13的实测坐标值
根据上述的坐标值计算转轮叶片安装的进口角Δβnm，计算公式如下：
叶片出口角的计算方法同样可由此公式计算；
10)根据第一标定点13、第二标定点14、第三标定点15、第四标定点16与叶片外切圆切点11的坐标数据计算不同的进口角结果，该叶片的实际进口角数据由以上四个进口角结果取平均值获得；
11)根据第五标定点17、第六标定点18、第七标定点19、第八标定点20与叶片内切圆切点12的坐标数据计算不同的出口角结果，该叶片的实际出口角数据由以上四个出口角结果取平均值获得；
12)根据获得的每片叶片的安装进口角和出口角值，参考设计公差标准，对于角度超差的叶片调整位置，使其符合设计标准，满足水利要求。
根据三坐标测量臂的测量范围，可在其确定坐标系后一次测量多片叶片上标定点的坐标数据。
根据三坐标测量臂的测量范围，当三坐标测量臂无法一次测量完所有叶片上标定点的坐标数据时，可调节三坐标测量臂的位置以实现对其他叶片上标定点进行坐标测量，调节三坐标测量臂的位置后，需首先重新确定坐标系，重新确定的坐标系X、Y轴任意选取。

Claims (3)

1.一种采用三坐标测量臂检查转轮叶片装配角度的方法，其特征是：
1)按照设计标准，以转轮上冠(1)外沿与转轮叶片(2)装配的平面(4)为高度零点，在进水端指定转轮叶片(2)的三个检查高度截面：第一截面(5)、第二截面(6)、第三截面(7)，在出水端指定转轮叶片(2)的三个检查高度截面第四截面(8)、第五截面(9)、第六截面(10)；
2)以转轮中心轴线为三维坐标的Z轴，转轮上冠(1)外沿与转轮叶片(2)装配的平面(4)为Z轴零点O，X、Y轴任意选取，理论坐标以本三维坐标系来标定；
3)设计初始，给出第一截面(5)、第二截面(6)、第三截面(7)、第四截面(8)、第五截面(9)、第六截面(10)的转轮叶片(2)的局部理论型线数据，给出转轮叶片(2)每个检查高度截面与叶片外切圆切点(11)及内切圆切点(12)的理论三维坐标值，并将叶片外切圆切点(11)及叶片内切圆切点(12)标定出来；
3)设计初始，在每个检查高度截面上，距离检查高度截面与叶片外切圆切点(11)及叶片内切圆切点(12)每隔至少100mm标定一个点，进水边两侧分别标定两个点：第一标定点(13)、第二标定点(14)、第三标定点(15)、第四标定点(16)，出水边两侧分别标定两个点：第五标定点(17)、第六标定点(18)、第七标定点(19)、第八标定点(20)，给出所有标定点的理论三维坐标值；
4)叶片加工过程中，加工出上述各标定点的位置，方便后续测量；
5)转轮的上冠(1)、下环(3)及转轮叶片(2)加工完毕进入装配焊接阶段，吊放转轮上冠(1)于平台上，调平，固定，划出转轮叶片(2)的装配位置线；
6)按线吊装所有叶片，拉筋固定；
7)以转轮中心轴线为三维坐标的Z轴，转轮上冠(1)外沿与转轮叶片(2)装配的平面(4)为Z轴零点O，X、Y轴任意选取，实际坐标以本三维坐标系来标定；
8)采用三坐标测量臂测量每个叶片每个检查高度截面上标定点的实际三维坐标值；
9)以单片叶片进水边的一个检查高度截面为例，根据检查高度截面与叶片外切圆切点(11)的坐标值和该检查高度截面的第一标定点(13)坐标值，对比理论数据和实测数据，坐标值包括xn0，yn0，xnm，ynm，x′n0，y′n0，x′nm，y′nm，其中：
(xn0，yn0)为转轮叶片(2)的检查高度截面与叶片外切圆切点(11)的理论直角坐标值；
(xnm，ynm)为转轮叶片(2)上第一标定点(13)的理论坐标值；
(x′n0，y′n0)为转轮叶片(2)的检查高度截面与叶片外切圆切点(11)的实测直角坐标值；
(x′nm，y′nm)为转轮叶片(2)上第一标定点(13)的实测坐标值
根据上述的坐标值计算转轮叶片安装的进口角Δβnm，计算公式如下：
叶片出口角的计算方法同样可由此公式计算；
10)根据第一标定点(13)、第二标定点(14)、第三标定点(15)、第四标定点(16)与叶片外切圆切点(11)的坐标数据计算不同的进口角结果，该叶片的实际进口角数据由以上四个进口角结果取平均值获得；
11)根据第五标定点(17)、第六标定点(18)、第七标定点(19)、第八标定点(20)与叶片内切圆切点(12)的坐标数据计算不同的出口角结果，该叶片的实际出口角数据由以上四个出口角结果取平均值获得；
12)根据获得的每片叶片的安装进口角和出口角值，参考设计公差标准，对于角度超差的叶片调整位置，使其符合设计标准，满足水利要求。
2.根据权利要求1所述的采用三坐标测量臂检查转轮叶片装配角度的方法，其特征是：根据三坐标测量臂的测量范围，可在其确定坐标系后一次测量多片叶片上标定点的坐标数据。
3.根据权利要求1所述的采用三坐标测量臂检查转轮叶片装配角度的方法，其特征是：根据三坐标测量臂的测量范围，当三坐标测量臂无法一次测量完所有叶片上标定点的坐标数据时，可调节三坐标测量臂的位置以实现对其他叶片上标定点进行坐标测量，调节三坐标测量臂的位置后，需首先重新确定坐标系，重新确定的坐标系X、Y轴任意选取。
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