CN106738500B - 一种风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法，使用激光跟踪仪对模具型面以及工装法兰盘内表面扫描获取采样点数据，通过将SS面法兰盘内表面与模具型面采样点数据拟合到理论模型，对SS面法兰盘进行定位，再通过调控合模后PS面法兰盘、SS面法兰盘的内表面的采样点平面度，对PS面法兰盘进行定位。本发明精度更加可靠，且效率显著提高，通过对实际采样点的拟合，精确得出预埋螺栓法兰工装相对于模具的位置、角度关系，同时支持实时监测其偏差来指导调整，并且能够直接在安装固定预埋螺栓法兰工装后对其形位公差进行检测，将关键指标直观量化，保证最终安装完成时能够满足要求。

Description

一种风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法

技术领域

本发明涉及风电叶片制造技术领域。

背景技术

随着材料技术的发展，风电叶片的设计也不断呈现大型化的趋势。随着叶片长度到达一定程度，原有叶根设计中的螺栓孔数量已经不能满足玻璃钢和螺栓的强度和寿命需要。而增加螺栓孔数量，仍采用传统的后打孔工艺，孔越多则剩余的玻璃钢层数越少，叶根的强度将存在风险。在这样的背景下，预埋螺栓工艺应运而生。由于模具成本高昂，大多数企业通过在模具根部安装预埋螺栓法兰工装的改造，将其原来的叶根制作工艺由后打孔转型换成为采用预埋螺栓型，所有的螺栓套将被均匀预埋固定在叶根相应位置一体成型。

采用预埋工装的模具，模具起点即为叶片产品的起点，脱模以后叶片根部将不会进行切削打磨等机械加工，螺栓套及螺栓的位置、角度将直接由工装保证，因此工装的安装精度对叶片产品质量的影响非常关键，而如何将工装以相对于模具正确的位置、角度进行安装，一直缺少可靠的、高精度的安装检测方法；另外，预埋工装安装后，PS面法兰盘与SS面法兰盘的内表面的错位，以及所有螺栓套端面孔中心是否位于与叶根圆同心的分度圆上等，将影响模具的密封性、生产的铺层工艺以及叶片产品的装机性能和使用寿命，而这些指标的精确、快速检测也一直是技术难题。

目前对于工装的安装位置及角度确定，一般的方法为：将工装上的法兰盘靠型腔一侧的内表面，在与模具前、后缘的接触位置，分别与位于模具分型面上的“0m”圆形米标中心对齐后，再通过水平尺测量与法兰盘底部的调节螺栓将该表面调整至理论角度。模具上米标所在位置是由阳模的整米位置标记翻刻而来，在放置圆形米标以及通过目测读取米标时，皆存在一定误差；而理论角度来源于模具制作时，为降低叶尖方向上的高度，将模具相对于水平姿态转动的角度，设计标称值而难以反映模具的真实状态，另外使用水平尺测量精度也不够理想。

而安装后工装本身的形位公差，则主要通过对叶根试制件进行检测来获得，若有结果超差，再返工对工装进行调整。例如对所有螺栓套端面孔中心的分布与叶根圆圆心的相对位置关系，通过测量试制件叶根端面的每个螺栓套端面孔，由孔壁到叶根外表面的最小厚度来间接获得；而PS面法兰盘与SS面法兰盘靠型腔一侧的内表面之间的错位，则依靠对平面度检测工装与叶根端面靠紧后二者之间间隙的测量来得到。这种试制-检测-调整的循环调试方法效率低下，耗费大量时间，直接导致工装安装调试的过程被拉长，影响生产效率和经济效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法，其能提高预埋螺栓法兰工装安装时其位置、角度的定位精度，并能够直接、快速对安装后的预埋螺栓法兰工装进行检测并得出结果，使其各项关键指标能够满足要求。

本发明的技术方案是：一种风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法，使用激光跟踪仪对模具型面以及工装法兰盘内表面扫描获取采样点数据，通过将SS面法兰盘内表面与模具型面采样点数据拟合到理论模型，对SS面法兰盘进行定位，再通过调控合模后PS面法兰盘、SS面法兰盘的内表面的采样点平面度，对PS面法兰盘进行定位。

通过直接检测PS面、SS面法兰盘的内表面得到采样点的平面度表征PS面、SS面法兰盘的内表面之间的错位。

通过直接检测模具型面叶根圆与工装法兰盘的螺栓套端面孔得到采样点，对比分别拟合成圆周后的圆心坐标，表征螺栓套端面孔中心分布与叶根圆圆心的相对位置关系。

通过检测确定预埋螺栓法兰工装的安装位置及角度，预埋螺栓法兰工装的检测安装具体包括如下步骤：

S1.开模状态下，将激光跟踪仪通过三角支架平稳架设于SS面叶根距法兰盘5m距离；

S2.使用激光跟踪仪分别对模具SS面型面以及工装法兰盘内表面上的叶根圆轮廓扫描得到两组点数据；

S3.将该两组点数据与预先准备好的对应理论模型进行拟合分析；

S4.若叶根圆理论半径为R，法兰盘法线方向允许的角度偏差最大值为α，则在将实际叶根圆采样点与型面上的采样点同时拟合到理论模型后，在所有点满足整体拟合精度要求的前提下，只需监测叶根圆采样点于z方向偏差的最大值与最小值之和不大于，即可保证法兰盘法线方向的角度偏差符合标准要求；

S5.当实测偏差超出标准要求时，利用激光跟踪仪的动态测量功能，实时显示法兰盘内表面相应位置的偏差值及方向，作为参考，对预埋螺栓法兰工装进行调整，至偏差满足标准；

S6. SS面预埋螺栓法兰工装的安装位置及角度确定后，将SS面法兰盘与模具焊接固定；

S7.PS面法兰盘经与模具粗定位后与模具点焊固定，使其满足合模翻转的强度后，将PS面翻转合模并锁紧锁扣；

S8.检测人员进入模具内部，持靶球令靶球侧面与模具型面接触，靶球底部与法兰盘内表面接触，在模具型面上绕叶根圆中心扫描采样一周，则得到经径向和平面法向偏置的叶根圆采样点数据；

S9.将叶根圆点数据经平面法向补偿后拟合成平面，则拟合偏差的最大值与最小值之和即为PS面与SS面法兰盘内表面所有点的平面度，当平面度满足标准要求时， PS面法兰盘内表面与SS面法兰盘内表面对齐；

S10.当实测平面度超出标准要求时，利用激光跟踪仪的动态测量功能，实时显示靶球接触的法兰盘内表面相应位置的偏差值及方向，作为参考，对预埋螺栓法兰工装进行调整，至平面度满足标准；

S11. 预埋螺栓法兰工装安装位置及角度确定后，将PS面法兰盘与模具焊实固定。

预埋螺栓法兰工装安装好后，对合模状态下形成的形位公差进行检测，具体步骤包括：

S12.将上述步骤S8中得到的叶根圆点数据经径向和平面法向补偿后拟合成圆周，得到拟合圆周即叶根圆的半径以及圆心，各点的拟合偏差表征叶根圆圆度；

S13.将靶球压紧至法兰盘内表面上的螺栓套端面孔，靶球直径大于螺栓套端面孔孔径，使靶球底部与螺栓套端面孔边缘通过线接触定位，靶球球心在螺栓套端面孔中心线上；对PS面法兰盘、SS面法兰盘所有螺栓套端面孔取点采样得到经平面法向偏置的螺栓套端面孔中心采样点数据；

S14. 将螺栓套端面孔中心采样点数据拟合成圆周，得到拟合圆周即螺栓套端面孔中心点分度圆的半径以及圆心，各点的拟合偏差表征分度圆圆度；

S15.由于法兰盘内表面的理论法线方向与Z轴平行，得到叶根圆与螺栓套端面孔中心点分度圆的同心度为 ，表征螺栓套端面孔中心分布与叶根圆中心的相对位置关系。

本发明提出了一整套采用激光跟踪仪的安装检测方法，在将后打孔型模具改造成预埋螺栓型模具的过程中，对叶根预埋螺栓法兰工装安装至模具根部进行精确定位，以及对安装完成后的形成的关键指标进行快速检测。通过对实际采样点的拟合，精确得出预埋螺栓法兰工装相对于模具的位置、角度关系，同时支持实时监测其偏差来指导调整，并且能够直接在安装固定预埋螺栓法兰工装后对其形位公差进行检测，将关键指标直观量化，保证最终安装完成时能够满足要求。整套安装检测方法相对于现有方法，精度更加可靠，且效率显著提高。

附图说明

图1是本发明实施例中的模具SS面型面及SS面法兰盘内表面采样点数据测量示意图；

图中：1、模具SS面型面，2、SS面法兰盘内表面，3、法兰采样点数据，4、型面采样点数据，5、激光跟踪仪。

具体实施方式

预埋螺栓法兰工装是一种安装在叶片模具根部，将叶根制作工艺由后打孔型改造成预埋螺栓型，主体包括钢制法兰盘（包括PS面法兰盘和SS面法兰盘）及“T”形支架等部件的工装。本文中所提到“预埋工装”、“法兰工装”皆指预埋螺栓法兰工装。叶根圆可表示叶片与风机轮毂安装面上外缘轮廓，也可表示预埋螺栓型叶片模具型面与法兰工装内表面所在平面的相交线轮廓，本文中所提到的“叶根圆”皆指后者。

请参考图1，本发明通过SS面法兰内表面与模具型面采样点共同拟合到理论模型对SS面法兰进行定位，再通过控制合模后PS面法兰盘、SS面法兰盘共同形成的内表面的采样点平面度对PS面法兰进行定位；通过直接检测PS面、SS面法兰盘的内表面得到采样点的平面度表征其二者间的错位；通过直接检测模具型面叶根圆与工装法兰盘的螺栓套端面孔得到采样点，对比二者分别拟合成圆周后的圆心坐标，表征螺栓套端面孔分布与叶根圆圆心的相对位置关系。本发明通过一次架设仪器，三次在线检测，将预埋螺栓法兰工装精确定位至模具，同时将合模时形成的法兰内表面错位、所有螺栓套端面孔的分布与叶根圆圆心相对位置关系等指标，通过可量化的形位公差给出，整个安装检测过程高效且可靠。

对预埋螺栓法兰工装的安装位置及角度通过检测确定，其安装检测及安装的具体步骤包括：

S1.开模状态下，将激光跟踪仪5通过三角支架平稳架设于SS面叶根距SS面法兰盘约5m左右距离，此位置可保证合模时仪器不与模具干涉；

S2.使用激光跟踪仪分别对模具SS面型面1以及预埋螺栓法兰工装SS面法兰盘内表面2上的叶根圆轮廓扫描得到两组点数据：法兰采样点数据3和型面采样点数据4，如图1所示；

S3.将该两组点数据与预先准备好的对应理论模型进行拟合分析，其中半圆形法兰盘模型位于叶片坐标系XY平面（z=0）；

S4.在包括模具型面在内所有点的理论值与实测值偏差满足拟合精度要求的情况下，单独查看法兰盘内表面的点偏差，最大值、最小值（负值）即表征SS预埋螺栓法兰工装的位置偏差（即安装位置偏差），最大值与最小值之和通过换算可表征预埋螺栓法兰工装的角度偏差；若叶根圆理论半径为R，法兰盘法线方向允许的角度偏差最大值为α，则在将实际叶根圆采样点与型面上的采样点同时拟合到理论模型后，在所有点满足整体拟合精度要求的前提下，只需监测叶根圆采样点于z方向偏差的最大值与最小值之和不大于，即可保证法兰盘法线方向的角度偏差符合标准要求；

S5.如实测位置偏差和角度偏差超出标准要求，利用激光跟踪仪的动态测量功能，可通过软件内的监视功能，实时显示靶球接触的法兰盘内表面相应位置的偏差值及方向（靶球侧面与模具SS面型面接触，靶球底部与SS面法兰盘内表面接触），作为参考对预埋螺栓法兰工装进行调整，至偏差满足标准；

S6.SS面预埋螺栓法兰工装安装位置及角度确定，将SS面法兰盘与模具焊接固定；

S7.PS面法兰盘经与模具粗定位后与模具点焊固定，使其满足合模翻转的必要强度后，将PS面翻转合模并锁紧锁扣；

S8.检测人员进入模具内部，持靶球令靶球侧面与模具型面接触，靶球底部与PS面法兰盘内表面接触，在型面上绕叶根圆中心扫描采样一周，则得到经径向和平面法向偏置的叶根圆采样点数据；

S9.将叶根圆点数据经平面法向补偿后拟合成平面，则拟合偏差的最大值与最小值（负值）之和即为PS面与SS面法兰盘内表面所有点的平面度，可表征两个面的错位程度。当平面度满足标准要求时，可视做PS面法兰盘已与SS面法兰盘对齐；

S10.如实测平面度超出标准要求，利用激光跟踪仪的动态测量功能，可通过软件内的监视功能，实时显示靶球接触的法兰盘内表面相应位置的偏差值及方向，作为参考对PS面法兰盘进行调整，至平面度满足标准；

S11.此时整个预埋螺栓法兰工装的安装位置及角度确定，将PS面法兰盘与模具焊实固定，所有调节螺栓与螺母焊死。

对预埋螺栓法兰工装位置确定以后，合模状态下形成的关键形位公差检测方法步骤如下：

S12.将S8中得到的叶根圆采样点数据经径向和平面法向补偿后拟合成圆周，得到拟合圆周即叶根圆的半径以及圆心（x_r，y_r，z_r），各点的拟合偏差可表征叶根圆圆度；

S13.将靶球压紧至法兰盘内表面上的螺栓套端面孔，靶球直径大于螺栓套端面孔孔径，使靶球底部与螺栓套端面孔边缘通过线接触定位，靶球球心在螺栓套端面孔中心线上；对PS面法兰盘、SS面法兰盘所有螺栓套端面孔取点采样得到经平面法向偏置的螺栓套端面孔中心采样点数据；

S14. 将螺栓套端面孔中心采样点数据拟合成圆周，得到拟合圆周即螺栓套端面孔中心分度圆的半径以及圆心，各点的拟合偏差表征分度圆圆度；

S15. 由于法兰盘内表面的理论法线方向与Z轴平行，得到叶根圆与螺栓套端面孔中心分度圆的同心度为，表征螺栓套端面孔中心分布与叶根圆圆心的相对位置关系。

S16. 至此，仪器通过一次架设、三次在线检测，将预埋螺栓法兰工装精确定位至模具，同时将合模时形成的法兰内表面错位、所有螺栓套端面孔中心的分布与叶根圆圆心相对位置关系等指标，通过可量化的形位公差给出，整个安装检测过程高效且可靠。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法，其特征是，使用激光跟踪仪对模具型面以及工装法兰盘内表面扫描获取采样点数据，通过将SS面法兰盘内表面与模具型面采样点数据拟合到理论模型，对SS面法兰盘进行定位，再通过调控合模后PS面法兰盘、SS面法兰盘的内表面的采样点平面度，对PS面法兰盘进行定位；

通过检测确定预埋螺栓法兰工装的安装位置及角度，预埋螺栓法兰工装的检测安装具体包括如下步骤：

S1.开模状态下，将激光跟踪仪通过三角支架平稳架设于SS面叶根距法兰盘5m距离；

S2.使用激光跟踪仪分别对模具SS面型面以及工装法兰盘内表面上的叶根圆轮廓扫描得到两组点数据；

S3.将该两组点数据与预先准备好的对应理论模型进行拟合分析；

S4.若叶根圆理论半径为R，法兰盘法线方向允许的角度偏差最大值为α，则在将实际叶根圆采样点与型面上的采样点同时拟合到理论模型后，在所有点满足整体拟合精度要求的前提下，只需监测叶根圆采样点于z方向偏差的最大值与最小值之和不大于，即可保证法兰盘法线方向的角度偏差符合标准要求；

S5.当实测偏差超出标准要求时，利用激光跟踪仪的动态测量功能，实时显示法兰盘内表面相应位置的偏差值及方向，作为参考，对预埋螺栓法兰工装进行调整，至偏差满足标准；

S6. SS面预埋螺栓法兰工装的安装位置及角度确定后，将SS面法兰盘与模具焊接固定；

S7.PS面法兰盘经与模具粗定位后与模具点焊固定，使其满足合模翻转的强度后，将PS面翻转合模并锁紧锁扣；

S8.检测人员进入模具内部，持靶球令靶球侧面与模具型面接触，靶球底部与法兰盘内表面接触，在模具型面上绕叶根圆中心扫描采样一周，则得到经径向和平面法向偏置的叶根圆采样点数据；

S9.将叶根圆点数据经平面法向补偿后拟合成平面，则拟合偏差的最大值与最小值之和即为PS面与SS面法兰盘内表面所有点的平面度，当平面度满足标准要求时， PS面法兰盘内表面与SS面法兰盘内表面对齐；

S10.当实测平面度超出标准要求时，利用激光跟踪仪的动态测量功能，实时显示靶球接触的法兰盘内表面相应位置的偏差值及方向，作为参考，对预埋螺栓法兰工装进行调整，至平面度满足标准；

S11. 预埋螺栓法兰工装安装位置及角度确定后，将PS面法兰盘与模具焊实固定。

2.根据权利要求1所述的风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法，其特征是，通过直接检测PS面、SS面法兰盘的内表面得到采样点的平面度表征PS面、SS面法兰盘的内表面之间的错位。

3.根据权利要求1所述的风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法，其特征是，通过直接检测模具型面叶根圆与工装法兰盘的螺栓套端面孔得到采样点，对比分别拟合成圆周后的圆心坐标，表征螺栓套端面孔中心分布与叶根圆圆心的相对位置关系。

4.根据权利要求1所述的风电叶片模具预埋螺栓法兰工装的安装检测方法，其特征是，预埋螺栓法兰工装安装好后，对合模状态下形成的形位公差进行检测，具体步骤包括：

S12.将上述步骤S8中得到的叶根圆点数据经径向和平面法向补偿后拟合成圆周，得到拟合圆周即叶根圆的半径以及圆心，各点的拟合偏差表征叶根圆圆度；

S13.将靶球压紧至法兰盘内表面上的螺栓套端面孔，靶球直径大于螺栓套端面孔孔径，使靶球底部与螺栓套端面孔边缘通过线接触定位，靶球球心在螺栓套端面孔中心线上；对PS面法兰盘、SS面法兰盘所有螺栓套端面孔取点采样得到经平面法向偏置的螺栓套端面孔中心采样点数据；

S14. 将螺栓套端面孔中心采样点数据拟合成圆周，得到拟合圆周即螺栓套端面孔中心点分度圆的半径以及圆心，各点的拟合偏差表征分度圆圆度；

S15.由于法兰盘内表面的理论法线方向与Z轴平行，得到叶根圆与螺栓套端面孔中心点分度圆的同心度为，表征螺栓套端面孔中心分布与叶根圆中心的相对位置关系。