CN107806836A - 一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，包括以下步骤，首先，将被测叶片装夹在五轴联动机床上，并设置五轴联动点光源测量机的测量参数；其次，提取测量截面的理论型线，并将理论型线导入五轴联动点光源测量机上的测量系统中；再者，确定上述所得的理论型线上的六个预定位点，六个预定位点分别为叶片型面前缘最远点A、后缘最远点B、前缘叶盆测量点C、前缘叶背测量点D、后缘叶盆测量点E和后缘叶盆测量点F；接着，测量所述六个预定位点的实际坐标值，根据所得的六个预定位点的实际坐标值修正叶型的理论型线，得到修正后的叶型测量轨迹；最后，根据上述所得的新叶型测量轨迹对叶片型面进行检测。

Description

一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法

技术领域

本发明属于机械加工类检测方法领域，具体涉及一种基于五轴联动点光源的航空发动机精锻叶片型面检测方法

背景技术

新型航空发动机叶片形状复杂，叶型的曲率变化大，前后缘形状由圆弧变为不规则曲线，叶型公差要求严。传统的接触式坐标测量机在测量精锻叶片型面时，以叶片榫头为定位基准建立测量坐标系，完全按照理论点坐标，规划测量路径，受榫头加工误差影响，测量叶片型面轮廓度，特别是叶片前后缘形状时，测量点的位置并非真正需要测量的位置，测量误差比较大。传统的接触式测量与五轴联动点光源测量机在测量参数设置上也有很大的差别，如果测量参数设置不合理，同样会影响测量结论的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，解决了现有的在测量精锻叶片型面时，以叶片榫头为定位基准建立测量坐标系，完全按照理论点坐标，规划测量路径，受榫头加工误差影响，测量叶片型面轮廓度，特别是叶片前后缘形状时，测量点的位置并非真正需要测量的位置，测量误差比较大的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将被测叶片装夹在五轴联动机床上，并设置五轴联动点光源测量机的测量参数；

第二步，在UG软件中，根据被测叶片的理论数模中测量截面的高度，提取测量截面的理论型线，并将理论型线导入五轴联动点光源测量机上的测量系统中；

第三步，在上述所得的理论型线上取六个预定位点，六个预定位点分别为叶片型面前缘最远点A、后缘最远点B、前缘叶盆测量点C、前缘叶背测量点D、后缘叶盆测量点E和后缘叶盆测量点F；

第四步，测量第三步中所述的六个预定位点的实际坐标，并根据六个预定位点的实测值修正叶型的理论型线，得到调整后的叶型测量轨迹；

第五步，根据上述所得的新叶型测量轨迹对叶片型面进行检测。

优选地，在装夹被测叶片之前，首先对五轴联动点光源测量机的测量环境进行检测，测量环境的要求包括温度要求、光照强度要求和清洁度要求，其中，测量环境的温度要求：机器工作温度为10°～30°、精锻温度为18°～22°，其中，机器工作温度和精锻温度的温度变化梯度小于1°；光照要求：背景光的光强小于发射光的光强，且不能直射到测头接收器和被测零件上；清洁度要求：确保镜头不蒙灰。

优选地，在检测之前，需要在五轴联动点光源测量机的测量系统上建立测量坐标系，具体如下：

首先，根据叶片装夹的初始位置，通过对机器坐标系的平移和旋转，建立第一坐标系；

然后，在第一坐标系下，测量叶片榫头的底面和侧面，根据叶片榫头的底面和侧面建立第二坐标系，即测量坐标系；其中，第二坐标系的方向和零点与叶片数模坐标系的方向和零点保持一致。

优选地，第一步中，测量参数包括测量密度、测量速度、转台转动角度和工作距离；其中，测量密度的设置：

当叶片弦长在10mm～50mm以内时，在距叶片的前、后缘1mm以内处，设置测量点密度不小于50个/mm；距叶片前、后缘1mm～3mm以内处，设置测量点密度不小于20个/mm；其余部分测量点密度不小于3个/mm；

当弦长大于50mm时，在距叶片的前、后缘1mm以内处，设置测量点密度不小于30个/mm；距叶片前、后缘1mm～5mm以内处，设置测量点密度不小于10个/mm；其余部分测量点密度不小于1个/mm；

测量速度：在叶片前、后缘处时，测量机的速度均为50mm/s；叶盆、叶背处时，测量机的速度均为100mm/s；

转台转动角度：叶片曲率变化角度超过20°时，转台自动调整角度；当叶片曲率变化角度小于等于20°时，转台转动角度人工调整为0.001°；

工作距离：测头光源发射位置距零件表面工作距离为80mm，搜索距离为±3mm。

优选地，第六步中，预定位点的确定：

3-1，在第二步中所得的理论型线上取叶片测量截面的前缘最远点A和后缘最远点B；

3-2，在被测叶片的每个测量截面的前缘侧的叶盆和叶背上各取一个点，分别为前缘叶盆测量点C和前缘叶背测量点D，其中，前缘叶盆测量点C和前缘叶背测量点D置于前缘最远点A的法线方向上，且与前缘最远点A相距1mm；

在被测叶片的每个测量截面的后缘侧的叶盆和叶背上各取一个点，分别为后缘叶盆测量点E和后缘叶背测量点F，其中，后缘叶盆测量点E和后缘叶背测量点F置于后缘最远点B的法线方向上，且与后缘最远点B相距1mm。

优选地，五轴联动点光源测量机的测量光斑直径为0.35μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，通过采用五轴联动点光源测量机对航空发动机精锻叶片型面进行测量，在进行测量之前首先对五轴联动点光源测量机的测量参数进行设置，不但满足等高截面的叶型点的准确采集而且在测量前后缘曲率突变部位能够采集更充分的数据点；在提高精锻叶片型面测量效率的同时保证了测量准确性；同时，本检测方法打破传统的采用理论值引导的测量方式，采用预定位测量法，利用每个测量截面的六个测量点坐标的实测值修正叶型的理论型线，得到叶型新的测量轨迹，该方法确保了测量的准确性，特别是叶片前后缘测量的准确测量。

进一步的，在检测之前，通过对五轴联动点光源测量机进行多次测量坐标系的建立，避免了由于测量坐标系的误差而造成的叶片型面轮廓度及叶片前后缘测量误差。

进一步的，五轴联动点光源测量机的测量光斑直径为0.35μm；能够检测到被测物体表面最微小的几何特征与缺陷，对测量弯掠形精锻叶片型面轮廓度及叶片前后缘形状有很大的优势。

附图说明

图1是五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法流程图；

图2是测量叶型截面线示意图；

图3是预定位测量点示意图；

图4是调整前后叶型测量轨迹对比图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，包括以下步骤：

第一步，检测五轴联动机床的测量环境是否满足测量要求：

测量环境的温度要求：机器工作温度为10°～30°、精锻温度为18°～22°，其中，机器工作温度和精锻温度的温度变化梯度小于1°；

光照要求：背景光的光强小于发射光的光强，且不能直射到测头接收器和被测零件上；

清洁度：测量环境保持清洁，确保镜头不蒙灰；

第二步，校正五轴联动机床上的转台和测头

用测量软件中的校正转台和测头指令，对转台和测头进行校正。

第三步，装夹叶片

将叶片测量夹具装在五轴联动测量机转台上

第五步，在五轴联动点光源测量机测量系统上建立测量坐标系，本检测方法中，通过多次建立测量坐标系，较少由于测量坐标系误差造成的叶片型面轮廓度及叶片前后缘测量误差，具体地：

首先，根据叶片装夹的初始位置，通过对机器坐标系的平移和旋转，建立第一坐标系；

然后，在第一坐标系下，测量叶片榫头的底面和侧面，在测量软件中的建立坐标系对话框中，输入测量到的底面和侧面，测量软件将自动建立第二坐标系，即测量坐标系；按照叶片数模坐标系的方向和零点，在测量软件建立坐标系对话框中对第二坐标系的方向和零点进行转换，使第二坐标系与叶片数模坐标系的方向和零点保持一致；

第六步，设置五轴联动点光源测量机的测量参数，测量参数包括测量密度、测量速度、专题转动角度和工作距离；其中，测量密度的设置：

当叶片弦长在10mm～50mm以内时，在距叶片的前、后缘1mm以内处，设置测量点密度不小于50个/mm；距叶片前、后缘1mm～3mm以内处，设置测量点密度不小于20个/mm；其余部分测量点密度不小于3个/mm；

当弦长大于50mm时，在距叶片的前、后缘1mm以内处，设置测量点密度不小于30个/mm；距叶片前、后缘1mm～5mm以内处，设置测量点密度不小于10个/mm；其余部分测量点密度不小于1个/mm。

测量速度：在叶片前后缘处测量机速度为50mm/s，叶盆、叶背处测量机速度为100mm/s。

转台转动角度：当叶片曲率变化角度超过20°时，转台自动调整角度；当叶片曲率变化角度小于等于20°时，转台转动角度人工调整为0.001°。

工作距离：测头光源发射位置距零件表面工作距离为80mm，搜索距离为±3mm。

第七步，根据测量截面高度，提取测量截面理论型线

如图2所示，将理论数模导入UG软件，输入测量截面的高度，用平面与叶片型面相交，获取理论型线，将叶片将理论型线导出UG软件，导入测量软件。

第八步，测量路径的设定：

a、预定位的设置具体如下：

如图3所示，3-1，在第二步中所得的理论型线上取叶片测量截面的前缘最远点A和后缘最远点B；

3-2，在被测叶片的每个测量截面的前缘侧的叶盆和叶背上各取一个点，分别为前缘叶盆测量点C和前缘叶背测量点D，其中，前缘叶盆测量点C和前缘叶背测量点D置于前缘最远点A的法线方向上，且与前缘最远点A相距1mm；

在被测叶片的每个测量截面的后缘侧的叶盆和叶背上各取一个点，分别为后缘叶盆测量点E和后缘叶背测量点F，其中，后缘叶盆测量点E和后缘叶背测量点F置于后缘最远点B的法线方向上，且与后缘最远点B相距1mm。

b、测量路径的设定：

如图4所示，根据上述补充所得的六个预定位点，重新规划测量路径，具体地：在测量坐标系下测量六个预定位点的实际坐标，根据所得的六个预定位点的实际坐标值修正叶型的理论型线，得到调整后的叶型测量轨迹。

第九步.测量叶片

根据第八步中规划好的测量路径对叶片型面进行测量。

第十步.评价叶型特性

将测量的叶型数据导入叶片专用分析软件中，选择合理的算法和拟合方式，评价叶片的偏移、扭转、叶型轮廓度等叶型参数。

本发明目的是提供一种基于五轴联动点光源的航空发动机精锻叶片型面检测方法。五轴联动点光源测量机的测量光斑直径只有0.35um，对测量弯掠形精锻叶片型面轮廓度及叶片前后缘形状有很大的优势。本发明通过测试，选用最优的测量参数；通过预测叶片型面实际加工质量，重新规划检测路径，调整检测轨迹，提高测量效率及检测准确性。

本发明提供了一种航空发动机精锻叶片叶型测量方法，大大提高了测量准确性及测量效率，保证了叶片的交付质量。

(1)针对五轴联动点光源测量机特点，采用最优的测量参数，不但满足等高截面的叶型点的准确采集而且在测量前后缘曲率突变部位能够采集更充分的数据点。在提高精锻叶片型面测量效率的同时保证了测量准确性。

(2)打破传统的采用理论值引导测量方式，采用预定位测量法，利用每个测量截面6个点实测值修正叶型的理论型线，得到叶型新的测量路径，确保测量的准确性，特别是叶片前后缘测量的准确测量。

Claims (6)

1.一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将被测叶片装夹在五轴联动机床上，并设置五轴联动点光源测量机的测量参数；

第二步，在UG软件中，根据被测叶片的理论数模中测量截面的高度，提取测量截面的理论型线，并将理论型线导入五轴联动点光源测量机上的测量系统中；

第三步，在上述所得的理论型线上取六个预定位点，六个预定位点分别为叶片型面前缘最远点A、后缘最远点B、前缘叶盆测量点C、前缘叶背测量点D、后缘叶盆测量点E和后缘叶盆测量点F；

第四步，测量第三步中所述的六个预定位点的实际坐标，并根据六个预定位点的实测值修正叶型的理论型线，得到调整后的叶型测量轨迹；

第五步，根据上述所得新的叶型测量轨迹对叶片型面进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，其特征在于：在装夹被测叶片之前，首先对五轴联动点光源测量机的测量环境进行检测，测量环境的要求包括温度要求、光照强度要求和清洁度要求，其中，测量环境的温度要求：机器工作温度为10°～30°、精锻温度为18°～22°，其中，机器工作温度和精锻温度的温度变化梯度小于1°；光照要求：背景光的光强小于发射光的光强，且不能直射到测头接收器和被测零件上；清洁度要求：确保镜头不蒙灰。

3.根据权利要求1所述的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，其特征在于：在检测之前，需要在五轴联动点光源测量机的测量系统上建立测量坐标系，具体如下：

首先，根据叶片装夹的初始位置，通过对机器坐标系的平移和旋转，建立第一坐标系；

然后，在第一坐标系下，测量叶片榫头的底面和侧面，根据叶片榫头的底面和侧面建立第二坐标系，即测量坐标系；其中，第二坐标系的方向和零点与叶片数模坐标系的方向和零点保持一致。

4.根据权利要求1所述的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，其特征在于：第一步中，测量参数包括测量密度、测量速度、转台转动角度和工作距离；其中，测量密度的设置：

当叶片弦长在10mm～50mm以内时，在距叶片的前、后缘1mm以内处，设置测量点密度不小于50个/mm；距叶片前、后缘1mm～3mm以内处，设置测量点密度不小于20个/mm；其余部分测量点密度不小于3个/mm；

当弦长大于50mm时，在距叶片的前、后缘1mm以内处，设置测量点密度不小于30个/mm；距叶片前、后缘1mm～5mm以内处，设置测量点密度不小于10个/mm；其余部分测量点密度不小于1个/mm；

测量速度：在叶片前、后缘处时，测量机的速度均为50mm/s；叶盆、叶背处时，测量机的速度均为100mm/s；

转台转动角度：叶片曲率变化角度超过20°时，转台自动调整角度；当叶片曲率变化角度小于等于20°时，转台转动角度人工调整为0.001°；

工作距离：测头光源发射位置距零件表面工作距离为80mm，搜索距离为±3mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，其特征在于：第三步中，六个预定位点的确定：

3-1，在第二步中所得的理论型线上取叶片测量截面的前缘最远点A和后缘最远点B；

3-2，在被测叶片的每个测量截面的前缘侧的叶盆和叶背上各取一个点，分别为前缘叶盆测量点C和前缘叶背测量点D，其中，前缘叶盆测量点C和前缘叶背测量点D置于前缘最远点A的法线方向上，且与前缘最远点A相距1mm；

在被测叶片的每个测量截面的后缘侧的叶盆和叶背上各取一个点，分别为后缘叶盆测量点E和后缘叶背测量点F，其中，后缘叶盆测量点E和后缘叶背测量点F置于后缘最远点B的法线方向上，且与后缘最远点B相距1mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于五轴联动点光源的精锻叶片型面检测方法，其特征在于：五轴联动点光源测量机的测量光斑直径为0.35μm。