CN108106580B - 一种叶片型面测量夹装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叶片型面测量夹装装置，该装置由安装柱、基台和叶片压板三部分组成；本装置充分考虑叶片榫根的型面特点，采用可调燕尾槽结构设计，利用叶片压板与基台之间形成的燕尾槽夹紧叶片并自动调整叶片姿态。可调燕尾槽结构是本发明的核心，极大的提高了定位的精度和灵活性。本装置以安装柱轴心线为测量基准，解决了后续坐标系建立和数据处理的问题，基准精度高。本装置具有结构简单、受力均匀，定位精准、可靠性强、夹装方便等优点。

Description

一种叶片型面测量夹装装置
技术领域
本发明涉及叶片型面精密测量技术领域，尤其涉及一种叶片型面测量夹装装置。
背景技术
叶片是航空发动机的关键零件，其型面质量的优劣直接关系到航空发动机的性能、安全与寿命。为了保证发动机性能的正常发挥，叶片必须具有精确的尺寸、准确的形状和严格的表面完整性。叶片型面测量可以有效的提高叶片加工质量，对于保障发动机动力性能与安全性等具有重要意义。
叶片多为强扭曲、薄壁、自由复杂曲面，其型面测量技术涉及的领域多，技术难度大。其中，叶片的夹装和定位方法，一直以来是叶片型面测量技术研究的一个重点。合理的叶片夹装方法，对于提高测量效率、简化测量数据的处理算法、减小测量误差等都具有重要意义。
现有的叶片夹装方法存在诸多不足：
①通用性差，只能完成对特定型号叶片的夹装。发动机叶片具有数量众多、形状各异的特点，这就要求测量夹具具有一定的通用性，能够适应更多类型叶片的夹装和测量。
②夹装效率低。现有的叶片夹装方案多采用螺丝紧固的方法，而且测量前需要人工调整叶片姿态。夹装效率低，很难适应现场大批量叶片测量的要求。
③重复定位精度低。图1为叶片榫根截面型线图。现有的叶片夹装方案没有考虑叶片榫根的型面特点，定位精度较低，很难保证叶片姿态的精准。
④现有的叶片夹装方案不提供测量基准，后续的坐标系建立和数据处理难度大。
因此，深入研究叶片型面测量夹装方法，设计高精度、高效率、适应性强、结构简单的叶片夹装装置，对于提高叶片型面测量精度，保障叶片加工质量等具有重要意义。
发明内容
本发明提出了一种新型的叶片夹装方法和辅助装置，这一新方法和辅助装置充分考虑了叶片榫根的型面特点，很好的克服了上述现有技术的缺点，具有结构简单、受力均匀，定位精准、可靠性强、夹装方便等优点。该装置由安装柱1、基台2和叶片压板3三部分组成，如图2所示。叶片压板采用可调燕尾槽结构设计，利用叶片压板与基台之间形成的燕尾槽夹紧叶片，如图3所示。可调燕尾槽结构是本发明的核心，极大的提高了定位的精度和灵活性。
本发明采用的技术方案如下：
一种叶片型面测量夹装装置，该装置由安装柱1、基台2和叶片压板3三部分组成；安装柱1用于与测量仪器回转平台相连，安装柱1上具有支靠面a101、支靠面b102和伸入安装柱内的安装腔103，支靠面a101、支靠面b102为安装柱1的两端面。测量时，安装柱1通过安装腔103套装在测量仪器回转平台的下顶针上，实现测量系统与叶片夹装装置的连接，并通过腔体上的紧固螺丝104固定。支靠面b102上设有四个安装孔a105，支靠面b102与基台2通过四个安装孔a105连接；用于与叶片榫根端面抵靠的基台2，基台2上设有定位件201和四个安装孔b202，四个安装孔c203。定位件201采用螺丝与基台2相连，定位件201的角度能够随叶片型号不同而调整。安装孔b202用于实现基台2与安装柱1之间的连接。安装孔c203用于实现基台2与叶片压板3的连接；用于与叶片榫根度面支靠的叶片压板3。叶片压板3上设有侧壁301，叶片压板3沿Z方向进行上下运动时，侧壁301和基台2之间形成一个可调燕尾槽结构，该可调燕尾槽结构与叶片榫根的端面紧贴，从而实现叶片的夹装。
安装柱1、基台2和叶片压板3的相对位置关系采用中心对称的形式。
基台2用以支撑叶片和实现夹装装置姿态精调。测量时，要求基台2的侧面法线方向与测量仪器Y轴方向平行，然而实际安装时，由于安装误差，基台2的侧面法线方向与测量仪器Y轴方向存在角度α。
角度α的测量和姿态精调方法：利用传感器扫描测量基台侧面，得到采样点坐标Qi(Xi,Yi)，然后利用最小二乘法对测量数据进行线性拟合，并计算直线的斜率和截距，从而确定α的大小。最后控制测量仪器回转平台旋转α角度，将基台侧面法线与测量仪器Y轴方向调成平行，满足测量要求。
安装柱1的轴心线为夹装装置的测量基准。轴心线的定位方法：利用传感器扫描测量安装柱的某一选定截面OCD(EF为传感器扫描区间)，得到采样点坐标Pi(Xi,Yi)，然后利用最小二乘法拟合安装柱截面型线，并计算圆心坐标(A,B)和半径R，从而确定轴心线的位置。
叶片压板的侧壁为斜面，叶片压板的侧壁与基台之间形成一个可调燕尾槽结构，可调燕尾槽结构的大小通过压板的上下运动调节。
叶片夹装时，可调燕尾槽结构的两个侧壁同时对称运动，能够自动调整叶片，具有较高的叶片姿态精度。
本发明的优点：
1、结构简单、可靠性强、夹装方便、效率高；
2、夹装方案充分考虑了叶片榫根的截面特点，采用面接触，受力均匀，重复定位精度高；
3、可调燕尾槽结构，解决了不同型号叶片的测量问题，具有较好的通用性；
4、燕尾槽的两个侧壁同时对称运动，具有叶片位置自动找正的功能；
5、该装置以安装柱轴心线为测量基准，解决了后续坐标系建立和数据处理的问题，基准精度高；
6、利用基台侧面和最小二乘法实现夹装装置的姿态精调，大大提高了测量的精度。
附图说明
图1叶片榫根截面型线图。
图2夹装装置的总体结构示意图。
图3可调燕尾槽示意图。
图4安装柱示意图。
图5基台示意图。
图6叶片压板示意图。
图7安装柱、基台、压板相对位置关系图。
图8夹装装置姿态精调原理图。
图9测量基准定位原理图。
具体实施方式
下面结合具体叶片测量案例对本发明进行详细说明：
参照图2，一种叶片型面测量夹装装置，该装置由安装柱1、基台2和叶片压板3三部分组成。
参照图4，安装柱1上设有支靠面a101、支靠面b102、伸入安装柱内的安装腔103、紧固螺丝104和四个用于连接基台2的安装孔a105。安装柱通过安装腔套装在测量仪器回转平台的下顶针上，实现测量系统与叶片夹装装置的连接，并通过腔体上的紧固螺丝104固定。此外，安装柱还具有调整叶片高度、提供测量基准的功能。
参照图5，基台2上设有定位件201和四个用于连接安装柱1安装孔b202，四个用于连接叶片压板3的安装孔c203。定位件201采用螺丝与基台相连，角度可以随叶片型号不同而调整。基台除了具有支撑叶片的功能外，还具有夹装装置姿态精调的功能。
参照图6，叶片压板3上设有侧壁301，压板沿Z方向上下运动时，侧壁301和基台2之间形成了一个可调燕尾槽结构，可调燕尾槽结构与叶片榫根的端面紧贴，从而实现了叶片的夹装。叶片压板的侧壁为斜面，与基台之间形成一个可调燕尾槽结构，燕尾槽的大小可以通过压板的上下运动调节。叶片夹装时，燕尾槽的两个侧壁同时对称运动，能够自动找正叶片，具有较高的叶片姿态精度。
参照图7，安装柱、基台和叶片压板的相对位置关系要保持严格的中心对称。
本发明的工作原理为：
参照图2，使用夹装装置测量叶片型面时，首先将安装柱1通过安装腔套装在测量仪器回转平台的下顶针上，并通过腔体上的紧固螺丝104固定，完成叶片夹装装置在测量仪器上的安装。然后将待测叶片的榫根沿压板侧壁与基台之间的燕尾槽滑入，并通过定位件201定位，调整叶片压板高度，进而调整燕尾槽的大小，使压板侧壁与叶片榫根的度面紧贴在一起，完成叶片的夹装。参照图8，精调夹装装置的姿态。利用传感器扫描测量基台侧面，得到采样点坐标Qi(Xi,Yi)，然后利用最小二乘法对测量数据进行线性拟合，并计算直线的斜率和截距，从而可以确定基台侧面法线与测量仪器Y轴夹角α的大小。最后控制测量仪器回转平台旋转α角度，将基台侧面法线与测量仪器Y轴方向调成平行，完成夹装装置的姿态精调。利用安装柱建立测量基准。参照图9，基准的建立方法：利用传感器扫描测量安装柱的某一选定截面OCD(EF为传感器扫描区间)，得到采样点坐标Pi(Xi,Yi)，然后利用最小二乘法拟合安装柱截面型线，并计算圆心坐标(A,B)和半径R，从而可以确定基准线的位置。至此，完成待测叶片的夹装和测量前的准备工作，然后，依据规划好的路径和采样策略，对叶片型面进行精密测量。

Claims (7)

1.一种叶片型面测量夹装装置，其特征在于：该装置由安装柱(1)、基台(2)和叶片压板(3)三部分组成；安装柱(1)用于与测量仪器回转平台相连，安装柱(1)上具有支靠面a(101)、支靠面b(102)和伸入安装柱内的安装腔(103)，支靠面a(101)、支靠面b(102)为安装柱(1)的两端面；测量时，安装柱(1)通过安装腔(103)套装在测量仪器回转平台的下顶针上，实现测量系统与叶片夹装装置的连接，并通过腔体上的紧固螺丝(104)固定；支靠面b(102)上设有四个安装孔a(105)，支靠面b(102)与基台(2)通过四个安装孔a(105)连接；用于与叶片榫根端面抵靠的基台(2)，基台(2)上设有定位件(201)和四个安装孔b(202)，四个安装孔c(203)；定位件(201)采用螺丝与基台(2)相连，定位件(201)的角度能够随叶片型号不同而调整；安装孔b(202)用于实现基台(2)与安装柱(1)之间的连接；安装孔c(203)用于实现基台(2)与叶片压板(3)的连接；用于与叶片榫根度面支靠的叶片压板(3)；叶片压板(3)上设有侧壁(301)，叶片压板(3)沿Z方向进行上下运动时，侧壁(301)和基台(2)之间形成一个可调燕尾槽结构，该可调燕尾槽结构与叶片榫根的端面紧贴，从而实现叶片的夹装。
2.根据权利要求1所述的一种叶片型面测量夹装装置，其特征在于：安装柱(1)、基台(2)和叶片压板(3)的相对位置关系采用中心对称的形式。
3.根据权利要求1所述的一种叶片型面测量夹装装置，其特征在于：基台(2)用以支撑叶片和实现夹装装置姿态精调；测量时，要求基台(2)的侧面法线方向与测量仪器Y轴方向平行，然而实际安装时，由于安装误差，基台(2)的侧面法线方向与测量仪器Y轴方向存在角度α。
4.根据权利要求3所述的一种叶片型面测量夹装装置，其特征在于：角度α的测量和姿态精调方法：利用传感器扫描测量基台侧面，得到采样点坐标Qi(Xi,Yi)，然后利用最小二乘法对测量数据进行线性拟合，并计算直线的斜率和截距，从而确定α的大小；最后控制测量仪器回转平台旋转α角度，将基台侧面法线与测量仪器Y轴方向调成平行，满足测量要求。
5.根据权利要求1所述的一种叶片型面测量夹装装置，其特征在于：安装柱(1)的轴心线为夹装装置的测量基准；轴心线的定位方法：利用传感器扫描测量安装柱的某一选定截面OCD(EF为传感器扫描区间)，得到采样点坐标Pi(Xi,Yi)，然后利用最小二乘法拟合安装柱截面型线，并计算圆心坐标(A,B)和半径R，从而确定轴心线的位置。
6.根据权利要求1所述的一种叶片型面测量夹装装置，其特征在于：叶片压板的侧壁为斜面，叶片压板的侧壁与基台之间形成一个可调燕尾槽结构，可调燕尾槽结构的大小通过压板的上下运动调节。
7.根据权利要求1所述的一种叶片型面测量夹装装置，其特征在于：叶片夹装时，可调燕尾槽结构的两个侧壁同时对称运动，能够自动调整叶片，具有高的叶片姿态精度。
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