CN108775883B - 一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法 - Google Patents

一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法 Download PDF

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罗远锋
孙晶
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    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant

Abstract

本发明公开了一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法，利用在线测头对换装后叶轮类零件端面上的三个点进行数据测量，计算获得叶轮类零件端面的法向矢量；接着得到该法向矢量在机床XY平面内的投影，投影方向即为端面最高点指向最低点的方向；然后指定端面最高点和最低点，利用在线测头探测得到端面最高点和最低点的位置坐标；计算最高点与最低点Z方向的坐标差值，如果该坐标差值大于叶轮类零件装夹找正要求的数值，则精度不合格，将叶轮类零件抓走；如果该坐标差值小于叶轮类零件装夹找正要求的数值，则精度合格，继续加工。本发明能够确定零件的快速换装精度，以全自动在线方式实现，无需人工进行干预，效率高。

Description

一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法
技术领域
本发明涉及精度检测领域，具体涉及一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法。
背景技术
叶轮类零件属于航空航天发动机中的关键产品。在叶轮类零件的自动化生产线或自动化生产单元中，通过零点定位系统同时结合机械手，可以实现叶轮类零件的快速换装，有效减少由于叶轮类零件装夹找正引起的机床停机时间，进而提高叶轮类零件的生产效率，并保证叶轮类零件加工精度的一致性。在叶轮类零件的自动化生产线或自动化生产单元中，通过使用零点定位系统来实现零件的快速换装，而母板与子板之间的定位锁紧精度决定了零点定位系统乃至叶轮类零件的精度。特别是在叶轮类零件的多工序反复流转过程中，子板与母板之间需要多次的锁紧与松开，这往往会造成零件的零点定位精度不满足工艺要求。以此来进行叶轮类零件的加工，则会导致产品尺寸超差并报废。
针对叶轮类零件的快速换装精度还没有在线、自动检测手段。目前，主要通过人工打表找正的方法进行检测，此方法即费时费力，同时会占用操作人员，大大降低了自动化生产线或自动化生产单元的自动化程度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法，能够确定零件的快速换装精度，以全自动在线方式实现，无需人工进行干预，效率高。
一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法，所述在线检测方法的步骤为：
步骤一，利用在线测头对换装后叶轮类零件端面上的三个点进行数据测量，计算获得叶轮类零件端面的法向矢量；
步骤二，得到所述法向矢量在机床XY平面内的投影，投影方向即为端面最高点指向最低点的方向；
步骤三，指定端面最高点和最低点，利用在线测头探测得到端面最高点和最低点的位置坐标；
步骤四，计算最高点与最低点Z方向的坐标差值，如果所述坐标差值大于叶轮类零件装夹找正要求的数值，则精度不合格，将所述叶轮类零件抓走；如果所述坐标差值小于叶轮类零件装夹找正要求的数值，则精度合格，继续加工。
进一步地，所述三个点沿叶轮类零件端面边缘分布，且所述三个点构成等边三角形。
进一步地，得到所述最高点和最低点的位置坐标的方法如下：
步骤301，求出步骤二中的投影与X轴正向的夹角；
步骤302，假定叶轮类零件端面最高点和最低点所构成圆的半径值，所述圆的圆心与机床坐标系零点重合；
步骤303，根据所述半径值和所述夹角计算得到最高点和最低点的平面坐标；
步骤304，根据所述平面坐标确定最高点和最低点在机床坐标系中的位置，利用在线测头对最高点和最低点进行在线测量，分别获取最高点和最低点的Z坐标；由此得到最高点和最低点的位置坐标。
有益效果：
1、本发明通过测头在叶轮类零件端面测量三个点即可确定零件的端跳动量；检测方法为在线方式，且无需人工进行参与；检测方法效率高，可以提高产品的合格率。
2、本发明三个采样点沿叶轮类零件端面边缘分布，且构成等边三角形，采样点均匀分布，精度更高。
3、本发明计算端面最高点和最低点的方法简单易实现。
附图说明
图1为本发明采样点分布示意图；
图2为本发明法向矢量投影示意图；
图3为计算最高点和最低点位置坐标的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法，假定叶轮类零件端面平整度满足要求，将该叶轮类零件与子板固定连接，再与母板配合安装，需要检验配合安装后叶轮类零件端面的精度，在线检测方法具体操作步骤如下：
步骤一，将在机床外完成装夹的零件通过机械手抓取到机床上，并利用零点定位系统将子板与母板之间的锁紧机构进行锁紧定位；
步骤二，调用机床的在线测头，测量叶轮类零件端面的三个顶点A、B、C，A、B、C三个点沿叶轮类零件端面边缘分布，且三个点构成等边三角形；
步骤三，定义点A到点B的三维矢量为k，定义点A到点C的三维矢量为l，根据三维矢量k和l进行矢量叉乘计算，获得叶轮类零件端面的法向矢量n，如图1所示；
n＝k×l
步骤四，得到叶轮类零件端面法向矢量n在机床XY平面的投影矢量m，m矢量方向即为端面最高点指向最低点的方向，得到该投影矢量m与X轴正向的夹角θ，如图2所示；
步骤五，如图3所示，假定R为在叶轮类零件端面最高点D和最低点E所在圆的半径，则
D点的X、Y坐标分别为：
xD＝R·cosθ
yD＝＝R·sinθ
E点的X、Y坐标分别为：
xE＝R·cos(θ+π)
yE＝R·sin(θ+π)
然后，根据D点和E点的X、Y坐标确定最高点D和最低点E在机床坐标系中的位置，采用测头对D点和E点进行在线测量，分别获取D点和E点的Z坐标zD和zE；
步骤六，计算最高点D与最低点E的Z方向上的坐标差值，也就是叶轮类零件的端面跳动量δ为：
δ＝zD-zE
如果该坐标差值大于叶轮类零件装夹找正要求的数值，则精度不合格，机床数控系统反馈指令给机械手并将零件抓走；如果该坐标差值小于叶轮类零件装夹找正要求的数值，精度合格，则机床数控系统执行数控加工程序。
至此，完成叶轮类零件快速换装精度的在线自动检测。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种叶轮类零件快速换装精度在线检测方法，其特征在于，所述在线检测方法的步骤为：
步骤一，利用在线测头对换装后叶轮类零件端面上的三个点进行数据测量，计算获得叶轮类零件端面的法向矢量；
步骤二，得到所述法向矢量在机床XY平面内的投影，投影方向即为端面最高点指向最低点的方向；
步骤三，指定端面最高点和最低点，利用在线测头探测得到端面最高点和最低点的位置坐标；
得到所述最高点和最低点的位置坐标的方法如下：
步骤301，求出步骤二中的投影与X轴正向的夹角；
步骤302，假定叶轮类零件端面最高点和最低点所构成圆的半径值，所述圆的圆心与机床坐标系零点重合；
步骤303，根据所述半径值和所述夹角计算得到最高点和最低点的平面坐标；
步骤304，根据所述平面坐标确定最高点和最低点在机床坐标系中的位置，利用在线测头对最高点和最低点进行在线测量，分别获取最高点和最低点的Z坐标；由此得到最高点和最低点的位置坐标；
步骤四，计算最高点与最低点Z方向的坐标差值，如果所述坐标差值大于叶轮类零件装夹找正要求的数值，则精度不合格，将所述叶轮类零件抓走；如果所述坐标差值小于叶轮类零件装夹找正要求的数值，则精度合格，继续加工。
2.如权利要求1所述的叶轮类零件快速换装精度在线检测方法，其特征在于，所述三个点沿叶轮类零件端面边缘分布，且所述三个点构成等边三角形。
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