CN108917548B - 涡轮叶片型面检测方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮叶片型面检测方法及测量装置，包括以下步骤：建立被测叶片的测量坐标系；将被测叶片的测量截面进行投影放大；将放大后的测量截面与放大相同倍数的标准叶型图进行比对拟合，并测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差；根据测出的偏差对叶片加工的参数进行调整。本发明的涡轮叶片型面检测方法，通过将被测叶片投影设备将被测叶片的测量截面进行放大与放大相同倍数的标准叶型图进行比对拟合，可选择测量截面型面线上多个叶型点与标准叶型进行拟合后测得偏差，数据更充分；无需根据标准叶型规划测量路径，提高了测量效率。

Description

涡轮叶片型面检测方法及测量装置

技术领域

本发明涉及叶片检测方法技术领域，特别地，涉及一种涡轮叶片型面检测方法及测量装置。

背景技术

新型的航空发动机涡轮叶片形状复杂，叶型的曲率变化大，叶型轮廓精度高，叶型公差要求以及叶型和榫齿位置度要求严。为了保证叶片的质量，叶片制造的不同阶段均需要进行检测，其过程贯穿了从毛坯、机械加工到叶片组装的整个阶段。

叶片检测时保证叶片制造质量的重要手段，通过检测叶片的轮廓是否存在增厚和减薄超差，从而判断叶片的性能和强度是否符合标准；通过检测出与理论叶型之间的偏差在后续的加工过程中进行误差补偿，从而提高叶片的加工精度。

现有技术中，使用三坐标测量机进行测量，按照理论点坐标规划测量路径，扫描后和理论叶型进行比对，要求毛坯铸造叶型的尺寸的一致性高，否则测量点的位置并非真正需要测量的位置，测量误差比较大，由于规划测量路径复杂，因此测量效率低，只能将加工完叶片的榫齿后进行每10件抽1件进行检测，并且如果测量参数设置不合理会影响测量结论的准确性。

发明内容

本发明提供了一种涡轮叶片型面检测方法及测量装置，以解决现有的检测方法测量效率低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种涡轮叶片型面检测方法，包括以下步骤：建立被测叶片的测量坐标系；将被测叶片的测量截面进行投影放大；将放大后的测量截面与放大相同倍数的标准叶型图进行比对拟合，并测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差；根据测出的偏差对叶片加工的参数进行调整。

进一步地，建立被测叶片的测量坐标系，具体步骤如下：依据榫齿定位夹具的叶片榫齿装配位置建立测量坐标系；以榫齿的中心为原点，以叶片的积叠轴方向为Z轴方向，以榫齿的对称轴线分别确定为X轴方向和Y轴方向。

进一步地，以榫齿定位建立测量坐标系之后，还包括以下步骤：将调整芯棒安装于榫齿定位夹具的夹头的榫齿槽内，调整芯棒是根部为标准榫齿状的芯棒，用于校验夹头的定位。

进一步地，校验夹头的定位，具体步骤如下：通过测量调整芯棒的平行度和径向圆跳动，确保夹头的旋转中心与调整芯棒的中心线重合；通过确定榫齿定位夹具的角向基准位置，确保被测叶片的不同测量截面从角向基准位置开始旋转与标准叶型图进行拟合；通过调节调整芯棒与测量装置的第一测量轮的相对位置，确保测量装置的第一测量轮能沿被测叶片的预定测量截面的位置进行表面滚动。

进一步地，将测量截面进行投影放大之前还包括具体以下步骤：根据测量坐标系与测量装置的第一测量轮的相对位置，在测量屏幕上第二测量轮投影的相对位置处采用测量坐标系平移建立副测量坐标系；在放大相同倍数的标准叶型图上采用测量坐标系平移建立设计坐标系；将放大相同倍数的标准叶型图挂于测量装置的测量屏幕上，调整标准叶型图的位置使设计坐标系与副测量坐标系重合。

进一步地，设计坐标系与副测量坐标系重合之后，将测量截面进行投影放大之前，还包括以下步骤：测量装置包括第一测量轮和第二测量轮，第一测量轮用于在被测叶片的预定测量截面处的表面滚动，第二测量轮与第一测量轮同步运动，第二测量轮的运动轨迹投影至测量屏幕与标准叶型图进行比对拟合，通过将第一测量轮移动至调整芯棒的中心位置，校对同步运动的第二测量轮投影是否位于设计坐标系的原点处；将定位杆安装于安装台上，通过移动第一测量轮与定位杆的端面接触，使测量被测叶片时第一测量轮移动相同的距离至被测叶片的测量截面处；将定位杆和调整芯棒取下，将被测叶片装夹于榫齿定位夹具上。

进一步地，将测量截面进行投影放大，具体步骤如下：将被测叶片装夹于榫齿定位夹具上；将测量装置的第一测量轮移动至被测叶片的预定测量截面的位置处并使第一测量轮的滚面与被测叶片的表面接触；测量装置的第一测量轮沿被测叶片的测量截面滚动，通过投影设备将测量装置的与第一测量轮同步运动的第二测量轮的运动轨迹放大，并投影到测量装置的测量屏幕上。

进一步地，测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差，具体步骤如下：通过将被测叶片在X轴方向和Y轴方向偏移以及绕原点旋转，使被测叶片的叶型与标准叶型图拟合，并通过测量装置测出被测叶片在X轴方向和Y轴方向的偏移距离以及转角，从而测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差。

进一步地，在检测叶片型面之前，还包括以下步骤：在被测叶片的缘板的两端取两个定位点检测两端高度差，根据高度差值判断被测叶片叶型和定位点之间角度的正负关系；计算角度对零偏差，在磨榫齿机床上进行角度补偿，提高榫齿定位的准确性。

根据本发明的另一方面，还提供了一种测量装置，用于检测叶片型面，包括第一测量轮、第二测量轮、第一测量架、第二测量架以及测量台，上述第一测量轮、第二测量轮、第一测量架、第二测量架均设有两个，上述两个第一测量架分别安装于上述测量台的第一安装面的上端和下端，上述两个第二测量架分别安装于上述测量台的第二安装面的上端和下端，上述两个第一测量轮分别安装于上述两个第一测量架上，上述两个第二测量轮分别安装于上述两个第二测量架上，上述第二测量轮与上述第一测量轮的端面与被测叶片的测量截面平行，上述第一测量架和第二测量架带动上述第二测量轮与上述第一测量轮同步运动；还包括投影设备和测量屏幕，上述测量屏幕用于放置放大相同倍数的标准叶型图及上述第二测量轮投影，通过上述投影设备将上述第二测量轮同步的运动轨迹放大投影至上述测量屏幕。

本发明具有以下有益效果：

本发明的涡轮叶片型面检测方法，通过将被测叶片投影设备将被测叶片的测量截面进行放大与放大相同倍数的标准叶型图进行比对拟合，可选择测量截面型面线上多个叶型点与标准叶型进行拟合后测得偏差，数据更充分；无需根据标准叶型规划测量路径，提高了测量效率；当被测叶片的叶型与标准叶型相差较大时，被测叶片的测量点与标准叶片的理论点的位置相差较大，仍能通过比对拟合测出偏差；通过根据测出的偏差对叶片加工的参数进行调整，有利于提高涡轮叶片的加工精度，使被测叶片与标准叶片的叶片型面轮廓度、扭转、弯曲的位置度趋于一致并符合涡轮叶片加工精度要求。

本发明的测量装置，通过一对第一测量轮沿被测叶片的测量截面移动，再通过投影设备将与第一测量轮进行同步运动的第二测量轮的运动轨迹进行放大投影至测量屏幕，直接与测量屏幕上放大相同倍数的标准叶型图进行比对拟合，无需根据标准叶型规划测量路径，提高了测量效率的同时又能获得测量截面型面线上多个叶型点与理论叶型的偏差，提高了测量的准确性，从而使被测叶片与标准叶片的叶片型面轮廓度、扭转、弯曲的位置度趋于一致并符合涡轮叶片加工精度要求，提高涡轮叶片的加工精度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的涡轮叶片型面检测方法的结构框图；

图2是本发明优选实施例的被测叶片叶型与标准叶型的比对图；

图3是本发明优选实施例的测量装置的结构示意图。

图例说明：

1、第一测量轮；2、第二测量轮；3、第一测量架；4、第二测量架；5、测量台；6、测量屏幕；7、标准叶型图；8、第二测量轮投影；9、运动轨迹；10、底座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的涡轮叶片型面检测方法的结构框图；图2是本发明优选实施例的被测叶片叶型与标准叶型的比对图；图3是本发明优选实施例的测量装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例的涡轮叶片型面检测方法，包括以下步骤：建立被测叶片的测量坐标系；将被测叶片的测量截面进行投影放大；将放大后的测量截面与放大相同倍数的标准叶型图7进行比对拟合，并测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差；根据测出的偏差对叶片加工的参数进行调整。本实施例中，放大的倍数为20倍。本实施例中，被测叶片的测量坐标系与叶片毛坯机加工的定位坐标系一致。减少了基准转化的次数，提高了转换精度。本发明的涡轮叶片型面检测方法，通过将被测叶片投影设备将被测叶片的测量截面进行放大与放大相同倍数的标准叶型图7进行比对拟合，可选择测量截面型面线上多个叶型点与标准叶型进行拟合后测得偏差，数据更充分；无需根据标准叶型规划测量路径，提高了测量效率；当被测叶片的叶型与理论叶型相差较大时，被测叶片的测量点与标准叶片的理论点的位置相差较大，仍能通过比对拟合测出偏差；通过根据测出的偏差数据对叶片加工的参数进行调整，有利于提高叶片的加工精度，使叶片与标准叶片的叶片型面轮廓度、扭转、弯曲的位置度趋于一致。

建立被测叶片的测量坐标系，具体步骤如下：依据榫齿定位夹具的叶片榫齿装配位置建立测量坐标系；以榫齿的中心为原点，以叶片的积叠轴方向为Z轴方向，以榫齿的对称轴线分别确定为X轴方向和Y轴方向。本发明的涡轮叶片型面检测方法，通过采用榫槽与被测叶片的榫齿相匹配的榫齿定位夹具，将测量坐标系从叶片榫头部位转换到夹具体上，对于测量不同的叶片无需重新建立测量坐标系，有利于实现叶片的批量检测。

以榫齿定位建立测量坐标系之后，还包括以下步骤：将调整芯棒安装于榫齿定位夹具的夹头的榫齿槽内，调整芯棒是根部为标准榫齿状的芯棒，用于校验夹头的定位。

校验夹头的定位，具体步骤如下：通过测量调整芯棒的平行度和径向圆跳动，确保夹头的旋转中心与调整芯棒的中心线重合；通过确定榫齿定位夹具的角向基准位置，确保被测叶片的不同测量截面从角向基准位置开始旋转与标准叶型图7进行拟合；通过调节调整芯棒与测量装置的第一测量轮1的相对位置，确保测量装置的第一测量轮1能沿被测叶片的预定测量截面的位置进行表面滚动。本实施例中，首先分别在调整芯棒的芯棒端上、下、左、右四个方向选取四个点，打表测量芯棒端的平行度；然后在调整芯棒分别在靠近榫齿根部和端部选取两个截面，旋转夹头测量径向圆跳动。通过测量圆柱芯棒的平行度和径向圆跳动，校对调整芯棒的中心线与榫齿定位夹具的榫槽的中心线是否重合，确保榫齿定位夹具装夹被测叶片的定位准确。

将测量截面进行投影放大之前还包括具体以下步骤：根据测量坐标系与测量装置的第一测量轮1的相对位置，在测量屏幕6上第二测量轮投影8的相对位置处采用测量坐标系平移建立副测量坐标系；在放大相同倍数的标准叶型图7上采用测量坐标系平移建立设计坐标系；将放大相同倍数的标准叶型图7挂于测量装置的测量屏幕6上，调整标准叶型图7的位置使设计坐标系与副测量坐标系重合。通过采用测量坐标系平移建立副测量坐标系，第一测量轮1与被测叶片的接触点在测量坐标系的坐标位置和第二测量轮投影8在副测量坐标系的坐标位置相同。将设计坐标系与副测量坐标系后，通过移动被测叶片使第二测量轮投影8与标准叶型图7型线上测量点在设计坐标系的坐标位置相同。

设计坐标系与副测量坐标系重合之后，将测量截面进行投影放大之前，还包括以下步骤：通过将第一测量轮1移动至调整芯棒的中心位置，校对同步运动的第二测量轮投影8是否位于设计坐标系的原点处；将定位杆安装于安装台上，通过移动第一测量轮1与定位杆的端面接触，使测量被测叶片时第一测量轮1移动相同的距离至被测叶片的测量截面处；将定位杆和调整芯棒取下，将被测叶片装夹于榫齿定位夹具上。由于被测叶片的形状不规则，因此直接在被测叶片上定位测量截面的位置不精确。通过将第一测量轮1的端面移动至与定位杆对面接触时停止并记录第一测量轮的移动距离。当测量被测叶片时，使第一测量轮1移动相同的距离，使第一测量轮1的滚面与被测叶片的预定测量截面的表面接触。

将测量截面进行投影放大，具体步骤如下：将测量装置的第一测量轮1移动至被测叶片的预定测量截面的位置处并使第一测量轮1的滚面与被测叶片的表面接触；测量装置的第一测量轮1沿被测叶片的测量截面滚动，通过投影设备将测量装置的与第一测量轮1同步运动的第二测量轮2的运动轨迹9放大，并投影到测量装置的测量屏幕6上。

如图2所示，测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差，具体步骤如下：通过将被测叶片在X轴方向和Y轴方向偏移以及绕原点旋转，使被测叶片的叶型与标准叶型图7拟合，并通过测量装置测出被测叶片在X轴方向和Y轴方向的偏移距离以及转角，从而测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差。本实施例中，X轴方向装有测量范围为0～10毫米的表头，Y轴方向装有测量范围为0～3毫米的表头。夹头上装有转角测量装置检测夹头的转角。当测量屏幕6上第二测量轮投影8与标准叶型图7的型线不相切即被测叶片的叶型与标准叶型有偏差时，通过将夹头在X轴方向和Y轴方向偏移并旋转夹头改变被测叶片的位置，从而改变沿被测叶片的测量截面移动的第一测量轮1和同步运动的第二测量轮2的位置，直至第二测量轮投影8与标准叶型图7的型线相切，从而测出被测叶片与标准叶片的叶片型面轮廓度、扭转、弯曲的位置度的偏差。

在检测叶片型面之前，还包括以下步骤：在被测叶片的缘板的两端取两个定位点检测两端高度差，根据高度差值判断被测叶片叶型和定位点之间角度的正负关系；计算角度对零偏差，在磨榫齿机床上进行角度补偿，提高榫齿定位的准确性。本实施例中，本发明的涡轮叶片型面检测方法是依据榫齿定位建立测量坐标系，由于榫齿加工是以缘板定位，通过检测缘板两端的高度差计算出榫齿的加工误差可在磨榫齿加工机床上进行角度补偿提高榫齿的加工精度，从而提高榫齿定位的准确性，进而提高测量结果的准确性。

本实施例中，在测得被测叶片叶型与理论叶型的偏差后，还包括以下步骤：根据偏差判断被测叶片安装角与叶片加工定位点之间的正负关系，分为正值、负值和零位置三种状态；根据不同的状态对同批次叶片的加工参数以及加工定位位置进行调整，正值状态零件便去除叶身余量，负值状态零件便减小叶身加工的切削量，零值状态零件则无需调整。

如图2和图3所示，根据本发明的另一方面，还提供了一种测量装置，用于检测叶片型面，包括第一测量轮1、第二测量轮2、第一测量架3、第二测量架4以及测量台5，上述第一测量轮1、第二测量轮2、第一测量架3、第二测量架4均设有两个，上述两个第一测量架3分别安装于上述测量台5的第一安装面的上端和下端，上述两个第二测量架4分别安装于上述测量台5的第二安装面的上端和下端，上述两个第一测量轮1分别安装于上述两个第一测量架3上，上述两个第二测量轮2分别安装于上述两个第二测量架4上，上述第二测量轮2与上述第一测量轮1的端面与被测叶片的测量截面平行，上述第一测量架3和第二测量架4带动上述第二测量轮2与上述第一测量轮1同步运动；还包括投影设备和测量屏幕6，上述测量屏幕6用于放置放大相同倍数的标准叶型图7及上述第二测量轮投影8，通过上述投影设备将上述第二测量轮2同步的运动轨迹9放大投影至上述测量屏幕6。在本实施例中，还包括重量平衡块，上述重量平衡块设于上述位于上方的第一测量架3和第二测量架4上。通过增设重量平衡块使第一测量轮1更贴合于被测叶片的表面，从而使上述第一测量轮1与第二测量轮2的运动轨迹9更加接近被测叶片的叶型轮廓，提高了测量准确性。本实施例中，还包括底座10，上述底座10上设有沿Z轴方向的导轨，上述测量台5与上述底座10滑动连接。通过上述测量台5沿Z轴方向移动使上述第一测量轮1与不同位置的测量截面接触。

从以上的描述中，可以看出，本发明的上述实施例实现了如下技术效果：

本发明的涡轮叶片型面检测方法，通过将被测叶片投影设备将被测叶片的测量截面进行放大与放大相同倍数的理论叶型图进行比对拟合，可选择测量截面型面线上多个叶型点与标准叶型进行拟合后测得偏差，数据更充分；无需根据标准叶型规划测量路径，提高了测量效率；当被测叶片的叶型与理论叶型相差较大时，被测叶片的测量点与标准叶片的理论点的位置相差较大，仍能通过比对拟合测出偏差；通过根据测出的偏差数据对叶片加工的参数进行调整，有利于提高叶片的加工精度，使叶片与标准叶片的叶片型面轮廓度、扭转、弯曲的位置度趋于一致。

本发明的测量装置，通过一对第一测量轮沿被测叶片的测量截面移动，再通过投影设备将与第一测量轮进行同步运动的第二测量轮的运动轨迹进行放大投影至测量屏幕，直接与测量屏幕上放大相同倍数的理论叶型图进行比对拟合，提高了测量效率的同时又能获得测量截面型面线上多个叶型点与理论叶型的偏差，提高了测量的准确性。

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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种涡轮叶片型面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立被测叶片的测量坐标系；

依据榫齿定位夹具的涡轮叶片榫齿装配位置建立测量坐标系；

以榫齿的中心为原点，以叶片的积叠轴方向为Z轴方向，以榫齿的对称轴线分别确定为X轴方向和Y轴方向；

将调整芯棒安装于榫齿定位夹具的夹头的榫齿槽内，调整芯棒采用根部形状呈涡轮叶片标准榫齿状的芯棒，用于校验夹头的定位；

将被测叶片的测量截面进行投影放大；

将放大后的测量截面与放大相同倍数的标准叶型图(7)进行比对拟合，并测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差；

根据测出的偏差对叶片加工的参数进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片型面检测方法，其特征在于，校验夹头的定位，具体步骤如下：

通过测量调整芯棒的平行度和径向圆跳动，确保夹头的旋转中心与调整芯棒的中心线重合；

通过确定榫齿定位夹具设定角向基准位置，以确保被测叶片的不同测量截面在检测时测量截面从角向基准位置开始旋转并与标准叶型图进行拟合；

通过调节调整芯棒与测量装置的第一测量轮(1)的相对位置，确保测量装置的第一测量轮(1)能沿被测叶片的预定测量截面的位置进行表面滚动。

3.根据权利要求2所述的一种涡轮叶片型面检测方法，其特征在于，将测量截面进行投影放大之前还包括具体以下步骤：

根据测量坐标系与测量装置的第一测量轮(1)的相对位置，在测量屏幕(6)上第二测量轮投影(8)的相对位置处采用测量坐标系平移建立副测量坐标系；

在放大相同倍数的标准叶型图(7)上采用测量坐标系平移建立设计坐标系；

将放大相同倍数的标准叶型图(7)挂于测量装置的测量屏幕(6)上，调整标准叶型图(7)的位置使设计坐标系与副测量坐标系重合。

4.根据权利要求3所述的一种涡轮叶片型面检测方法，其特征在于，设计坐标系与副测量坐标系重合之后，将测量截面进行投影放大之前，还包括以下步骤：

测量装置包括第一测量轮(1)和第二测量轮(2)，第一测量轮(1)用于在被测叶片的预定测量截面处的表面滚动，第二测量轮(2)与第一测量轮(1)同步运动，第二测量轮的运动轨迹(9)投影至测量屏幕(6)与标准叶型图(7)进行比对拟合，通过将第一测量轮(1)移动至调整芯棒的中心位置，校对同步运动的第二测量轮投影(8)是否位于设计坐标系的原点处；

将定位杆安装于安装台上，通过移动第一测量轮(1)与定位杆的端面接触，使测量被测叶片时第一测量轮(1)移动相同的距离至被测叶片的测量截面处；

将定位杆和调整芯棒取下，将被测叶片装夹于榫齿定位夹具上。

5.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片型面检测方法，其特征在于，将测量截面进行投影放大，具体步骤如下：

将测量装置的第一测量轮(1)移动至被测叶片的预定测量截面的位置处并使第一测量轮(1)的滚面与被测叶片的表面接触；

测量装置的第一测量轮(1)沿被测叶片的测量截面滚动，通过投影设备将测量装置的与第一测量轮(1)同步运动的第二测量轮(2)的运动轨迹(9)放大，并投影到测量装置的测量屏幕(6)上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种涡轮叶片型面检测方法，其特征在于，测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差，具体步骤如下：

通过将被测叶片在X轴方向和Y轴方向偏移以及绕原点旋转，使被测叶片的叶型与标准叶型图(7)拟合，并通过测量装置测出被测叶片在X轴方向和Y轴方向的偏移距离以及转角，从而测出被测叶片叶型与标准叶型的偏差。

7.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片型面检测方法，其特征在于，在建立被测叶片的测量坐标系之前，还包括以下步骤：

在被测叶片的缘板的两端取两个定位点检测两端高度差，根据高度差值判断被测叶片叶型和定位点之间角度的正负关系；

计算角度对零偏差，在磨榫齿机床上对被测叶片的榫齿进行角度补偿，以提高榫齿定位的准确性。

8.一种测量装置，其特征在于，用于检测叶片型面，

包括第一测量轮(1)、第二测量轮(2)、第一测量架(3)、第二测量架(4)以及测量台(5)，所述第一测量轮(1)、第二测量轮(2)、第一测量架(3)、第二测量架(4)均设有两个，所述两个第一测量架(3)分别安装于所述测量台(5)的第一安装面的上端和下端，所述两个第二测量架(4)分别安装于所述测量台(5)的第二安装面的上端和下端，所述两个第一测量轮(1)分别安装于所述两个第一测量架(3)上，所述两个第二测量轮(2)分别安装于所述两个第二测量架(4)上，所述第二测量轮(2)与所述第一测量轮(1)的端面与被测叶片的测量截面平行，所述第一测量架(3)和第二测量架(4)带动所述第二测量轮(2)与所述第一测量轮(1)同步运动；

还包括投影设备和测量屏幕(6)，所述测量屏幕(6)用于放置放大相同倍数的标准叶型图(7)及所述第二测量轮投影(8)，通过所述投影设备将所述第二测量轮(2)同步的运动轨迹(9)放大投影至所述测量屏幕(6)。

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