CN112097718B - 一种带冠涡轮盘的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带冠涡轮盘相关技术领域，具体是一种带冠涡轮盘的检测方法，旨在解决现有技术中无法对成品带冠涡轮盘进行检测的技术问题。采用如下技术方案：通过在现有三坐标测量机上增设第一数控转台和第二数控转台，并且将测针下端部折弯形成弯曲测针，从而实现了从轴向对带冠涡轮盘进行检测，相对于现有采用将冠切除后再用传统三坐标测量机检测或将叶片沿截面方向切成薄片后使用投影方法检测的方法，能够在不破坏带冠涡轮盘结构的基础上完成对叶片的检测，不仅适用于工艺试验阶段，而且适用于成品阶段的带冠涡轮盘的检测。

Description

一种带冠涡轮盘的检测方法

技术领域

本发明涉及带冠涡轮盘相关技术领域，具体是一种带冠涡轮盘的检测方法。

背景技术

涡轮盘（如图1）是一种典形的圆盘类零件，其基本结构为在轮毂外圆上沿圆周均匀分布若干个特殊曲面形状的涡轮叶片，工作时高温高压燃气喷到叶片表面从而带动涡轮高速旋转产生动力，是涡轮发动机的核心部件之一。涡轮盘上的叶片曲面形状精度及叶片分布的轴向及周向位置精度等要求非常高，要求进行精确检测，这种检测通常在三坐标测量机上进行，检测时测针由径向方向进出叶片之间的流道间隙。

与普通涡轮盘不同，带冠涡轮盘（如图2）是在普通涡轮盘的叶片最外缘处又包裹了一个完整的闭环（称为冠）。由于受到冠的阻碍，坐标测量机的测针无法从径向方向进出流道间隙进行测量而只能沿轴向方向进出流道间隙。但由于叶片之间重叠度高，流道呈弯曲形状且间隙非常窄，导致直杆测针无法顺利进入流道间隙到达叶片曲面最高点处，在进出过程中会在A处或B处产生干涉（如图3）。因此，在普通的三坐标测量机上应用直形测针无法完成带冠涡轮盘的检测。目前只能采用将冠切除后再用传统三坐标测量机检测或将叶片沿截面方向切成薄片后使用投影方法检测，这些检测方式均破坏了带冠涡轮盘整体结构，导致被测带冠涡轮盘报废，因此，仅能用于工艺试验阶段而无法对成品带冠涡轮盘进行检测。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中无法对成品带冠涡轮盘进行检测的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种带冠涡轮盘的检测方法，依次包括如下步骤：

S1:建立五轴四联动测量机，包括工作台，工作台上设有X向滑动机构，X向滑动机构上设有Y向滑动机构，Y向滑动机构上设有Z向滑动机构，Z向滑动机构的下端部安装有测针，测针的下端折弯以形成弯曲测针，工作台上固定有第一数控转台，第一数控转台的旋转轴线呈X向或Y向或Z向布置，第一数控转台上固连有第二数控转台，第二数控转台的旋转轴线与第一数控转台的旋转轴线相垂直且共面，且第二数控转台上同轴固定有安装轴，安装轴的外端设有用以同轴安装带冠涡轮盘的安装部，X向滑动机构、Y向滑动机构、Z向滑动机构及第一数控转台通过CNC控制联动；

S2：根据被测带冠涡轮盘流道间隙的最小值选取合适的测针球直径和测针杆直径，选取原则是在保证弯曲测针进出流道间隙及测量时不干涉的前提下，测针球直径和测针杆直径尽量大，以增加测针刚性，提高测量精度；

S3：通过理论计算及实际试验，确定弯曲测针的长度、弯曲位置、弯曲弧度及测针方向；

S4：将被测带冠涡轮盘同轴固定在安装轴的安装部；

S5：通过X向滑动机构、Y向滑动机构、Z向滑动机构及第一数控转台的四轴联动控制弯曲测针进入带冠涡轮盘的某一个叶片的流道中，对弯曲测针所在一侧的半边叶片曲面进行扫描或采点测量，测量时测针球需越过叶片中间的最凸拐点，以便与该叶片另半边曲面测量值重合衔接；

S6：一个叶片的半边测量完毕后，弯曲测针从流道中退出，第二数控转台旋转，带动带冠涡轮盘旋转一个角度，使下一个被测叶片进入测量位置；

S7：重复步骤S5和S6，直至所有叶片本侧半边全部测量完毕；

S8：改变弯曲测针的方位至被测带冠涡轮盘的另一侧，重复步骤S5-S7，完成带冠涡轮盘所有叶片的另半边测量；

S9：将所有测量数据通过坐标变换收集到同一个坐标系下，导入带冠涡轮盘的数模中进行比较，得出被测带冠涡轮盘叶片的形状偏差和位置偏差。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种带冠涡轮盘的检测方法，通过在现有三坐标测量机上增设第一数控转台和第二数控转台，并且将测针下端部折弯形成弯曲测针，从而实现了从轴向对带冠涡轮盘进行检测，相对于现有采用将冠切除后再用传统三坐标测量机检测或将叶片沿截面方向切成薄片后使用投影方法检测的方法，能够在不破坏带冠涡轮盘结构的基础上完成对叶片的检测，不仅适用于工艺试验阶段，而且适用于成品阶段的带冠涡轮盘的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有涡轮盘的结构示意图；

图2是现有带冠涡轮盘的结构示意图；

图3是现有直测针从轴向对带冠涡轮盘进行检测的状态示意图；

图4是采用弯曲测针但不增设第四联动轴的检测状态示意图；

图5是本发明的改进后的测量机的结构示意图；

图6是利用本发明的测量机检测带冠涡轮盘的状态示意图。

图中：

1┄工作台；2┄X向滑动机构；3┄Y向滑动机构；4┄Z向滑动机构；5┄弯曲测针；6┄第一数控转台；7┄第二数控转台；8┄安装轴；9┄带冠涡轮盘；10┄安装条板。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

被测带冠涡轮盘沿圆周均布72个叶片，叶片外缘有冠包围，冠外圆直径180mm，叶片间流道间隙最小处为1.9mm，用本发明方法检测其叶片的形状偏差和位置偏差，具体步骤如下：

S1:建立五轴四联动测量机，包括工作台1，工作台1上设有X向滑动机构2，X向滑动机构2上设有Y向滑动机构3，Y向滑动机构3上设有Z向滑动机构4，Z向滑动机构4的下端部安装有测针，测针的下端折弯以形成弯曲测针5，工作台1上固定有第一数控转台6，第一数控转台6的旋转轴线呈Z向布置，第一数控转台6上固定有安装条板10，安装条板10设有外露于第一数控转台6的外伸部，外伸部上固定有第二数控转台7，且安装轴8的外端位于第一数控转台6的正上方，第二数控转台7，第一数控转台与第二数控转台的回转直径为200mm，第二数控转台7的旋转轴线与第一数控转台6的旋转轴线相垂直且共面，且第二数控转台7上同轴固定有安装轴8，安装轴8的外端设有用以同轴安装带冠涡轮盘9的安装部，安装部为同轴固定在安装轴8的外端的夹盘，带冠涡轮盘9通过夹盘同轴固定在安装轴8的外端面上，X向滑动机构2、Y向滑动机构3、Z向滑动机构4及第一数控转台6通过CNC控制联动，第二数控换台7不与前述四轴联动，此时的测量机为五轴四联动测量机。

S2：根据被测带冠涡轮盘9流道间隙的最小值选取合适的测针球直径和测针杆直径，选取原则是在保证弯曲测针5进出流道间隙及测量时不干涉的前提下，测针球直径和测针杆直径尽量大，以增加测针刚性，提高测量精度，此实施例中测针球直径确定的为1.5mm，测针杆直径确定为0.7mm。

S3：通过理论计算及实际试验，理论计算采用CAD模拟分析等，确定弯曲测针5的长度为12mm、弯曲圆弧中心距测针根部距离为8.17mm、弯曲半径为2mm、测针方向为X向。

S4：将被测带冠涡轮盘9通过夹盘同轴固定在安装轴8的安装部。

S5：将被测带冠涡轮盘的叶片按逆时针顺序编号为1#~72#，弯曲测针指向X-方向，通过X向滑动机构2、Y向滑动机构3、Z向滑动机构4及第一数控转台6的四轴联动控制弯曲测针5进入带冠涡轮盘9的1#叶片的流道中，对弯曲测针5所在一侧的半边叶片曲面进行扫描或采点测量，测量时测针球需越过叶片中间的最凸拐点，以便与该叶片另半边曲面测量值重合衔接。

S6：1#叶片的半边测量完毕后，弯曲测针5从流道中退出，第二数控转台7旋转5°，带动带冠涡轮盘9旋转5°，使2#叶片进入测量位置。

S7：重复步骤S5和S6，直至72个叶片本侧半边全部测量完毕。

S8：改变弯曲测针5的方位使其指向X+方向，重复步骤S5-S7，完成带冠涡轮盘所有叶片的另半边测量。

S9：将所有测量数据通过坐标变换收集到同一个坐标系下，导入带冠涡轮盘的CAD数模中进行比较，得出被测带冠涡轮盘叶片的形状偏差和位置偏差。

在步骤S1中，第一数控转台6的旋转轴线也可沿Y向或X向布置，实际操作时，在测量前利用测量机的固有结构控制弯曲测针5转动至合适角度以能与第一数控转台6的安装位置适配，一般要使弯曲测针5的直杆部分与第一数控转台6的旋转轴线相平行或接近平行。现有三坐标测量机上的测针旋转只是调节测针的测量角度，但是无法与其他三轴联动实现边旋转边测量，所以才需要增加本申请中的第一数控转台6。

在步骤S1中，第二数控转台7也可直接固定在第一数控转台6上，只是这样的结构需要第一数控转台6的直径更大。

在步骤S1中，安装部也可为开设于安装轴8的外端面上的螺孔，螺孔与安装轴8同轴，带冠涡轮盘9通过螺钉同轴固定在安装轴8的外端面上；或为开设于安装轴8的外端面上的盲孔，盲孔与安装轴8同轴，带冠涡轮盘9的中心轴过盈插装在盲孔中实现固定。

在步骤S1中，第二数控转台7也可与前述四轴联动，形成五轴五联动测量机。

在步骤S1中，安装轴8的直径小于带冠涡轮盘9的轮毂外圆直径，以能够在不拆卸带冠涡轮盘9的前提下对叶片的两半侧都进行检测，这应是本领域人员容易设计的，将一个零件安装在轴上，结果轴比零件还粗，本领域人员不会这样设计，因为同样是实现固定，轴成本过高。

如果采用现有技术中的直测针，如图3所示，在A处或B处会产生干涉；如果采用弯曲测针5，但是不增设第四联动轴（即第一数控转台6），如图4所示，在B处仍会发生干涉；皆不可行。本发明的创新点正是在于在原有三坐标测量机上增设第一数控转台6和第二数控转台7，形成五轴四联动机构，配合弯曲测针5，从而避免了结构上的干涉，使得从轴向对带冠涡轮盘9的检测成为可能。

实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带冠涡轮盘的检测方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

S1:建立五轴四联动测量机，包括工作台（1），工作台（1）上设有X向滑动机构（2），X向滑动机构（2）上设有Y向滑动机构（3），Y向滑动机构（3）上设有Z向滑动机构（4），Z向滑动机构（4）的下端部安装有测针，测针的下端折弯以形成弯曲测针（5），工作台（1）上固定有第一数控转台（6），第一数控转台（6）的旋转轴线呈Z向布置，第一数控转台（6）上固定有安装条板（10），安装条板（10）设有外露于第一数控转台（6）的外伸部，第二数控转台（7）固定在外伸部上，第二数控转台（7）的旋转轴线与第一数控转台（6）的旋转轴线相垂直且共面，且第二数控转台（7）上同轴固定有安装轴（8），且安装轴（8）的外端位于第一数控转台（6）的正上方，安装轴（8）的外端设有用以同轴安装带冠涡轮盘（9）的安装部，X向滑动机构（2）、Y向滑动机构（3）、Z向滑动机构（4）及第一数控转台（6）通过CNC控制联动；

S2：根据被测带冠涡轮盘（9）流道间隙的最小值选取合适的测针球直径和测针杆直径，选取原则是在保证弯曲测针（5）进出流道间隙及测量时不干涉的前提下，测针球直径和测针杆直径尽量大，以增加测针刚性，提高测量精度；

S3：通过理论计算及实际试验，确定弯曲测针（5）的长度、弯曲位置、弯曲弧度及测针方向；

S4：将被测带冠涡轮盘（9）同轴固定在安装轴（8）的安装部；

S5：通过X向滑动机构（2）、Y向滑动机构（3）、Z向滑动机构（4）及第一数控转台（6）的四轴联动控制弯曲测针（5）进入带冠涡轮盘（9）的某一个叶片的流道中，对弯曲测针（5）所在一侧的半边叶片曲面进行扫描或采点测量，测量时测针球需越过叶片中间的最凸拐点，以便与该叶片另半边曲面测量值重合衔接；

S6：一个叶片的半边测量完毕后，弯曲测针（5）从流道中退出，第二数控转台（7）旋转，带动带冠涡轮盘（9）旋转一个角度，使下一个被测叶片进入测量位置；

S7：重复步骤S5和S6，直至所有叶片本侧半边全部测量完毕；

S8：改变弯曲测针（5）的方位至被测带冠涡轮盘（9 ）的另一侧，重复步骤S5-S7，完成带冠涡轮盘所有叶片的另半边测量；

S9：将所有测量数据通过坐标变换收集到同一个坐标系下，导入带冠涡轮盘的数模中进行比较，得出被测带冠涡轮盘叶片的形状偏差和位置偏差。

2.根据权利要求1所述的一种带冠涡轮盘的检测方法，其特征在于：步骤S1中，安装部为开设于安装轴（8）的外端面上的螺孔，螺孔与安装轴（8）同轴，带冠涡轮盘（9）通过螺钉同轴固定在安装轴（8）的外端面上。

3.根据权利要求1所述的一种带冠涡轮盘的检测方法，其特征在于：步骤S1中，安装部为开设于安装轴（8）的外端面上的盲孔，盲孔与安装轴（8）同轴，带冠涡轮盘（9）的中心轴过盈插装在盲孔中实现固定。

4.根据权利要求1所述的一种带冠涡轮盘的检测方法，其特征在于：步骤S1中，安装部为同轴固定在安装轴（8）的外端的夹盘，带冠涡轮盘（9）通过夹盘同轴固定在安装轴（8）的外端面上。

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