CN113664568A - 一种测量工装及坐标系建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量工装及坐标系建立方法，包括定位架、端面定位块和夹具；夹具和端面定位块顶端伸出定位架顶部，端面定位块位于夹具的侧面，端面定位块朝向夹具的侧面顶部设置有台阶面，台阶面侧面为端面定位面，台阶面底面上设置有第一凸块，第一凸块顶部为第一圆弧定位面；夹具包括左夹具和右夹具，左夹具和右夹具顶面的前后两侧设置有凸起，同一夹具上两个凸起的相对面为夹持面和侧面定位面，左夹具或右夹具上设置有第二凸块和第三凸块，第二凸块和第三凸块顶部为第二圆弧定位面和第三圆弧定位面，第一圆弧定位面、第二圆弧定位面和第三圆弧定位面与叶片底面曲率一致。增加了叶片装夹的稳定性。

Description

一种测量工装及坐标系建立方法

技术领域

本发明属于叶片检测领域，涉及一种测量工装及坐标系建立方法。

背景技术

航空发动机双缘板类叶片有多种结构，有些叶片用于测量基准的上缘板较薄(不到3mm)，下缘板为曲面，采用坐标测量机测量时，测量稳定性是测量过程中的难点，既耽误了检测的时间，同时也大大增加了工人的劳动强度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种测量工装及坐标系建立方法，增加了叶片装夹的稳定性，为双缘板类叶片大批量高效、稳定、准确检测提供了保障。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种测量工装，包括定位架、端面定位块和夹具；

夹具和端面定位块顶端伸出定位架顶部，端面定位块位于夹具的侧面，端面定位块朝向夹具的侧面顶部设置有台阶面，台阶面侧面为端面定位面，台阶面底面上设置有第一凸块，第一凸块顶部为第一圆弧定位面；

夹具包括左夹具和右夹具，端面定位块、左夹具和右夹具平行设置，端面定位块的第一凸块朝向左夹具的中心线，左夹具和右夹具顶面的前后两侧设置有凸起，同一夹具上两个凸起的相对面为夹持面和侧面定位面，左夹具或右夹具上设置有第二凸块和第三凸块，第二凸块和第三凸块顶部为第二圆弧定位面和第三圆弧定位面，第一圆弧定位面、第二圆弧定位面和第三圆弧定位面与叶片底面曲率一致。

优选的，左夹具和右夹具均包括活动侧和固定侧，固定侧与定位架固定，两个凸起分别位于活动侧和固定侧上。

进一步，位于固定侧上的凸起的夹持面为侧面定位面。

进一步，活动侧贯穿有旋转销轴，活动侧绕旋转销轴转动的方向为夹具夹紧或松开方向，活动侧底部设置有倾斜于活动侧高度方向的斜面，定位架位于活动侧底部位置设置有空腔，空腔朝定位架内侧设置有通孔，空腔与通孔连通，通孔与旋转销轴平行，通孔内滑动连接有左顶出块和右顶出块，左顶出块和右顶出块上设置有与通孔轴向一致的锥面，左顶出块和右顶出块移动时，锥面与活动侧底部斜面挤压，活动侧底部朝定位架外部移动。

再进一步，通孔两端固定有左固定盖板和右固定盖板，左顶出块和右顶出块均贯穿固定有旋转螺栓，旋转螺栓穿过右固定盖板，且与右固定盖板螺纹连接。

进一步，活动侧和固定侧之间设置有弹簧，弹簧始终给予活动侧顶部远离固定侧顶部的力。

优选的，左夹具和右夹具间距等于叶片底面长度方向中间两个四等分点的间距。

优选的，第二圆弧定位面和第三圆弧定位面高度相同，第二圆弧定位面和第三圆弧定位面高于第一圆弧定位面。

一种基于上述任意一项所述测量工装的坐标系建立方法，包括以下过程：

S1，建立初始坐标系：在测量工装底面测量一个平面，确定坐标系Z轴的方向偏置H值后为Z轴零点，左夹具和右夹具的固定侧夹持面与叶片叶背侧的上缘板侧面贴合，在左夹具和右夹具的固定侧上各测量一点构造一条线，确定坐标系X轴的方向，偏置B值后为Y轴零点，在测量工装的端面定位块上测量一点偏置A值后为X轴零点，保存该坐标系为外部坐标系；

H＝H1+A1tanβ°，其中H1为第一圆弧定位面最高点到测量工装底面的高度，A1值为叶片端面中点到叠合轴的距离，第一圆弧定位面、第二圆弧定位面和第三圆弧定位面最高点组成的平面与测量工装底面的夹角为β°；

S2，叶片夹装在测量工装后，调用初始坐标系，在叶片上建立测量坐标系。

优选的，S2的具体过程为：在叶片的叶盆侧上缘板直面上选取两点，构造第一直线、该两点应在夹具没有覆盖的部位，下缘板曲面上选取一点D1，D1点的X轴坐标为零；在上、下缘板进气边侧各选取一个点D2、D3，D2、D3的Y轴坐标为零，在底面选取一点D4，D4的X、Y轴坐标为0，在数模中选取测量点仅需要首次测量时进行；

叶片夹装在测量工装后，调用初始坐标系，测量第一直线、D1、D2、D3和D4点，得到偏差值，分别将第一直线、D1点的X、Z方向的偏差值补偿到第一直线、D1点理论值中，将D2、D3点Y、Z方向的偏差值补偿到D2、D3点理论值中，将D4点X、Y方向的偏差量补偿到D4点的理论值中，循环更新测量坐标系，直到第一直线、点D1的Y值，点D2、D3的X值、点D4的Z值偏差量小于0.005mm后，完成测量坐标系的建立。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明测量工装采用两个夹具和一个端面定位块，端面定位块的端面定位面用于叶片底部端面的限位，两个夹具的夹持面用于叶片底部侧面的限位，三个圆弧定位面用于叶片底面的限位与支撑，增加了叶片装夹的稳定性，夹装便捷，为双缘板类叶片大批量高效、稳定、准确检测提供了保障。

进一步，将固定侧的夹持面作为侧面定位面，保证了定位一致性。

进一步，通过锥面与活动侧底部斜面挤压，使活动侧底部朝定位架外部移动，能够使叶片夹装牢靠。

进一步，通过旋转螺栓，能够带动左顶出块和右顶出块移动，并且夹紧后，螺纹连接保证旋转螺栓保持固定，进而保持夹持稳定，操作方便。

进一步，通过弹簧，能够在取消夹持时，夹具自动打开，方便拆卸和安装叶片。

进一步，左夹具和右夹具间距等于叶片底面长度方向中间两个四等分点的间距，叶片夹装后，左夹具和右夹具位于叶片底面长度方向中间两个四等分点上，增加装夹的稳定性。

进一步，通过圆弧定位面的高度差，使叶片装夹后保持竖直向上，增加装夹的稳定性。

本发明所述方法对测量工装进行初始定位，再调用初始坐标系，通过在初始坐标系中建立叶片的测量坐标系，消除因装夹不一致导致的测量误差，提高了测量准确性，在测量工装不移动的情况下，手动测量的原始坐标系只需要建立一次，其余都可以采用自动测量，特别适用于大批量叶片的测量。

附图说明

图1为本发明测量工装第一剖视图；

图2为本发明测量工装第二剖视图；

图3为本发明图2的A-A剖面图；

图4为本发明图2的左视图；

图5为本发明活动侧结构示意图；

图6为本发明左顶出块和右顶出块结构示意图；

图7为本发明左固定盖板正视图；

图8为本发明左固定盖板侧面半剖图；

图9为本发明右固定盖板正视图；

图10为本发明图9的A-A剖面图；

图11为本发明旋转螺栓结构示意图；

图12为本发明叶片正视图；

图13为本发明叶片侧视图；

图14为本发明叶片俯视图。

其中：1-左顶出块；2-左固定盖板；3-定位架；4-左夹具；5-右夹具；6-旋转销轴；7-旋转螺栓；8-右固定盖板；9-右顶出块；10-端面定位块；11-端面定位面；12-第一圆弧定位面；13-第二圆弧定位面；14-第三圆弧定位面；15-侧面定位面；16-叶片底面；17-上缘板；18-下缘板；19-叶盆；20-叠合轴；21-第一直线；22-凸起。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1和图2所示，为本发明所述的测量工装，包括左顶出块1、左固定盖板2、定位架3、夹具、旋转销轴6、旋转螺栓7、右固定盖板8和右顶出块9。

本实施例中，图1和图2中的左右侧为定位架3的左右侧，上下侧为定位架3的顶底部，剩余两侧为定位架3的前后面。

夹具和端面定位块10顶端竖直向上伸出定位架3顶部，端面定位块10位于夹具的侧面，端面定位块10朝向夹具的侧面顶部设置有台阶面，台阶面侧面为端面定位面11，台阶面底面上设置有第一凸块，第一凸块顶部为第一圆弧定位面12，第一圆弧定位面12最高点低于端面定位面11最高点。

定位架3底部设置有三个竖直向上的定位盲孔。

夹具包括左夹具4和右夹具5，端面定位块10、左夹具4和右夹具5平行设置，端面定位块的第一凸块朝向左夹具的中心线，左夹具4和右夹具5顶面位于定位架3的前后两侧设置有凸起22，同一夹具上两个凸起22的相对面为夹持面，如图3所示，左夹具4或右夹具5上设置有第二凸块和第三凸块，第二凸块和第三凸块顶部为第二圆弧定位面13和第三圆弧定位面14，第一圆弧定位面12、第二圆弧定位面13和第三圆弧定位面14与叶片底面16曲率一致。

第二圆弧定位面13和第三圆弧定位面14高度相同，第二圆弧定位面13和第三圆弧定位面14高于第一圆弧定位面12，通过圆弧定位面的高度差，使叶片装夹后保持竖直向上，增加装夹的稳定性。第一圆弧定位面12、第二圆弧定位面13和第三圆弧定位面14最高点组成的平面与测量工装底面的夹角为β°。

左夹具4和右夹具5间距等于叶片底面16长度方向中间两个四等分点的间距，增加装夹的稳定性。

左夹具4和右夹具5均包括活动侧和固定侧，两个凸起22分别位于活动侧和固定侧上，固定侧与定位架3固定，如图4所示，位于固定侧上的夹持面为侧面定位面15。

活动侧贯穿有旋转销轴6，旋转销轴6轴向为定位架3的左右方向，活动侧绕旋转销轴6转动的方向为夹具夹紧或松开方向，如图5所示，活动侧底部设置有倾斜于活动侧高度方向的斜面，斜面成45°设置。

定位架3位于活动侧底部位置设置有空腔，空腔朝定位架3内侧设置有通孔，空腔与通孔连通，通孔与旋转销轴6平行，通孔内滑动连接有左顶出块1和右顶出块9，左顶出块1和右顶出块9分别与左夹具4和右夹具5的活动侧底部对应，左顶出块1和右顶出块9结构如图6所示，左顶出块1和右顶出块9上设置有与通孔轴向一致的锥面，锥面成45°设置，左顶出块1和右顶出块9向左夹具4和右夹具5的活动侧底部移动时，锥面与活动侧底部斜面挤压，活动侧底部朝定位架3外部移动，活动侧顶部靠近固定侧顶部。

通孔两端固定有左固定盖板2和右固定盖板8，左固定盖板2结构如图7和图8所示，右固定盖板8结构如图9和图10所示，左顶出块1和右顶出块9位于左固定盖板2和右固定盖板8之间，左固定盖板2和右固定盖板8用于对左顶出块1和右顶出块9进行限位。左顶出块1和右顶出块9均贯穿固定有旋转螺栓7，旋转螺栓7结构如图11所示，旋转螺栓7穿过右固定盖板8，且与右固定盖板8螺纹连接。

活动侧和固定侧之间设置有弹簧，弹簧始终给予活动侧顶部远离固定侧顶部的力。

如图11和图13所示，叶片包括上缘板17、下缘板18和叶盆19，上缘板17远离叶片的一面为叶片底面16。

如图14所示，叶片的上缘板17为平行四边形，角度为α，B为上缘板17宽度的一半，A为上缘板17长度的一半A1与角度α余弦的商，A＝A1/cosα。

定位架3上半部分为梯形，顶部为小端面，减轻了整个测量工装的重量。

定位架3通过端面定位面11、第一圆弧定位面12、第二圆弧定位面13、第三圆弧定位面14和两个侧面定位面15对叶片进行定位，左夹具4和右夹具5通过旋转销轴6连接固定到定位架3上，左固定盖板2和右固定盖板8通过螺钉固定在定位架3上，左固定盖板2和右固定盖板8通过卡槽限制左顶出块1和右顶出块9的活动，旋转螺栓7通过螺纹旋转，带动左顶出块1和右顶出块9旋转，左顶出块1和右顶出块9的45°锥面也随同旋转，左顶出块1和右顶出块9的45°锥面因旋转后将推动左夹具4和右夹具5活动侧下端的45°斜面向定位架3外移动，左夹具4和右夹具5的活动侧绕着旋转销轴6旋转，左夹具4和右夹具5的活动侧压缩弹簧，并压紧零件。

使用上述测量工装进行测量坐标系建立过程为：

S1，建立初始坐标系：在测量工装底面测量一个平面，确定坐标系Z轴的方向偏置H值后为Z轴零点，左夹具和右夹具的固定侧夹持面与叶片叶背侧的上缘板侧面贴合，在左夹具4和右夹具5的固定侧上各测量一点构造一条线，确定坐标系X轴的方向，偏置B值后为Y轴零点，在测量工装的端面定位块10上测量一点偏置A值后为X轴零点，保存该坐标系为外部坐标系。

H＝H1+A1tanβ°，其中H1为第一圆弧定位面12最高点到测量工装底面的高度，A1值为叶片端面中点到叠合轴20的距离，第一圆弧定位面12、第二圆弧定位面13和第三圆弧定位面14最高点组成的平面与测量工装底面的夹角为β°。

S2，在测量软件中导入测量数模，在数模的叶片叶盆19侧上缘板17直面上选取两点，构造第一直线21、该两点应在夹具没有覆盖的部位，下缘板18曲面上选取一点D1，D1点的X轴坐标为零；在上、下缘板18进气边侧各选取一个点D2、D3，D2、D3的Y轴坐标为零，在底面选取一点D4，D4的X、Y轴坐标为0，在数模中选取测量点仅需要首次测量时进行。

叶片夹装在测量工装后，调用初始坐标系，编制循环测量程序：采用机床的自动测量功能，测量第一直线21、D1、D2、D3和D4点，得到偏差值，分别将第一直线21、D1点的X、Z方向的偏差值补偿到第一直线21、D1点理论值中，将D2、D3点Y、Z方向的偏差值补偿到D2、D3点理论值中，将D4点X、Y方向的偏差量补偿到D4点的理论值中，循环更新测量坐标系，直到第一直线21、点D1的Y值，点D2、D3的X值、点D4的Z值偏差量小于0.005mm后，完成测量坐标系的建立，保存测量坐标系。

建立测量坐标系的目的是为了减少叶片装夹误差和工装制造误差，提高检测的准确性。

在批量测量时，只需要手动建立一次初始坐标系，后续测量坐标系建立时的测量过程采用自动测量，提高了测量效率，减少了人工劳动量。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量工装，其特征在于，包括定位架(3)、端面定位块(10)和夹具；

夹具和端面定位块(10)顶端伸出定位架(3)顶部，端面定位块(10)位于夹具的侧面，端面定位块(10)朝向夹具的侧面顶部设置有台阶面，台阶面侧面为端面定位面(11)，台阶面底面上设置有第一凸块，第一凸块顶部为第一圆弧定位面(12)；

夹具包括左夹具(4)和右夹具(5)，端面定位块(10)、左夹具(4)和右夹具(5)平行设置，端面定位块(10)的第一凸块朝向左夹具(4)的中心线，左夹具(4)和右夹具(5)顶面的前后两侧设置有凸起(22)，同一夹具上两个凸起(22)的相对面为夹持面和侧面定位面(15)，左夹具(4)或右夹具(5)上设置有第二凸块和第三凸块，第二凸块和第三凸块顶部为第二圆弧定位面(13)和第三圆弧定位面(14)，第一圆弧定位面(12)、第二圆弧定位面(13)和第三圆弧定位面(14)与叶片底面(16)曲率一致。

2.根据权利要求1所述的测量工装，其特征在于，左夹具(4)和右夹具(5)均包括活动侧和固定侧，固定侧与定位架(3)固定，两个凸起(22)分别位于活动侧和固定侧上。

3.根据权利要求2所述的测量工装，其特征在于，位于固定侧上的凸起(22)的夹持面为侧面定位面(15)。

4.根据权利要求2所述的测量工装，其特征在于，活动侧贯穿有旋转销轴(6)，活动侧绕旋转销轴(6)转动的方向为夹具夹紧或松开方向，活动侧底部设置有倾斜于活动侧高度方向的斜面，定位架(3)位于活动侧底部位置设置有空腔，空腔朝定位架(3)内侧设置有通孔，空腔与通孔连通，通孔与旋转销轴(6)平行，通孔内滑动连接有左顶出块(1)和右顶出块(9)，左顶出块(1)和右顶出块(9)上设置有与通孔轴向一致的锥面，左顶出块(1)和右顶出块(9)移动时，锥面与活动侧底部斜面挤压，活动侧底部朝定位架(3)外部移动。

5.根据权利要求4所述的测量工装，其特征在于，通孔两端固定有左固定盖板(2)和右固定盖板(8)，左顶出块(1)和右顶出块(9)均贯穿固定有旋转螺栓(7)，旋转螺栓(7)穿过右固定盖板(8)，且与右固定盖板(8)螺纹连接。

6.根据权利要求4所述的测量工装，其特征在于，活动侧和固定侧之间设置有弹簧，弹簧始终给予活动侧顶部远离固定侧顶部的力。

7.根据权利要求1所述的测量工装，其特征在于，左夹具(4)和右夹具(5)间距等于叶片底面(16)长度方向中间两个四等分点的间距。

8.根据权利要求1所述的测量工装，其特征在于，第二圆弧定位面(13)和第三圆弧定位面(14)高度相同，第二圆弧定位面(13)和第三圆弧定位面(14)高于第一圆弧定位面(12)。

9.一种基于权利要求1-8任意一项所述测量工装的坐标系建立方法，其特征在于，包括以下过程：

S1，建立初始坐标系：在测量工装底面测量一个平面，确定坐标系Z轴的方向偏置H值后为Z轴零点，左夹具(4)和右夹具(5)的固定侧夹持面与叶片叶背侧的上缘板(17)侧面贴合，在左夹具(4)和右夹具(5)的固定侧上各测量一点构造一条线，确定坐标系X轴的方向，偏置B值后为Y轴零点，在测量工装的端面定位块(10)上测量一点偏置A值后为X轴零点，保存该坐标系为外部坐标系；

H＝H1+A1tanβ°，其中H1为第一圆弧定位面(12)最高点到测量工装底面的高度，A1值为叶片端面中点到叠合轴(20)的距离，第一圆弧定位面(12)、第二圆弧定位面(13)和第三圆弧定位面(14)最高点组成的平面与测量工装底面的夹角为β°；

S2，叶片夹装在测量工装后，调用初始坐标系，在叶片上建立测量坐标系。

10.根据权利要求9所述的坐标系建立方法，其特征在于，S2的具体过程为：在叶片的叶盆(19)侧上缘板(17)直面上选取两点，构造第一直线(21)、该两点应在夹具没有覆盖的部位，下缘板(18)曲面上选取一点D1，D1点的X轴坐标为零；在上、下缘板(18)进气边侧各选取一个点D2、D3，D2、D3的Y轴坐标为零，在底面选取一点D4，D4的X、Y轴坐标为0，在数模中选取测量点仅需要首次测量时进行；

叶片夹装在测量工装后，调用初始坐标系，测量第一直线(21)、D1、D2、D3和D4点，得到偏差值，分别将第一直线(21)、D1点的X、Z方向的偏差值补偿到第一直线(21)、D1点理论值中，将D2、D3点Y、Z方向的偏差值补偿到D2、D3点理论值中，将D4点X、Y方向的偏差量补偿到D4点的理论值中，循环更新测量坐标系，直到第一直线(21)、点D1的Y值，点D2、D3的X值、点D4的Z值偏差量小于0.005mm后，完成测量坐标系的建立。

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