CN113878522B - 一种工作叶片检测定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机叶片无损检测技术领域，具体为一种用于工作叶片检测装置及定位方法。本发明工作叶片检测定位装置包括L形底座(1)、榫头定位座(2)、叶身定位座(3)、虎钳夹具(6)。本发明根据工作叶片发动机坐标系，利用榫头定位座(2)、叶身定位座(3)确定工作叶片的6个定位点，构建工作叶片坐标系，然后用虎钳夹具(6)夹持工作叶片榫头，并移出榫头定位座(2)、叶身定位座(3)所在的位置，同时移出过程保持工作叶片原有坐标系。所述夹持有工作叶片的虎钳夹具(6)作为整体用于后续CT扫描检测，满足叶片夹具对叶片工业CT扫描无遮挡的要求，该夹具操作简便、稳定性强、检测精度高，具有广泛的适用性。

Description

一种工作叶片检测定位装置及定位方法

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片无损检测技术领域，具体为一种用于工作叶片检测装置及定位方法。

背景技术

航空发动机叶片对其壁厚尺寸有较高的精度要求，在其铸件毛坯阶段需要进行壁厚测量。先进发动机的工作叶片具有复杂的空腔结构，通常情况下采用工业CT在叶片上指定的若干截面位置进行扫描成像，并基于工业CT数字图像进行壁厚数据获取。

工作叶片的壁厚测量截面垂直于叶片坐标系中的Z轴，该坐标系是由叶身、缘板和榫头上6个定位点共同建立的。在CT扫描过程中，需要通过夹具固定叶片并保持叶片Z轴垂直于CT旋转平面，同时为了保证CT图像质量需要避免夹具进入CT扫描范围，否则叶片壁厚的测量数据会产生严重误差，影响其质量评价结果的可靠性并造成安全隐患。

现阶段叶片的工业CT检测通常采用榫头楔形面与夹具紧密接触实现叶片的固定，如CN201611184597.5所公开的一种叶片定位和固定装置及其实现叶片定位和固定的方法，采用传统的叶片6点定位工装，该夹具在夹持叶片后，无法便捷的将叶片从定位坐标中取出并保留叶片当前坐标系，且工装由于需要在叶身部位进行定位必然会进入CT扫描范围，从而影响图像质量。另外，该工装需要用于榫头相关部位，因此仅适用加工为榫齿后的叶片，对于榫头未加工的叶片铸件毛坯并不适用。因此，亟需开发一种同时满足叶片垂直度要求并且对CT图像质量无影响的叶片高精度定位和固定技术。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景中提出的问题，本发明通过设计特定形状和结构的工作叶片检测定位装置，能够实现对工作叶片无遮挡定位，并可进行定位坐标转化传递，便于实现对工作叶片的快捷、准确、方便的检测。

本发明的技术方案：一种工作叶片检测定位装置，其包括L形底座1、榫头定位座2、叶身定位座3、虎钳夹具6；所述L形底座水平方向平面为水平面7，垂直方向平面为垂直面8；所述垂直面8一侧位于上方位置安装有叶身定位座3，所述叶身定位座3夹持固定工作叶片叶身二处定位点，垂直面8一侧位于叶身定位座3下方位置安装有榫头定位座2，所述榫头定位座2夹持固定工作叶片榫头三处定位点以及一处叶片缘板定位点，上述6个定位点所确定工作叶片坐标系对应于工作叶片发动机坐标系，以便于后续工作叶片厚度工业CT测量，所述虎钳夹具6放置于榫头定位座2下方的水平面7上，且可沿水平面7自由移动，用于夹持移出坐标系已经确定的工作叶片，并保持工作叶片坐标系不变，并作为整体进行CT检测，可以有效避免夹具工作叶片的厚度测量时的遮挡。

所述榫头定位座2设有定位针A10、定位针B11和定位针C12，定位针A10和定位针B11与垂直面8垂直，且顶点位置分别与叶片伸根处两个定位点对应，定位针C12与水平面7和垂直面8平行，且顶点位置与叶片榫头侧面定位点对应；所述榫头定位座2顶部下侧位置还设有定位球头13，定位球头13与水平面7垂直相对，且顶点位置与叶片缘板上方定位点对应。

所述叶身定位座3设有进气边定位面14和叶背定位面15，进气边定位面14与垂直面8垂直，进气边定位面14为楔形面，与叶片进气边定位点相接触；叶背定位面15垂直于垂直面8，叶背定位面15为楔形面，与叶片叶背定位点相接触。

所述叶片进气边定位点与叶片叶背定位点以及定位针C12处的定位点构成三点定位面，定位针A10、定位针B11处的两个定位点构成定位线，该三点定位面、两点定位线加上定位球头13处的定位点构成工作叶片坐标系，工作叶片放置在定位装置内，并与6个定位点紧密接触时，能够确定工作叶片坐标系为发动机叶片坐标系，从而实现坐标系的传递。

所述虎钳夹具6包括虎钳底座16、夹头17、螺杆18；虎钳底座16为凹形，在底面19设有垂直于其余两面的导槽20，导槽20内装有夹头17，螺杆18穿过虎钳底座16右垂面21的螺纹孔并与夹头17连接；夹头17表面与虎钳底座16的左垂面22平行，且在其相对的两个表面各设置有两个凸起高度相同的固定支点23，固定支点23与底面19距离相同，用于夹持工作叶片榫头。

所述L形底座1的垂直面8一侧位于榫头定位座2侧方安装有顶紧螺钉固定座4；所述顶紧螺钉5通过螺纹孔穿过顶紧螺钉定位座4，且与垂直面8相对，用于夹持确定工作叶片位置。

一种利用所述的工作叶片检测定位装置进行定位的方法，其根据工作叶片发动机坐标系，利用榫头定位座2、叶身定位座3确定工作叶片的6个定位点，构建工作叶片坐标系，然后用虎钳夹具6夹持工作叶片榫头，并移出榫头定位座2、叶身定位座3所在的位置，同时移出过程保持工作叶片原有坐标系。

所述夹持有工作叶片的虎钳夹具6作为整体用于后续CT扫描检测，此时，工作叶片无遮挡，同时保留有原来坐标系，因此能够有效减少CT检测误差，保证厚度检测质量。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明采用的定位基准为叶片上6个定位点，有效避免了因夹具直接夹持叶片榫头而由叶片铸件毛坯尺寸和形状波动引入的叶片Z轴倾斜，使得CT扫描截面与叶片测厚截面取向一致；另一方面，叶片通过6个定位点固定后，可通过虎钳夹具固定Z轴经调整后的叶片榫头，并与叶片一同从6点定位夹具上移出，使得定位夹具不再干扰叶片的CT扫描，提高叶片壁厚截面CT图像的质量，从而降低叶片壁厚测量数据的误差。夹具安装快捷、定位准确、重复性好，在保证定位精度的同时可有效提高检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中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发明的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的一种工作叶片检测定位装置整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种工作叶片检测定位装置中虎钳夹具6的结构示意图；

图3是叶片在本发明实施例提供的一种工作叶片检测定位装置中的装配图。

附图中附图标记所对应的名称为：1-L形底座，2-榫头定位座，3-叶身定位座，4-顶紧螺钉固定座，5-顶紧螺钉，6-虎钳夹具，7-水平面，8-垂直面，10-定位针A，11-定位针B，12-定位针C，13-定位球头，14-进气边定位面，15-叶背定位面，16-虎钳底座，17-夹头，18-螺杆，19-底面，20-导槽，21-右垂面，22-左垂面，23-固定支点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

参见图1至图3，本发明工作叶片检测定位装置主要由L形底座1、榫头定位座2、叶身定位座3、顶紧螺钉固定座4、顶紧螺钉5、虎钳夹具6组成；L形底座水平方向平面为水平面7，垂直方向平面为垂直面8；垂直面8一侧位于上方位置安装有叶身定位座3，垂直面8一侧位于叶身定位座3下方位置安装有榫头定位座2，垂直面8一侧位于榫头定位座2侧方安装有顶紧螺钉固定座4；顶紧螺钉5通过螺纹孔穿过顶紧螺钉定位座4，且与垂直面8相对；虎钳夹具6放置于榫头定位座2下方的水平面7上，且可沿水平面7自由移动。

所述榫头定位座2设有定位针A10、定位针B11和定位针C12，定位针A10和定位针B11与垂直面8垂直，且顶点位置分别与叶片伸根处两个定位点对应，定位针C12与水平面7和垂直面8平行，且顶点位置与叶片榫头侧面定位点对应；榫头定位座2顶部下侧位置还设有定位球头13，定位球头13与水平面7垂直相对，且顶点位置与叶片缘板上方定位点对应。

所述叶身定位座3设有进气边定位面14和叶背定位面15，进气边定位面14同时垂直于水平面7和垂直面8，进气边定位面14与叶片进气边定位点相接触；叶背定位面15垂直于水平面7，叶背定位面15与叶片叶背定位点相接触。

所述虎钳夹具6主要包括虎钳底座16、夹头17、螺杆18；虎钳底座16为凹形，在底面19设有垂直于其余两面的导槽20，导槽20内装有夹头17，螺杆18穿过虎钳底座16右垂面21的螺纹孔并与夹头17连接；夹头17表面与虎钳底座16的左垂面22平行，且在其相对的两个表面各设置有两个凸起高度相同的固定支点23，固定支点23与底面19距离相同。

本发明使用工作叶片检测定位装置实现叶片定位和固定的方法，包括如下步骤：

第一步，将L形底座1的垂直面8水平放置。

第二步，使叶背朝向垂直面8，将定位针A10和定位针B11与叶片伸根表面接触，移动叶片使定位针C12和叶片榫头侧面接触的同时定位球头13与叶片缘板接触，调整叶身位置使其与进气边定位面13和叶背定位面14接触，叶片经过表面6个定位点固定后无晃动。

第三步，拧紧顶紧螺钉5与叶片榫头接触，叶片位置锁紧后将L形底座1的水平面7水平放置。

第四步，将虎钳夹具6放置于水平面7上，拧紧螺杆18使夹头17和左垂面22分别与叶片榫头两侧的平行边接触并锁紧，松开顶紧螺钉5将虎钳夹具6和经定位后的叶片从L形底座1上取下。

实施例：本发明提供以下较佳的实施案例：一种工作叶片检测定位装置，主要由L形底座1、榫头定位座2、叶身定位座3、顶紧螺钉固定座4、顶紧螺钉5、虎钳夹具6组成；L形底座水平方向平面为水平面7，垂直方向平面为垂直面8，水平面7平行于叶片壁厚测量截面，用于将叶片坐标系中的Z平面转移到水平面7，垂直面8用于叶片定位所需部件的安装。直面8一侧位于上方位置安装有叶身定位座3，叶身定位座3用于固定叶片的叶身部位。垂直面8一侧位于叶身定位座3下方位置安装有榫头定位座2，榫头定位座2用于固定叶片的榫头和缘板部位，榫头定位座2与水平面7的距离略大于虎钳夹具6的高度，使得虎钳夹具6在夹持叶片后从L形底座1上取出的过程中不与榫头定位座2发生碰撞。垂直面8一侧位于榫头定位座2侧方安装有顶紧螺钉固定座4，顶紧螺钉定位座4与水平面7的略距离大于榫头定位座2与水平面7的距离，用于固定顶紧螺钉5，且不影响虎钳夹具6将叶片从L形底座1上取出。顶紧螺钉5通过螺纹孔穿过顶紧螺钉定位座4，与垂直面8相对，拧紧顶紧螺钉5可配合夹具中的叶片定位装置将叶片稳定的固定在夹具中，防止叶片在夹具中晃动、脱落。虎钳夹具6放置于榫头定位座2下方，用于通过夹持榫头的方式固定叶片，虎钳夹具6底面与水平面7的接触且沿该表面可自由移动，使得经过6点定位后的叶片Z轴垂直于虎钳夹具6底面。榫头定位座2设有定位针A10、定位针B11和定位针C11，定位针A10和定位针B11与垂直面8垂直，且顶点位置分别与叶片伸根处两个定位点对应，通过定位针A10和定位针B11与叶片伸根接触确定叶片的两个定位点；定位针C12与水平面7和垂直面8平行，且顶点位置与叶片榫头侧面定位点对应，通过定位针C12与叶片榫头侧面接触确定叶片的第三个定位点；榫头定位座2顶部下侧位置设有定位球头13，定位球头13与水平面7垂直相对，且顶点位置与叶片缘板上方定位点对应，通过定位球头13与叶片缘板接触确定叶片的第四个定位点。叶身定位座3设有进气边定位面14和叶背定位面15，进气边定位面14同时垂直于水平面7和垂直面8，进气边定位面14与叶片进气边定位点相接触确定叶片的第五个定位点；叶背定位面15垂直于水平面7，叶背定位面15与叶片叶背定位点相接触确定叶片的第六个定位点。虎钳夹具6主要包括虎钳底座16、夹头17、螺杆18；虎钳底座16为凹形，在底面19设有垂直于其余两面的导槽20，用于约束夹头17的运动方向并通过夹紧叶片榫头侧面固定叶片，导槽20内装有夹头17，螺杆18穿过虎钳底座16右垂面21的螺纹孔并与夹头17连接，通过拧紧螺杆18调整夹头17在导槽20中的位置；夹头17表面与虎钳底座16的左垂面22平行，在其相对的两个表面各设置有两个凸起高度相同的固定支点23，在夹持叶片时至少可保证其中三个固定支点与叶片榫头测面紧密接触，固定支点23与底面19距离相同，使得叶片在夹紧过程中不会发生倾斜。

本实施例还提出一种使用工作叶片检测定位装置实现叶片定位和固定的方法，包括如下步骤：

第一步，根据发动机工作叶片坐标系设计要求，设计确定工作叶片检测定位装置中的L形底座1、榫头定位座2、叶身定位座3相对位置，并确定代表发动机工作叶片坐标系的6个定位点，用于叶片在夹具中的安装定位。

第二步，手持叶片使叶背朝向垂直面8，将定位针A10和定位针B11与叶片伸根表面接触，移动叶片使定位针C12和叶片榫头侧面接触的同时定位球头13与叶片缘板接触，调整叶身位置使其与进气边定位面13和叶背定位面14接触，叶片经过表面6个定位点固定后无晃动，此时叶片完成6点定位，从而确定工作叶片坐标系，实现将发动机设计叶片坐标系的传递。

第三步，拧紧顶紧螺钉5与叶片榫头接触，使得叶片经过定位后能够稳定的固定于夹具中并在L形底座1翻转时不会发生脱落，叶片位置锁紧后将L形底座1的水平面7水平放置。

第四步，将虎钳夹具6放置于水平面7上，使得叶片Z轴垂直于虎钳夹具6的底面，沿L形底座1水平面7的移动虎钳并将叶片榫头置于虎钳夹头间，拧紧螺杆18使夹头17和左垂面22分别与叶片榫头两侧的平行边接触并锁紧，松开顶紧螺钉5将虎钳夹具6和经定位后的叶片从L形底座1上取下，此时叶片壁厚测量截面平行于虎钳夹具6的底面。

综上所述，本发明一种工作叶片检测定位装置及定位方法，能够通过6点定位夹具上的6个固定点与叶片上6个定位点紧密接触实现叶片坐标系向6点定位夹具坐标系传递，使叶片Z轴垂直于6点定位夹具底面，并通过虎钳夹具固定叶片榫头，将叶片从6点定位夹具中取出，同时保证叶片Z轴垂直于虎钳夹具底面，满足叶片夹具对叶片工业CT扫描无遮挡的要求，该夹具操作简便、稳定性强，具有广泛的适用性。

Claims (5)

1.一种工作叶片检测定位装置，其特征在于：包括L形底座(1)、榫头定位座(2)、叶身定位座(3)、虎钳夹具(6)；所述L形底座水平方向平面为水平面(7)，垂直方向平面为垂直面(8)；所述垂直面(8)一侧位于上方位置安装有叶身定位座(3)，所述叶身定位座(3)夹持固定工作叶片叶身二处定位点，垂直面(8)一侧位于叶身定位座(3)下方位置安装有榫头定位座(2)，所述榫头定位座(2)夹持固定工作叶片榫头三处定位点以及一处叶片缘板定位点，上述6个定位点所确定工作叶片坐标系对应于工作叶片发动机坐标系，所述虎钳夹具(6)放置于榫头定位座(2)下方的水平面(7)上，且可沿水平面(7)自由移动，用于夹持移出坐标系已经确定的工作叶片，所述榫头定位座(2)设有定位针A(10)、定位针B(11)和定位针C(12)，定位针A(10)和定位针B(11)与垂直面(8)垂直，且顶点位置分别与叶片伸根处两个定位点对应，定位针C(12)与水平面(7)和垂直面(8)平行，且顶点位置与叶片榫头侧面定位点对应；所述榫头定位座(2)顶部下侧位置还设有定位球头(13)，定位球头(13)与水平面(7)垂直相对，且顶点位置与叶片缘板上方定位点对应，所述叶身定位座(3)设有进气边定位面(14)和叶背定位面(15)，进气边定位面(14)与垂直面(8)垂直，进气边定位面(14)为楔形面，与叶片进气边定位点相接触；叶背定位面(15)垂直于垂直面(8)，叶背定位面(15)为楔形面，与叶片叶背定位点相接触，所述叶片进气边定位点与叶片叶背定位点以及定位针C(12)处的定位点构成三点定位面，定位针A(10)、定位针B(11)处的两个定位点构成定位线，该三点定位面、两点定位线加上定位球头(13)处的定位点构成工作叶片坐标系。

2.根据权利要求1所述的工作叶片检测定位装置，其特征在于：所述虎钳夹具(6)包括虎钳底座(16)、夹头(17)、螺杆(18)；虎钳底座(16)为凹形，在底面(19)设有垂直于其余两面的导槽(20)，导槽(20)内装有夹头(17)，螺杆(18)穿过虎钳底座(16)右垂面(21)的螺纹孔并与夹头(17)连接；夹头(17)表面与虎钳底座(16)的左垂面(22)平行，且在其相对的两个表面各设置有两个凸起高度相同的固定支点(23)，固定支点(23)与底面(19)距离相同，用于夹持工作叶片榫头。

3.根据权利要求1所述的工作叶片检测定位装置，其特征在于：所述L形底座(1)的垂直面(8)一侧位于榫头定位座(2)侧方安装有顶紧螺钉固定座(4)；所述顶紧螺钉(5)通过螺纹孔穿过顶紧螺钉定位座(4)，且与垂直面(8)相对，用于夹持确定工作叶片位置。

4.一种利用权利要求1至3任一项所述的工作叶片检测定位装置进行定位的方法，其特征在于：根据工作叶片发动机坐标系，利用榫头定位座(2)、叶身定位座(3)确定工作叶片的6个定位点，构建工作叶片坐标系，然后用虎钳夹具(6)夹持工作叶片榫头，并移出榫头定位座(2)、叶身定位座(3)所在的位置，同时移出过程保持工作叶片原有坐标系。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述夹持有工作叶片的虎钳夹具(6)作为整体用于后续CT扫描检测。

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