CN114295501A - 一种用于在叶片叶身上定位的装置及其标记方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种用于在叶片叶身上定位的装置及其标记方法，该装置由夹块、第一顶块、第二顶块及定位单元装接构成，其中夹块设为矩形块体且顶侧表面设有与所试验叶片榫头形状相吻合的榫槽，两个顶块通过螺钉固定于夹块的对面上，且每个顶块设有与叶片非工作平面相匹配的凸台，凸台与榫槽围合固定榫头，定位单元对应夹块除对面外的侧壁而设，且定位单元设有朝向叶片工作面、垂直于侧壁的标记工具。应用本发明该方案，其装置结构简单，通过便捷的操控可在叶片的指定位置定位，提高点划标记的精度；同时也保证了不同叶片之间定位、标记的一致性，提高粘贴应变片（花）的稳定性及效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种在叶片叶身上定位的方法，尤其涉及疲劳试验时需要在叶身指定位置粘贴应变片（花）的定位装置及对应的标记方法。
背景技术
随着航空、航海工业的飞速发展，对发动机的性能要求也不断提高。除能源动力和发动机结构优化等方面的研究外，对涡轮或扇叶型叶片的叶身弯曲程度及精度，也成为相关技术人员的研究重点。
叶片是发动机最重要的关键部件，随着科技的不断发展，新材料的研制，发动机使用寿命的在不断提高，其工作条件也越来越严酷。叶片疲劳试验是考核叶片强度的直接方法，试验前需先进行有限元仿真，然后在应力较大位置和/或感兴趣的位置粘贴应变片（花）来监测叶身应力。
传统方法采用游标卡尺和/或高度尺来定位划线，而叶片的榫头底部有些圆弧，叶片的进气边和排气片也不是直线，因此很难直接作为定位的基准面/线。叶片生产行业迫切希望找到对叶片进行疲劳试验前做出标记的定位装置及标记方法。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种用于在叶片叶身上定位的装置，解决在叶片弧曲形的叶身表面进行高度一致性的精确定位。
本发明实现上述一个目的的技术解决方案是，一种用于在叶片叶身上定位的装置，所述叶片具有弧曲形的表面外形，且叶片的榫头底部存在圆弧状的局部边缘，其特征在于：所述装置由夹块、第一顶块、第二顶块及定位单元装接构成，其中所述夹块设为矩形块体且顶侧表面设有与所试验叶片榫头形状相吻合的榫槽，两个顶块通过螺钉固定于夹块的对面上，且每个顶块设有与叶片非工作平面相匹配的凸台，所述凸台与榫槽围合固定榫头，所述定位单元对应夹块除对面外的侧壁而设，且定位单元设有朝向叶片工作面、垂直于侧壁的标记工具。
进一步地，所述定位单元对应叶片两侧工作面为成对且各自独立设置。
更进一步地，所述定位单元为平底的板材，所述板材具有满足垂向钻孔支撑的厚度，且板材设有对应夹块一个下角为原点的X-Z轴平面坐标系，根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标在板材上开设有一个以上通孔，所述标记工具为插接定位于各通孔之中的铅笔或记号笔。
又进一步地，所述通孔中嵌设有延长导向的套管。
更进一步地，所述定位单元为与夹块相隔一段距离而设的滑轨组件及其上所装接的激光笔，所述滑轨组件具有对应夹块一个下角为原点的X-Z轴平面坐标系，所述激光笔根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标在滑轨组件中移动定位。
又进一步地，所述定位单元仅配备一支激光笔，随兴趣点个数遍历各位置坐标定位。
又进一步地，所述定位单元根据兴趣点个数配备等数量的激光笔，且对应各个位置坐标定位。
本发明实现上述另一个目的的技术解决方案是，一种在叶片叶身上的标记方法，基于前述装置实施，其特征在于：将试验叶片的榫头装入夹块的榫槽中，并用螺钉将第一顶块、第二顶块固定于夹块的对面上，利用凸台与榫槽围合固定榫头，继而利用定位单元映射叶片工作面相对夹块侧壁的投影，并用垂直于侧壁的标记工具朝叶片点设记号。
进一步地，设置定位单元为平底的板材，并用螺钉装接固定于侧壁；再以夹块一个下角为原点在板材上构建X-Z轴平面坐标系，并根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标在板材上开设有一个以上通孔，将铅笔或记号笔自通孔中插入并在叶片表面点设记号。
进一步地，设置定位单元为与夹块相隔一段距离的滑轨组件，并基于滑轨组件装接导向滑动的若干激光笔；再以夹块一个下角为原点在滑轨组件上构建X-Z轴平面坐标系，并根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标利用滑轨组件移动定位激光笔，通过激光笔的射出光线在叶片表面点设记号。
应用本发明该用于在叶片叶身上定位的装置及其标记方法，具备突出的实质性特点和显著的进步性：该装置结构简单，通过便捷的操控可在叶片的指定位置定位，提高点划标记的精度；同时也保证了不同叶片之间定位、标记的一致性，提高粘贴应变片（花）的稳定性及效率。
附图说明
图1是本发明装置定位对象叶片进行有限元仿真的坐标系示意图。
图2是图1另一视角的坐标系示意图。
图3是本发明装置一优选实施例的正视结构示意图。
图4是图3所示优选实施例的侧视结构示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
鉴于传统针对叶片叶身定位方法缺乏基准的客观现状，为了更加精确地对叶身进行定位，并增加不同叶片贴片位置的稳定度，本申请研发人员仰赖于长期机电设计之经验，创新提出了一种用于在叶片叶身上定位的装置及其标记方法。其可在叶片的指定位置（应力较大处和/或感兴趣的点位）精确定位，从而完成在叶身上精确粘贴应变片（花）。
为实现在弧曲形表面的叶片叶身上精确定位，本发明从两个方向寻求技术解决之道，其一便为给叶片增设定位基准，通过外部夹具设备的规则可定义性实现；其二便是定位标记的工具设置，通过各种可选的实施方式实现灵活且高精度可控的定位。如图1至图4所示，从本发明装置的技术概述特征来看你，该装置由夹块2、第一顶块3、第二顶块4及定位单元装接构成，其中夹块2设为矩形块体且顶侧表面设有与所试验叶片1榫头11形状相吻合的榫槽21，用来装夹叶片1并约束叶片Z轴向的位移；两个顶块通过螺钉5固定于夹块2的对面22上，且每个顶块设有与叶片1非工作平面相匹配的凸台（未图示），用来约束叶片X轴向的位移。该凸台与榫槽21围合固定榫头，从而实现叶片在X/Y/Z三个轴向上的充分限位。而定位单元则对应夹块2除对面外的侧壁23而设，且定位单元设有朝向叶片工作面、垂直于侧壁的标记工具。
以上概述方案中，从图1和图2所示，本发明解决叶片定位基准是通过外设夹具实现的。通过主体外形为矩形块体的夹块2，并以夹块2固有的外形特征构建立体正交坐标系，则便于接合定位单元实现高精度定位。图1所示中定义夹块前侧左下角2A为坐标系原点，可以构建成图1所示的X-Z轴平面坐标系，再结合图2所示的坐标系原点加上Y轴定义，从而形成X/Y/Z的三轴立体坐标系。因此叶片叶身可以投影至X-Z平面，而其表面的任一点均可在投影平面上找到唯一对应的二维坐标。周知地，叶片叶身大体上可视作为具有相背的两个工作面，因此在叶身定位及应变片（花）粘贴时，也需要从两个方向上予以开展，故上述定位单元对应叶片两侧工作面为成对且各自独立设置，以满足各种叶身定位要求。
如图3和图4所示的优选实施例结构示意图，其中定位单元为平底的板材。较之于图1、图2所示完全外露的夹块，图中该板材具有满足垂向钻孔支撑的厚度，从而具备面向标记工具轴向高精度的导向性。其中标记工具为插接定位于各通孔之中的铅笔或记号笔（未图示）。且图示可见该板材设有对应夹块一个下角2A为原点的X-Z轴平面坐标系，根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标在板材上开设有一个以上通孔，即对应图3所示正向的板材6上开设有一个通孔61，当然其背向具有同年对位而设的板材7，该板材6和板材7均通过螺钉8与夹块装接固定，以保障定位精度。该通孔数量上不限于图示的一个，可按需多开设置；而当板材的厚度无法满足标记工具轴向准直时，也可以在通孔中增加嵌设具有延长导向功能的套管。由此则当加工成型通孔的板材与夹块装接固定后，只需换装所需试验的叶片，即可批量重复地完成叶身定位、标记。
从叶片疲劳度试验的过程来看，将规格叶片和夹块一起进行有限元仿真分析，把应力较大和感兴趣的点位坐标记录下来，其中坐标系统如前所定义。根据记录的X轴和Z轴坐标值，在板材6和板材7的相应位置打通孔，其中板材6对应叶片的叶盆面，板材7对应叶片的叶背面。安装时，将叶片2装入夹块1中，接着通过螺钉5将第一顶块3装在夹块1上，第二顶块4安装在夹块1的另一面，并将两个板材通过螺钉8固定在夹块1的另外两个侧面的侧壁上（本部分为一次性装接固定）。用铅笔或记号笔穿过板材上的通孔，并在叶身上划点记号，后期则根据所标记的记号位置来粘贴应变片（花）。更换叶片时，只需拆除第二顶块4取出叶片1换装即可。
除上述优选实施例外，本发明装置中还可以是未进行图示的其它较佳实施例。其定位单元设为与夹块相隔一段距离而设的滑轨组件及其上所装接的激光笔，该滑轨组件具有对应夹块一个下角为原点的X-Z轴平面坐标系，该激光笔根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标在滑轨组件中移动定位。作为进一步的可选实施，该定位单元仅配备一支激光笔，则可随兴趣点个数遍历各位置坐标定位；或者该定位单元根据兴趣点个数配备等数量的激光笔，则可同步对应各个位置坐标定位。根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标利用滑轨组件移动定位激光笔，通过激光笔的射出光线在叶片表面点设记号。则可在无任何板材遮挡下或无需拆除叶片的情况下直接进行粘贴作业。
综上关于本发明该用于在叶片叶身上定位的装置及其标记方法的实施例详述可见，本方案具备突出的实质性特点和显著的进步性：该装置结构简单，通过便捷的操控可在叶片的指定位置定位，提高点划标记的精度；同时也保证了不同叶片之间定位、标记的一致性，提高粘贴应变片（花）的稳定性及效率。
当然，本发明方案的应用中，叶片的安装方式和姿态并不局限于图示实施例，叶片的种类包括但不限于压气机叶片、涡轮叶片等。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种用于在叶片叶身上定位的装置，所述叶片具有弧曲形的表面外形，且叶片的榫头底部存在圆弧状的局部边缘，其特征在于：所述装置由夹块、第一顶块、第二顶块及定位单元装接构成，其中所述夹块设为矩形块体且顶侧表面设有与所试验叶片榫头形状相吻合的榫槽，两个顶块通过螺钉固定于夹块的对面上，且每个顶块设有与叶片非工作平面相匹配的凸台，所述凸台与榫槽围合固定榫头，所述定位单元对应夹块除对面外的侧壁而设，且定位单元设有朝向叶片工作面、垂直于侧壁的标记工具。
2.根据权利要求1所述用于在叶片叶身上定位的装置，其特征在于：所述定位单元对应叶片两侧工作面为成对且各自独立设置。
3.根据权利要求1或2所述用于在叶片叶身上定位的装置，其特征在于：所述定位单元为平底的板材，所述板材具有满足垂向钻孔支撑的厚度，且板材设有对应夹块一个下角为原点的X-Z轴平面坐标系，根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标在板材上开设有一个以上通孔，所述标记工具为插接定位于各通孔之中的铅笔或记号笔。
4.根据权利要求3所述用于在叶片叶身上定位的装置，其特征在于：所述通孔中嵌设有延长导向的套管。
5.根据权利要求1或2所述用于在叶片叶身上定位的装置，其特征在于：所述定位单元为与夹块相隔一段距离而设的滑轨组件及其上所装接的激光笔，所述滑轨组件具有对应夹块一个下角为原点的X-Z轴平面坐标系，所述激光笔根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标在滑轨组件中移动定位。
6.根据权利要求5所述用于在叶片叶身上定位的装置，其特征在于：所述定位单元仅配备一支激光笔，随兴趣点个数遍历各位置坐标定位。
7.根据权利要求5所述用于在叶片叶身上定位的装置，其特征在于：所述定位单元根据兴趣点个数配备等数量的激光笔，且对应各个位置坐标定位。
8.一种在叶片叶身上的标记方法，基于权利要求1所述装置实施，其特征在于：将试验叶片的榫头装入夹块的榫槽中，并用螺钉将第一顶块、第二顶块固定于夹块的对面上，利用凸台与榫槽围合固定榫头，继而利用定位单元映射叶片工作面相对夹块侧壁的投影，并用垂直于侧壁的标记工具朝叶片点设记号。
9.根据权利要求8所述在叶片叶身上的标记方法，其特征在于：设置定位单元为平底的板材，并用螺钉装接固定于侧壁；再以夹块一个下角为原点在板材上构建X-Z轴平面坐标系，并根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标在板材上开设有一个以上通孔，将铅笔或记号笔自通孔中插入并在叶片表面点设记号。
10.根据权利要求8所述在叶片叶身上的标记方法，其特征在于：设置定位单元为与夹块相隔一段距离的滑轨组件，并基于滑轨组件装接导向滑动的若干激光笔；再以夹块一个下角为原点在滑轨组件上构建X-Z轴平面坐标系，并根据叶片有限元仿真分析所记录的兴趣点位置坐标利用滑轨组件移动定位激光笔，通过激光笔的射出光线在叶片表面点设记号。
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