CN114894144A - 涡轮叶片细小枞树形榫齿的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种涡轮叶片细小枞树形榫齿的检测方法，属于齿距测量方法的技术领域，解决现有技术的方法无法测量叶片榫齿齿距的技术问题。其方法包括：基于CAM软件生成预设型号的理论榫根曲线、上公差曲线和下公差曲线；生成榫根理论轮廓模型；使用三坐标测量机对实际榫根轮廓进行整体扫描，获取实际榫根轮廓模型，利用CurveAnalyzer软件的曲线功能对所述实际榫根轮廓模型进行平滑处理；基于CAM软件使用全局公差带拟合的方法将实际榫根轮廓模型和理论轮廓模型进行拟合匹配，确保实际榫根轮廓模型在所述上公差曲线和下公差曲线各自模型的公差带之内；所述实际榫根轮廓模型中榫根的压力面进行转接半径的自动分离，自动分离压力面位置后确定出榫根齿距的值。

Description

涡轮叶片细小枞树形榫齿的检测方法

技术领域

本发明属于叶片榫齿计算方法的技术领域，尤其涉及一种涡轮叶片细小枞树形榫齿的检测方法。

背景技术

叶片是发动机中数量最多的零件。航空发动机叶片是关系到发动机性能和安全的高负荷零件,严格控制叶片的制造质量是叶片制造中的关键问题,因此叶片检测是叶片制造技术中的重要内容,在叶片制造总工作量中叶片检测工作量占相当大的比例。

现有技术中涡轮叶片榫齿轮廓检测常用的方法是投影检查和榫齿套规检查。投影检查和榫齿套规检查都是定性比较测量，不能读出实际测量值，且存在较大的测量误差。如图1所示，涡轮叶片榫齿为细小纵树形榫齿结构,榫齿型面轮廓复杂，涡轮叶片榫齿投影时，必须保持尖边，不能去毛刺，成品叶片因榫齿已倒圆难以进行投影复查，即为，图中8、9、10和11的具体值无法确定。

涡轮叶片枞树形榫齿轮廓采用传统的投影检查存在以下不足：

(1)投影检查装夹、找正时间较长。

(2)投影检查不能提供榫齿齿距实测检测尺寸。

(3)成品叶片榫齿型面，投影检查困难。

(4)投影检查为检验人员人工判断实际轮廓线是否在放大图的上下极限之间，存在一定的目视检查判断误差。

(5)涡轮叶片榫齿与相邻的榫头进排气边端面成7°斜面，不易聚焦，投影一件零件需要12分钟，且只能给出合格与不合格的定性结论，不能给出具体的测量值，难以满足重要特性需要给出实测值的测量要求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轮叶片细小枞树形榫齿的检测方法，解决现有检测方法无法确定叶片榫齿齿距的技术问题，所述方法包括：

基于CAM软件生成预设型号的理论榫根曲线、上公差曲线和下公差曲线，并导入CurveAnalyzer软件进行榫齿轮廓尺寸检测；

使用CurveAnalyzer软件连续变公差生成的功能利用所述理论榫根曲线、上公差曲线和下公差曲线生成榫根理论轮廓模型；

使用三坐标测量机对实际榫根轮廓进行整体扫描，获取实际榫根轮廓模型，利用CurveAnalyzer软件的曲线功能对所述实际榫根轮廓模型进行平滑处理；

基于CAM软件使用全局公差带拟合的方法将实际榫根轮廓模型和理论轮廓模型进行拟合匹配，确保实际榫根轮廓模型在所述上公差曲线和下公差曲线各自模型的公差带之内；

所述实际榫根轮廓模型中榫根的压力面进行转接半径的自动分离，自动分离压力面位置后确定出榫根齿距的值。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

本案所提供的方法，利用圆角差几何原理，通过理论模型和实际扫描的模型进行对比，并进行分段，将实际榫根轮廓模型中榫根的压力面进行转接半径的自动分离，从而计算出叶片榫齿的齿距。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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例，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有叶片的结构；

图2为本发明方法最终计算出某种型号叶片榫齿齿距的示意图；

图3为本发明方法通过Cam软件生成理论榫根曲线示意图；

图4为本发明底座的示意图；

图5为本发明根部截面支撑板的示意图；

图6为本发明尾部截面支撑板的示意图；

图7为本发明探测球与最小榫齿曲面尺寸的示意图；

图8为本发明安装探测球的示意图。

其中：1、底座；2、根部截面定位件；3、尾部截面定位件；4、根部截面支撑板；5、尾部截面支撑板；6、拉钉；7、根部截面压块；8、尾部截面压块；9、肘节压紧器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明的基本思路是创新设计涡轮叶片细小枞树形榫齿检测的工艺装置，优化三坐标测针选择，研发细小枞树形榫齿检测程序及进行二次开发数据化管理，突破涡轮叶片细小枞树形榫齿检测技术瓶颈，实现涡轮叶片细小枞树形榫齿数字化检测，提高产品合格率与生产效率。

本发明提供的一种涡轮叶片细小枞树形榫齿的检测方法，所述方法包括：

S101:如图3所示，基于CAM软件生成预设型号的理论榫根曲线、上公差曲线和下公差曲线，并导入CurveAnalyzer软件进行榫齿轮廓尺寸检测，具体的：

CAM软件，如，使用UG或AUTOCAD等，根据所要检测型号的叶片尺寸，输入具体值，形成理论榫根曲线、上公差曲线和下公差曲线。上公差曲线和下公差曲线分别根据理论榫根曲线通过CurveAnalyzer软件生成理论轮廓模型，使用CurveAnalyzer软件连续变公差生成的功能利用理论榫根曲线、上公差曲线和下公差曲线生成榫根理论轮廓模型，即为，曲线转化成理论模型。理论模型的每一个点包含三个值，理论坐标X、Y、Z和上公差值，下公差值。

S102:如图8所示，使用三坐标测量机对实际榫根轮廓进行整体扫描，获取实际榫根轮廓模型，利用CurveAnalyzer软件的曲线功能对实际榫根轮廓模型进行平滑处理,具体的：

实际榫根轮廓扫描后，存在少许异常点，例如，出现间断的曲线或是离散型的曲线等，平滑处理，优选的，以探针半径作为补偿曲线，对实际榫根轮廓拼接和修复，形成光滑且连续的曲线。需要指出的是：探针半径作为补偿曲线目的是减少误差，探针半径选优榫齿的最小半径或小于榫齿的最小半径，探针所形成的整圆必定落在叶片最小榫齿圆角半径所形成圆的局域之内，降低理论毛刺等的形成，降低后续齿距计算的误差。

S103:基于CAM软件使用全局公差带拟合的方法将实际榫根轮廓模型和理论轮廓模型进行拟合匹配，确保实际榫根轮廓模型在上公差曲线和下公差曲线各自模型的公差带之内，具体的:

拟合公差是样条曲线与控制点之间平均差别的数值。差值越大，曲线越流畅，但精确度越低；反之，差值太小，曲线的平滑度越差，复杂性越大。拟合公差用于设置输入的数据点和拟和生成的样条曲线之间的逼近程度。一般为正值，其值越小，曲线越接近于数据点，如果为0，则样条曲线穿过每一数据点。拟合完成后，分预设数量的段或部分显示实际榫根轮廓模型的轮廓偏差，优选的，分成保证榫根的各部分(工作面、转接R)都“包含在公差带之内，可分段显示个位置的轮廓偏差，榫齿有一定宽度，将宽度分为多个段进行显示，实际计算只需计算榫齿的齿距即可，其他的可不用计算，减少计算量。

S104:如图2所示，实际榫根轮廓模型中榫根的压力面进行转接半径的自动分离，自动分离压力面位置后确定出榫根齿距的值，压力面指齿距标注的基准面。

上述方案中，使用三坐标测量机对实际榫根轮廓进行整体扫描的方法包括：

如图4所示，制作“回”字型的底座1，在水平方向上且在底面顶面间隔设置根部截面定位件2和尾部截面定位件3，通过根部截面定位件2和尾部截面定位件3支撑叶片，其中：如图5所示，根部截面定位件2为“L”形结构设置，与叶片根部截面盆型面定位点相适配的设置有两个定位圆弧头(201和202)，圆弧头与叶片根部截面盆型面紧密贴合；如图6所示，尾部截面定位件3为“Г”形结构设置，顶端设置有与叶片根部截面背型面相适配的圆弧头R6；

朝向圆弧头且在底座1上设置有根部截面支撑板4，朝向尾部截面定位件3的圆弧头且在底座1上设置有尾部截面支撑板5；根部截面支撑板4和尾部截面支撑板5分别背向各自的圆弧头的侧面上安装有肘节压紧器；

根部截面支撑板4上以活动的方式安装有根部截面压块7，尾部截面支撑板5上以活动的方式安装有尾部截面压块8，两个肘节压紧器能够分别驱动根部截面压块7和尾部截面压块8对叶片进行挤压，且配合各自的圆弧头完成对叶片的固定或夹紧；

如图8所示，三坐标测量机安装有球测针501(扫描手臂上进行安装)，底座1安装在三坐标测量机(图中未绘制)上；

通过球测针对叶片进行扫描获取实际榫根轮廓模型。

进一步的，根部截面压块7与叶片的非接触段连接用以复位的弹簧的一端，弹簧的另一端安装有拉钉6，拉钉6固定在底座1顶面。球测针501为三坐标红宝石球测针且红宝石球半径小于叶片齿底最小半径，如图7所示，榫齿的弧形最小半径为0.35，采用探测针最小半径为R0.25，保证球测针与叶片齿底面全接触扫描。提高了涡轮叶片细小枞树形榫齿型面检测的稳定性，减少了传统的以榫齿型面定位的装夹压痕，提高了产品质量。

以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种涡轮叶片细小枞树形榫齿的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

基于CAM软件生成预设型号的理论榫根曲线、上公差曲线和下公差曲线，并导入CurveAnalyzer软件进行榫齿轮廓尺寸检测；

使用CurveAnalyzer软件连续变公差生成的功能利用所述理论榫根曲线、上公差曲线和下公差曲线生成榫根理论轮廓模型；

使用三坐标测量机对实际榫根轮廓进行整体扫描，获取实际榫根轮廓模型，利用CurveAnalyzer软件的曲线功能对所述实际榫根轮廓模型进行平滑处理；

基于CAM软件使用全局公差带拟合的方法将实际榫根轮廓模型和理论轮廓模型进行拟合匹配，确保实际榫根轮廓模型在所述上公差曲线和下公差曲线各自模型的公差带之内；

所述实际榫根轮廓模型中榫根的压力面进行转接半径的自动分离，自动分离压力面位置后确定出榫根齿距的值。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述上公差曲线和下公差曲线分别根据所述理论榫根曲线通过CurveAnalyzer软件生成理论轮廓模型。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，基于CAM软件使用全局公差带拟合的方法将实际榫根轮廓模型和理论轮廓模型进行拟合匹配的方法还包括：

拟合完成后，分预设数量的段或部分显示所述实际榫根轮廓模型的轮廓偏差。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，使用三坐标测量机对实际榫根轮廓进行整体扫描的方法包括：

制作“回”字型的底座，在水平方向上且在所述底面顶面间隔设置根部截面定位件和尾部截面定位件，通过所述根部截面定位件和尾部截面定位件支撑叶片，其中：所述根部截面定位件为“L”形结构设置，与叶片根部截面盆型面定位点相适配的设置有两个定位圆弧头，所述圆弧头与叶片根部截面盆型面紧密贴合；所述尾部截面定位件为“Г”形结构设置，顶端设置有与叶片根部截面背型面相适配的圆弧头；

朝向根部截面定位件的所述圆弧头且在所述底座上设置有根部截面支撑板，朝向尾部截面定位件所述圆弧头且在所述底座上设置有尾部截面支撑板；所述根部截面支撑板和尾部截面支撑板分别背向各自所述圆弧头的侧面上安装有肘节压紧器；

所述根部截面支撑板上以活动的方式安装有根部截面压块，尾部截面支撑板上以活动的方式安装有尾部截面压块，两个所述肘节压紧器能够分别驱动所述根部截面压块和尾部截面压块对叶片进行挤压，且配合各自的所述圆弧头完成对叶片的固定或夹紧；

所述三坐标测量机安装有球测针，所述底座安装在所述三坐标测量机上；

通过所述球测针对叶片进行扫描获取实际榫根轮廓模型。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述根部截面压块与叶片的非接触段连接用以复位的弹簧的一端，所述弹簧的另一端安装有拉钉，所述拉钉固定在所述底座顶面。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述球测针为三坐标红宝石球测针且红宝石球半径小于叶片齿底最小半径，保证球测针与叶片齿底面全接触扫描。

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