CN116336996B - 一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于三坐标测量机检测技术领域，具体涉及一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法。本发明的技术方案如下：一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，包括如下步骤：1）将低压涡轮叶片安放在三坐标测量机的工作台上；2）三坐标测量机的测量系统利用低压涡轮叶片的榫头建立坐标系；3）将低压涡轮叶片的设计模型导入三坐标测量机的测量系统，建立低压涡轮叶片的理论模型；4）测算低压涡轮叶片叶身、叶冠偏摆。本发明提供的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，利用三坐标测量机直接在叶片上选取测量基准建立检测坐标系，能够保证叶身、叶冠偏摆值测量结果的准确性。

Description

一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法
技术领域
本发明属于三坐标测量机检测技术领域，具体涉及一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法。
背景技术
目前商用和军用航空发动机内部的低压涡轮工作叶片普遍设计为狭长结构，由于其自身结构的特殊性和工作性能要求，其叶身和装配榫根处的位置关系尤为关键，此位置关系的具化体现形式就是叶身、叶冠偏摆尺寸。由于加工工艺是从榫根处开始加工，由于偏摆尺寸的存在，有可能会出现组装叶片时出现叶冠错齿的现象。偏摆的好坏对涡轮叶片叶冠的加工工艺性和发动机燃烧室气流的均衡性有至关重要的影响。
由于偏摆是综合尺寸、基准较复杂，传统检测方式为采用专用工装滑表检测。该方法受制于工装制造的精度，测量结果极易受到工装系统误差影响，不能得到准确的叶身、叶冠偏摆值。
发明内容
本发明提供一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，利用三坐标测量机直接在叶片上选取测量基准建立检测坐标系，能够保证叶身、叶冠偏摆值测量结果的准确性。
本发明的技术方案如下：
一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，包括如下步骤：
1）将低压涡轮叶片安放在三坐标测量机的工作台上；
2）三坐标测量机的测量系统利用低压涡轮叶片的榫头建立坐标系；
利用榫头的盆侧榫齿侧平面、背侧榫齿侧平面构造投影水平面；
利用榫头的盆缘板下锥面、背缘板下锥面构造垂直中分面；
利用榫头的排气边侧面构造第三平面；
三坐标测量机的测量系统通过上述三个平面建立坐标系，以所述投影水平面的矢量方向为Z轴正方向，以所述垂直中分面的矢量方向为Y轴正方向，再依据Z轴正方向及Y轴正方向确定X轴正方向；
3）将低压涡轮叶片的设计模型导入三坐标测量机的测量系统，建立低压涡轮叶片的理论模型；所述设计模型是指用UG软件依据低压涡轮叶片设计规范制作的3D数模，所述理论模型是指所述测量系统导入所述设计模型后产生的低压涡轮叶片3D视图；
4）测算低压涡轮叶片叶身、叶冠偏摆；
将所述坐标系的Z轴与所述理论模型的积叠轴重叠，将所述坐标系的坐标原点沿所述积叠轴移至所述理论模型的径向基准平面处；
对叶身偏摆进行测量：在低压涡轮叶片的叶身偏摆检测高度的叶背处通过三坐标测量机的测头进行开线扫描；通过三坐标测量机的测量软件赋值的方法，找出扫描线Y轴方向的实际极值点（测量得到的数值为正数或负数，正数中的最大数或负数中的最小数即为极值）；所述测量系统提取所述理论模型中的叶身偏摆检测高度Y轴方向理论极值点，计算出实际极值点与理论极值点Y轴方向尺寸之间的差值；理论极值点向Y轴作垂线形成交点一，理论极值点到交点一的连线与实际极值点到交点一的连线之间的夹角一即为叶身偏摆尺寸；夹角一由下式计算：α=arctanΔY/H1，式中：α为夹角一，ΔY为实际极值点与理论极值点Y轴方向尺寸之间的差值，H1为叶身偏摆检测高度与径向基准平面之间的高度值；
对叶冠偏摆进行测量：通过三坐标测量机的测头对低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点进行测量；通过三坐标测量机的测量软件赋值的方法，得出低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点的测量值；所述测量系统提取所述理论模型中的叶冠排气边检测点X轴方向的设计值，算出所述测量值与所述设计值之间的差值；所述理论模型中的叶冠排气边检测点向X轴作垂线形成交点二，所述理论模型中的叶冠排气边检测点到交点二的连线与低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点到交点二的连线之间的夹角二即为叶冠偏摆尺寸；夹角二由下式计算：β=arctanΔX/H2，式中：β为夹角二，ΔX为所述测量值与所述设计值之间的差值，H2为所述理论模型中的叶冠排气边检测点与径向基准平面之间的高度值。
进一步地，所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，所述步骤2）中，利用榫头的盆侧榫齿侧平面、背侧榫齿侧平面构造投影水平面，是指三坐标测量机的测量系统构造一个横向平面，该横向平面与盆侧榫齿侧平面之间的夹角与该横向平面与背侧榫齿侧平面之间的夹角相等，该横向平面即为投影水平面。
进一步地，所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，所述步骤2）中，利用榫头的盆缘板下锥面、背缘板下锥面构造垂直中分面，是指三坐标测量机的测量系统构造一个竖向平面，该竖向平面与盆缘板下锥面之间的夹角与该竖向平面与背缘板下锥面之间的夹角相等，该竖向平面即为垂直中分面。
进一步地，所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，所述步骤4）中，径向基准平面由所述设计模型规定，径向基准平面位于所述榫头中。
进一步地，所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，所述步骤4）中，叶身偏摆检测高度由所述设计模型规定，叶身偏摆检测高度与径向基准平面之间的高度差为定值。
进一步地，所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，所述步骤4）中，叶冠排气边检测点由所述设计模型规定，叶冠排气边检测点位于低压涡轮叶片的叶冠排气边侧面上。
本发明的有益效果为：本发明利用三坐标测量机以叶片自身为基准建立检测坐标系，不借助任何辅助检具，能够排除工装检具的系统误差，以保证叶身、叶冠偏摆值测量结果的准确性。
附图说明
图1为低压涡轮叶片主视图；
图2为低压涡轮叶片的榫头主视图；
图3为低压涡轮叶片的榫头后视图；
图4为测算低压涡轮叶片叶身偏摆示意图；
图5为测算低压涡轮叶片叶冠偏摆示意图。
图中：1为榫头，2为叶身，3为叶冠，4为背侧榫齿侧平面，5为背缘板下锥面，6为排气边侧面，7为盆侧榫齿侧平面，8为盆缘板下锥面，9为径向基准平面，10为叶身偏摆检测高度，11为叶冠排气边检测点。
具体实施方式
如图1-5所示，一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，包括如下步骤：
1）将低压涡轮叶片安放在三坐标测量机的工作台上；
2）三坐标测量机的测量系统利用低压涡轮叶片的榫头1建立坐标系；
利用榫头1的盆侧榫齿侧平面7、背侧榫齿侧平面4构造投影水平面；三坐标测量机的测量系统构造一个横向平面，该横向平面与盆侧榫齿侧平面7之间的夹角与该横向平面与背侧榫齿侧平面4之间的夹角相等，该横向平面即为投影水平面；
利用榫头1的盆缘板下锥面8、背缘板下锥面5构造垂直中分面；三坐标测量机的测量系统构造一个竖向平面，该竖向平面与盆缘板下锥面8之间的夹角与该竖向平面与背缘板下锥面5之间的夹角相等，该竖向平面即为垂直中分面；
利用榫头1的排气边侧面6构造第三平面；
三坐标测量机的测量系统通过上述三个平面建立坐标系，以所述投影水平面的矢量方向为Z轴正方向，以所述垂直中分面的矢量方向为Y轴正方向，再依据Z轴正方向及Y轴正方向确定X轴正方向；
3）将低压涡轮叶片的设计模型导入三坐标测量机的测量系统，建立低压涡轮叶片的理论模型；
4）测算低压涡轮叶片叶身2、叶冠3偏摆；
将所述坐标系的Z轴与所述理论模型的积叠轴重叠，将所述坐标系的坐标原点沿所述积叠轴移至所述理论模型的径向基准平面9处；径向基准平面9由所述设计模型规定，径向基准平面9位于所述榫头1中；
对叶身2偏摆进行测量：在低压涡轮叶片的叶身偏摆检测高度10的叶背处通过三坐标测量机的测头进行开线扫描，叶身偏摆检测高度10由所述设计模型规定，叶身偏摆检测高度10与径向基准平面9之间的高度差为定值；通过三坐标测量机的测量软件赋值的方法，找出扫描线Y轴方向的实际极值点；所述测量系统提取所述理论模型中的叶身偏摆检测高度Y轴方向理论极值点，计算出实际极值点与理论极值点Y轴方向尺寸之间的差值；理论极值点向Y轴作垂线形成交点一，理论极值点到交点一的连线与实际极值点到交点一的连线之间的夹角一即为叶身偏摆尺寸,夹角一由下式计算：α=arctanΔY/H1，式中：α为夹角一，ΔY为实际极值点与理论极值点Y轴方向尺寸之间的差值，H1为叶身偏摆检测高度10与径向基准平面9之间的高度值；
对叶冠3偏摆进行测量：通过三坐标测量机的测头对低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点11进行测量；通过三坐标测量机的测量软件赋值的方法，得出低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点11的测量值；所述测量系统提取所述理论模型中的叶冠排气边检测点11X轴方向的设计值，算出所述测量值与所述设计值之间的差值；所述理论模型中的叶冠排气边检测点11向X轴作垂线形成交点二，所述理论模型中的叶冠排气边检测点11到交点二的连线与低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点11到交点二的连线之间的夹角二即为叶冠偏摆尺寸；夹角二由下式计算：β=arctanΔX/H2，式中：β为夹角二，ΔX为所述测量值与所述设计值之间的差值，H2为所述理论模型中的叶冠排气边检测点11与径向基准平面9之间的高度值。
然后，输出测量结果报告；现场加工根据测量结果报告调整工艺参数。

Claims (6)

1.一种利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将低压涡轮叶片安放在三坐标测量机的工作台上；
2）三坐标测量机的测量系统利用低压涡轮叶片的榫头建立坐标系；
利用榫头的盆侧榫齿侧平面、背侧榫齿侧平面构造投影水平面；
利用榫头的盆缘板下锥面、背缘板下锥面构造垂直中分面；
利用榫头的排气边侧面构造第三平面；
三坐标测量机的测量系统通过上述三个平面建立坐标系，以所述投影水平面的矢量方向为Z轴正方向，以所述垂直中分面的矢量方向为Y轴正方向，再依据Z轴正方向及Y轴正方向确定X轴正方向；
3）将低压涡轮叶片的设计模型导入三坐标测量机的测量系统，建立低压涡轮叶片的理论模型；
4）测算低压涡轮叶片叶身、叶冠偏摆；
将所述坐标系的Z轴与所述理论模型的积叠轴重叠，将所述坐标系的坐标原点沿所述积叠轴移至所述理论模型的径向基准平面处；
对叶身偏摆进行测量：在低压涡轮叶片的叶身偏摆检测高度的叶背处通过三坐标测量机的测头进行开线扫描；通过三坐标测量机的测量软件赋值的方法，找出扫描线Y轴方向的实际极值点；所述测量系统提取所述理论模型中的叶身偏摆检测高度Y轴方向理论极值点，计算出实际极值点与理论极值点Y轴方向尺寸之间的差值；理论极值点向Y轴作垂线形成交点一，理论极值点到交点一的连线与实际极值点到交点一的连线之间的夹角一即为叶身偏摆尺寸；夹角一由下式计算：α=arctanΔY/H1，式中：α为夹角一，ΔY为实际极值点与理论极值点Y轴方向尺寸之间的差值，H1为叶身偏摆检测高度与径向基准平面之间的高度值；
对叶冠偏摆进行测量：通过三坐标测量机的测头对低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点进行测量；通过三坐标测量机的测量软件赋值的方法，得出低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点的测量值；所述测量系统提取所述理论模型中的叶冠排气边检测点X轴方向的设计值，算出所述测量值与所述设计值之间的差值；所述理论模型中的叶冠排气边检测点向X轴作垂线形成交点二，所述理论模型中的叶冠排气边检测点到交点二的连线与低压涡轮叶片的叶冠排气边检测点到交点二的连线之间的夹角二即为叶冠偏摆尺寸；夹角二由下式计算：β=arctanΔX/H2，式中：β为夹角二，ΔX为所述测量值与所述设计值之间的差值，H2为所述理论模型中的叶冠排气边检测点与径向基准平面之间的高度值。
2.根据权利要求1所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，其特征在于，所述步骤2）中，利用榫头的盆侧榫齿侧平面、背侧榫齿侧平面构造投影水平面，是指三坐标测量机的测量系统构造一个横向平面，该横向平面与盆侧榫齿侧平面之间的夹角与该横向平面与背侧榫齿侧平面之间的夹角相等，该横向平面即为投影水平面。
3.根据权利要求1所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，其特征在于，所述步骤2）中，利用榫头的盆缘板下锥面、背缘板下锥面构造垂直中分面，是指三坐标测量机的测量系统构造一个竖向平面，该竖向平面与盆缘板下锥面之间的夹角与该竖向平面与背缘板下锥面之间的夹角相等，该竖向平面即为垂直中分面。
4.根据权利要求1所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，其特征在于，所述步骤4）中，径向基准平面由所述设计模型规定，径向基准平面位于所述榫头中。
5.根据权利要求1所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，其特征在于，所述步骤4）中，叶身偏摆检测高度由所述设计模型规定，叶身偏摆检测高度与径向基准平面之间的高度差为定值。
6.根据权利要求1所述的利用三坐标测量机检测低压涡轮叶片偏摆的方法，其特征在于，所述步骤4）中，叶冠排气边检测点由所述设计模型规定，叶冠排气边检测点位于低压涡轮叶片的叶冠排气边侧面上。
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