CN116412791A - 一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法及装置，包括平台，所述平台固定有立柱，所述平台上安装有能够在XY方向调节的工作台，工作台的相邻侧面上固定有手柄，所述工作台上活动安装有精密台钳，所述精密台钳内装夹有被测叶片，所述立柱上滑动安装有粗糙度轮廓仪驱动单元，所述粗糙度轮廓仪驱动单元的下端滑动安装有粗糙度轮廓仪传感器，所述粗糙度轮廓仪传感器的一端固定有双测针测臂，所述双测针测臂对被测叶片的前缘、后缘测量，本发明通过双测针测臂的上下针尖分别移动至被测叶片下端和上端，再翻转精密台钳进行测量，完成对被测叶片前、后缘的检测，将测量数据拟合处理，达到定量分析目的。
Description
技术领域
本发明涉及叶轮的叶片检测技术领域，具体为一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法及装置。
背景技术
叶片是实现能量的传输或转换的零件，对效率、性能有重要影响。目前最先进的叶片设计理论的前、尾缘圆角半径最小约0.1mm，公差仅0.02mm，叶片前、尾缘形状对流场影响很大，进而影响效率、压比等性能参数，优化的叶片前尾缘可将效率提高1％以上。由于叶片前尾缘圆角很小，型面曲率急剧变化，厚度很薄，易变形，给检测带来极大困难。
航标中规定：叶片前、尾缘形状不得有平头、凸肩、双头、尖头、钝头的情况的发生，因此叶片薄壁前、尾缘形状的准确的测量和定量分析是本领域技术人员急需解决的问题。
而现有的检验方法有五种，但各有优缺点。1、三坐标测量点坐标分析法，其优点为截面位置准确，不需破坏叶片，可直接获得圆弧相关尺寸，缺点在于薄壁前尾缘取点不准、易产生突变、测量误差较大、测量补偿误差更大；2、叶片型面光学测量仪，优点在于可迅速判断叶片是否合格，缺点在于检测时易受遮挡，对材质、反光等均有要求，对曲率大的叶片难以使用；3、线切割分析法，其优点在于结果直观，可直接测量圆角，误差小，其缺点是破坏叶片，只能检测形状，无法测量具体数据点；4、试样检查法，其优点在于截面十分清晰，测量结果精确，避免了线切割造成的毛刺影响，其缺点是破坏叶片，只能检测形状，无法测量具体数据，适用于叶片前、尾缘形状抽检；5、样膏取型法，优点在于可以进行任何截面的前、尾缘型面分析，其缺点是样膏切片后变形无法控制，经常出现变形大或缺肉等情况，对高精度检测不适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法及装置，通过双测针测臂摆动角及其上、下测针测量被测叶片的前、后缘后，再将精密台钳翻转90度，再次进行上述同样步骤进行叶片的前、后缘的测量，将测量数据导入工程设计软件，经过数据平移拟合和修剪重叠部分并进行尺寸形状分析，达到定量分析目的，进一步提高检测精度。
本发明提供如下技术方案：一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置，包括平台，所述平台固定有立柱，其特征在于：所述平台上安装有能够在XY方向调节的工作台，工作台的相邻侧面上固定有手柄，通过手柄调节工作台XY轴上的位置，所述工作台上活动安装有精密台钳，所述精密台钳内装夹有被测叶片；
所述立柱上滑动安装有粗糙度轮廓仪驱动单元，所述粗糙度轮廓仪驱动单元的下端滑动安装有粗糙度轮廓仪传感器，所述粗糙度轮廓仪传感器的一端固定有双测针测臂，所述双测针测臂通过驱动单元和粗糙度轮廓仪传感器驱动对被测叶片的前缘、后缘测量。
为了对精密台钳定位固定，所述工作台的侧面上可拆卸的安装有挡板，挡板的内侧面还依次贴合设有量块，所述挡板和量块均用于对精密台钳进行定位。
为了将被测叶片装夹在精密台钳内，所述精密台钳包括底座，所述底座上依次成型有第一连接板、第二连接板和第三连接板，所述第二连接板和第三连接板内分别开设有螺纹孔和圆孔，所述第二连接板内连接螺杆且螺杆穿过第三连接板。
为了使被测叶片完全固定，所述被测叶片的外侧套接有安装板，所述安装板呈L型，安装板包括第一侧板和第二侧板，所述第一侧板用于插接被测叶片，所述第二侧板与螺杆相抵，被螺杆压紧在第一连接板的侧面上。
本发明还提供如下技术方案：一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法，包括上述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置，通过一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置对被测叶片的前、尾缘形状进行测量，所述叶片薄壁前、尾缘形状检测的步骤如下：
S1、对双测针测臂进行校准，并根据被测叶片的截面尺寸准备量块；
S2、确定被测叶片的截面高度尺寸基准线；
S3、对被测叶片的前、后缘进行测量；
S4、将测量数据导入工程设计软件，经过数据处理进行尺寸形状分析，达到定量分析目的。
根据上述技术方案，所述S1中，双测针测臂还包括上测尖和下测针，校准时需要将上测尖、下测针按测量力、测尖弯曲、测尖几何形状、参照点校准，并准备好量块。
根据上述技术方案，所述S3中，被测叶片的前缘测量步骤如下：
S31、将装夹着被测叶片的精密台钳竖直摆放固定；
S32、调整双测针测臂的高度，使双测针测臂轴线与被测叶片前缘等高，并将纵向移动锁死；
S33、操作粗糙度轮廓仪传感器向上摆动双测针测臂并横向移动到被测叶片前缘上方，双测针测臂接触被测叶片以确定参数，扫描被测叶片前缘后退出；
S34、操作粗糙度轮廓仪传感器向下摆动双测针测臂并横向移动到被测叶片前缘下方，双测针测臂接触被测叶片以确定参数，扫描被测叶片前缘后退出；
S35、将装夹被测叶片的精密台钳横向摆放固定；
S36、调整双测针测臂的高度，使双测针测臂轴线与被测叶片前缘等高，并将纵向移动锁死；
S37、操作粗糙度轮廓仪传感器向上摆动双测针测臂并横向移动到被测叶片前缘上方，双测针测臂接触被测叶片以确定参数，扫描被测叶片前缘后退出；
S38、将被测叶片调换方向，使被测叶片尾缘向上，重复S31至S37的操作步骤，完成被测叶片尾缘的测量。
根据上述技术方案，所述S4中，将前缘或尾缘测量中的三次扫描数据文件以聚合线读入工程设计软件并将第三次数据逆时针旋转90度与其他数据依据数据重叠部分平移拟合，并对拟合图进行处理，调整参数确定叶片形状与公差是否符合图纸要求。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：被测叶片装夹在精密台钳上，双测针测臂上下左右移动至与被测叶片相同高度侧，通过双测针测臂摆动角及其上、下测针测量被测叶片中的叶片前、后缘后，将装夹被测叶片的精密台钳垂直摆放采取上述同样的步骤测量被测叶片中的叶片前、后缘，将测量数据导入工程设计软件，经过数据平移拟合和修剪重叠部分并进行尺寸形状分析，达到定量分析目的。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的测量装置的整体结构示意图；
图2是本发明的精密台钳的结构示意图；
图3是本发明的被测叶片的安装结构示意图；
图4是本发明的精密台钳竖直状态示意图；
图5是本发明的精密台钳横向状态示意图；
图6是本发明的被测叶片测量状态示意图；
图7是本发明的聚合线拟合示意图；
图8是本发明的被测叶片的尺寸示意图；
图中：1、立柱；2、粗糙度轮廓仪驱动单元；3、粗糙度轮廓仪传感器；4、被测叶片；41、安装板；411、第一侧板；412、第二侧板；5、精密台钳；51、底座；52、第一连接板；53、第二连接板；54、第三连接板；55、螺杆；6、工作台；7、平台；8、量块；9、手柄；10、双测针测臂；11、挡板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法及装置，包括平台7，平台7焊接或通过紧固件连接有立柱1，平台7上安装有能够在XY方向调节的工作台6，工作台6的相邻侧面上均固定有手柄9，通过两侧手柄9的转动调节工作台6在X轴和Y轴上的位置，工作台6上活动安装有精密台钳5，利用量块8以及挡板11将精密台钳5与其相抵从而对精密台钳5定位，精密台钳5内装夹有被测叶片4；
立柱1上滑动安装有粗糙度轮廓仪驱动单元2，粗糙度轮廓仪驱动单元2的下端滑动安装有粗糙度轮廓仪传感器3，粗糙度轮廓仪驱动单元2的下端有导轨，粗糙度轮廓仪传感器3在导轨内滑动，粗糙度轮廓仪传感器3的一端固定有双测针测臂10，双测针测臂10通过粗糙度轮廓仪驱动单元2和粗糙度轮廓仪传感器3驱动，分别控制粗糙度轮廓仪传感器3的高度和双测针测臂10左右位置，进一步通过双测针测臂10的摆动使双测针测臂10的测针或测尖接触在被测叶片4表面上，对被测叶片4的前缘、后缘测量。
粗糙度轮廓仪传感器3的工作原理是基于一个带测尖的摇杆系统，摇杆的另一端是衍射栅格可测量摇杆的摆动角度。发光管发出的光照射在衍射栅格上，产生干扰图形，测尖的微小变化都会使接受端的干扰图形显著变化并传给后续的评定电路，它与尺寸标准的量块配合就决定了一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置的高精度性质。
工作台6的两个侧面上通过紧固件安装有挡板11，挡板11的内侧面还依次贴合设有量块8，将精密台钳5贴合在挡板11和量块8的侧面上，对精密台钳5进行定位。
如图2所示，精密台钳5包括底座51，底座51上依次成型有第一连接板52、第二连接板53和第三连接板54，第二连接板53和第三连接板54内分别开设有螺纹孔和圆孔，第二连接板53内连接螺杆55且螺杆55穿过第三连接板54，通过旋转螺杆55，缩短螺杆55与第一连接板52之间的距离，将被测叶片4装夹在螺杆55与第一连接板52之间。
如图3所示，被测叶片4的外侧套接有安装板41，安装板41呈L型，安装板41包括第一侧板411和第二侧板412，第一侧板411用于插接被测叶片4，第二侧板412与螺杆55相抵，被螺杆55压紧在第一连接板52的侧面上，而第一侧板411嵌合在第一连接板52和第二连接板53之间，同时利用螺杆55将安装板41完全固定在精密台钳5内。
本发明还提供技术方案：一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法，包括上述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置，通过一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置对被测叶片4的前、尾缘形状进行测量，叶片薄壁前、尾缘形状检测的步骤如下：
S1、对双测针测臂10进行校准，并根据被测叶片4的截面尺寸准备量块8，量块8为尺寸25mm的三等量块，不同形状的被测叶片4所需的量块不同；
S2、确定被测叶片4的截面高度尺寸基准线，粗糙度轮廓仪传感器2沿立柱1向下移动，使双测针测臂10下测尖与被测叶片4的上端面接触，摇动手柄9使工作台6移动，确定被测叶片4的截面高度基准，如图1所示；
S3、对被测叶片4的前、后缘进行测量；
S4、将测量数据导入工程设计软件，经过数据处理进行尺寸形状分析，达到定量分析目的。
在S1中，双测针测臂10还包括上测尖和下测针，校准时需要将上测尖、下测针按测量力、测尖弯曲、测尖几何形状、参照点等多个项目进行校准，并准备好量块8。
S3中，被测叶片4的前缘测量步骤如下：
如图4所示，S31、将装夹着被测叶片4的精密台钳5竖直摆放，同时将精密台钳5分别与挡板11和量块8相靠，对精密台钳5的位置进行定位；
S32、调整双测针测臂10的高度，利用粗糙度轮廓仪驱动单元2和粗糙度轮廓仪传感器3分别沿纵向和横向移动，使双测针测臂10轴线与被测叶片4前缘等高，并将纵向移动锁死，从而固定双测针测臂10的高度；
S33、对被测叶片4的前缘上表面进行测量，操作粗糙度轮廓仪传感器3向上摆动双测针测臂10并横向移动到被测叶片4前缘上方，双测针测臂10的下测尖接触被测叶片4向左移动寻边以确定扫描长度，设定测量速度、时间间隔、轮廓文件名称等参数，扫描被测叶片4前缘后退出；
S34、对被测叶片4的前缘下表面进行测量，操作粗糙度轮廓仪传感器3向下摆动双测针测臂10并横向移动到被测叶片4前缘下方，双测针测臂10的上测尖接触被测叶片4向左移动寻边以确定扫描长度，设定测量速度、时间间隔、轮廓文件名称等参数，扫描被测叶片4前缘后退出；
如图5所示，S35、将装夹被测叶片4的精密台钳5横向摆放，同时将精密台钳5分别与挡板11和量块8相靠对精密台钳5固定；
S36、调整双测针测臂10的高度，利用粗糙度轮廓仪驱动单元2和粗糙度轮廓仪传感器3分别沿纵向和横向移动，使双测针测臂10轴线与被测叶片4前缘等高，并将纵向移动锁死，固定双测针测臂10的高度；
如图6所示，S37、对被测叶片4的前缘的端部进行测量，操作粗糙度轮廓仪传感器3向上摆动双测针测臂10并横向移动到被测叶片4前缘上方，双测针测臂10的下测尖接触被测叶片4向右移动寻边以确定扫描长度，设定测量速度、时间间隔、轮廓文件名称等参数，扫描被测叶片4前缘后退出；
S38、将被测叶片4调换方向，使被测叶片4尾缘向上，重复S31至S37的操作步骤，完成被测叶片4尾缘的测量。
在S4中，如图7所示，将前缘或尾缘测量中的三次扫描数据文件以聚合线读入工程设计软件并将第三次数据逆时针旋转90度与其他数据依据数据重叠部分平移拟合，并对拟合图进行处理，将图放大100倍，修剪多余和重叠部分，并向内偏移测尖半径，本例测尖半径0.0025mm，调整放大系数观察叶片前缘轮廓是否满足要求，是否存在平头、凸肩、双头、尖头、钝头的情况，同时按照设计要求叶片前缘半径，公差要求，做模拟圆弧及标注各项尺寸，如图8所示，确定是否符合图纸要求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置，包括平台，所述平台固定有立柱，其特征在于：所述平台上安装有能够在XY方向调节的工作台，工作台的相邻侧面上固定有手柄，通过手柄调节工作台XY轴上的位置，所述工作台上活动安装有精密台钳，所述精密台钳内装夹有被测叶片；
所述立柱上滑动安装有粗糙度轮廓仪驱动单元，所述粗糙度轮廓仪驱动单元的下端滑动安装有粗糙度轮廓仪传感器，所述粗糙度轮廓仪传感器的一端固定有双测针测臂，所述双测针测臂通过驱动单元和粗糙度轮廓仪传感器驱动对被测叶片的前缘、后缘测量。
2.根据权利要求1所述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置，其特征在于：所述工作台的侧面上可拆卸的安装有挡板，挡板的内侧面还依次贴合设有量块，所述挡板和量块均用于对精密台钳进行定位。
3.根据权利要求1所述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置，其特征在于：所述精密台钳包括底座，所述底座上依次成型有第一连接板、第二连接板和第三连接板，所述第二连接板和第三连接板内分别开设有螺纹孔和圆孔，所述第二连接板内连接螺杆且螺杆穿过第三连接板。
4.根据权利要求3所述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置，其特征在于：所述被测叶片的外侧套接有安装板，所述安装板呈L型，安装板包括第一侧板和第二侧板，所述第一侧板用于插接被测叶片，所述第二侧板与螺杆相抵，被螺杆压紧在第一连接板的侧面上。
5.一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法，其特征在于：包括权利要求1至4任意一项所述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置，通过一种叶片薄壁前、尾缘形状测量装置对被测叶片的前、尾缘形状进行测量，所述叶片薄壁前、尾缘形状检测的步骤如下：
S1、对双测针测臂进行校准，并根据被测叶片的截面尺寸准备量块；
S2、确定被测叶片的截面高度尺寸基准线；
S3、对被测叶片的前、后缘进行测量；
S4、将测量数据导入工程设计软件，经过数据处理进行尺寸形状分析，达到定量分析目的。
6.根据权利要求5所述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法，其特征在于：所述S1中，双测针测臂还包括上测尖和下测针，校准时需要将上测尖、下测针按测量力、测尖弯曲、测尖几何形状、参照点校准，并准备好量块。
7.根据权利要求1所述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法，其特征在于：所述S3中，被测叶片的前缘测量步骤如下：
S31、将装夹着被测叶片的精密台钳竖直摆放固定；
S32、调整双测针测臂的高度，使双测针测臂轴线与被测叶片前缘等高，并将纵向移动锁死；
S33、操作粗糙度轮廓仪传感器向上摆动双测针测臂并横向移动到被测叶片前缘上方，双测针测臂接触被测叶片以确定参数，扫描被测叶片前缘后退出；
S34、操作粗糙度轮廓仪传感器向下摆动双测针测臂并横向移动到被测叶片前缘下方，双测针测臂接触被测叶片以确定参数，扫描被测叶片前缘后退出；
S35、将装夹被测叶片的精密台钳横向摆放固定；
S36、调整双测针测臂的高度，使双测针测臂轴线与被测叶片前缘等高，并将纵向移动锁死；
S37、操作粗糙度轮廓仪传感器向上摆动双测针测臂并横向移动到被测叶片前缘上方，双测针测臂接触被测叶片以确定参数，扫描被测叶片前缘后退出；
S38、将被测叶片调换方向，使被测叶片尾缘向上，重复S31至S37的操作步骤，完成被测叶片尾缘的测量。
8.根据权利要求1所述的一种叶片薄壁前、尾缘形状测量方法，其特征在于：所述S4中，将前缘或尾缘测量中的三次扫描数据文件以聚合线读入工程设计软件并将第三次数据逆时针旋转90度与其他数据依据数据重叠部分平移拟合，并对拟合图进行处理，调整参数确定叶片形状与公差是否符合图纸要求。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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