CN208536809U - 一种叶轮叶片流线检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种叶轮叶片流线检测设备，叶轮叶片流线检测设备包括三坐标检测仪、雷尼绍旋转测座和测头、压力传感器，其中三坐标检测仪包括测量底座和置于测量底座上的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构和连接座，雷尼绍旋转测座经连接座与X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构传动配合，使得雷尼绍旋转测座可在测量底座上的三维空间内移动，待测量的叶轮固定设置于三坐标检测仪的测量空间内，测头可转动设置在雷尼绍旋转测座的前端，压力传感器置于测头的前端，以使测头可伸入叶轮的叶片之间，压力传感器与叶片接触时可对叶片的点坐标进行测量。

Description

一种叶轮叶片流线检测设备

技术领域

本实用新型涉及发动机叶轮检测技术领域，特别是一种叶轮叶片流线检测设备。

背景技术

叶轮作为发动机的关键部件，其制造质量直接影响发动机的空气动力性能和机械效率，因此其检测成为控制发动机质量的重要环节；叶轮可分为轮毂曲面和叶片曲面两部分，零件构成的一般形式是由若干等长叶片或大小交错叶片均匀分布在轮毂曲面上。叶片曲面又包含包覆曲面、压力曲面和吸力曲面，都是由非可展直纹面和自由曲面构成的。

随着我国工业的快速发展，对航空发动机性能的要求越来越高，对叶轮测量的精度、方式和评价变得越来越重。航空发动机叶轮制造时通过计算机软件设计出叶轮的参数模型，通过铸造和机加工完成产品加工，加工后获得叶轮参数是否符合设计要求，尤其是叶片的厚度和形状参数，直接影响航空发动机的性能；因此提出一种简捷实用的叶轮叶片检测设备及叶轮参数的检测方法，直接准确地确定被测叶轮叶片的厚度值、位置参数及其误差等参数，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种简单便捷、实用性强的叶轮叶片流线检测设备。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的叶轮叶片流线检测设备，包括三坐标检测仪、雷尼绍旋转测座和测头、压力传感器，其中三坐标检测仪包括测量底座和置于测量底座上的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构和连接座，雷尼绍旋转测座经连接座与X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构传动配合，使得雷尼绍旋转测座可在测量底座上的三维空间内移动，待测量的叶轮固定设置于三坐标检测仪的测量空间内，测头可转动设置在雷尼绍旋转测座的前端，压力传感器置于测头的前端，以使测头可伸入叶轮的叶片之间，压力传感器与叶片接触时可对叶片的点坐标进行测量。

上述叶轮叶片流线检测设备的工作方法，其原理是将被测叶轮放入三坐标检测仪的测量空间，获得被测叶轮叶片上吸力曲面和压力曲面上多个对应点的空间坐标，再根据对应点的坐标值进行计算，求出被测叶轮叶片在该点处的厚度值、位置参数及其误差。

进一步，所述叶轮叶片流线检测设备的工作方法，包括如下步骤：

A、使用计算机根据叶轮的设计参数生成叶轮的三维模型。

B、在三维模型内提取叶轮的外子午面，并将其沿叶轮轴向移动后旋转获得旋转曲面，该旋转曲面分别与叶片吸力曲面、压力曲面相交获得对应的吸力面流线、压力面流线，提取吸力面流线、压力面流线的参数。

C、根据吸力面流线、压力面流线的参数，在吸力面流线、压力面流线上分别确定多个测量点，吸力面流线、压力面流线上的测量点分别位于叶片两侧且一一对应，提取各测量点的理论坐标值和理论法向矢量，通过对应测量点的理论坐标值可获得叶片在测量点处的理论厚度。

D、重复步骤B和步骤C，获得多组吸力面流线、压力面流线，各吸力面流线、压力面流线上同样确定多个测量点。

E、将待测量的叶轮置于三坐标检测仪内，由三坐标检测仪读入叶轮的设计参数，建立三坐标系使得叶轮的坐标原点、方向与三坐标检测仪的坐标原点、方向相同，将测头伸入叶轮，由吸力面流线规划测头的移动路径，根据吸力面流线上测量点的理论坐标值和理论法向矢量驱动测头在吸力曲面上移动，测头的压力传感器与叶片接触时，三坐标检测仪获得测量点的实际坐标值，由测头逐一完成吸力曲面上各测量点的实际坐标值的测量。

F、吸力曲面上的测量点的实际坐标值测量完成后，将测头移动至叶轮的压力曲面侧，由压力面流线规划测头的移动路径，根据压力面流线上测量点的理论坐标值和理论法向矢量驱动测头在压力曲面上移动，测头的压力传感器与叶片接触时，三坐标检测仪获得测量点的实际坐标值，由测头逐一完成该压力曲面上各测量点的实际坐标值的测量。

G、将测得的吸力曲面上各测量点的实际坐标值与相应的理论坐标值进行比对，可获得吸力曲面的形状差异状况；将测得的压力曲面上各测量点的实际坐标值与相应的理论坐标值进行比对，可获得压力曲面的形状差异状况；根据吸力曲面和压力曲面上对应测量点的实际坐标值可获得该测量点处的实际厚度，与该测量点处的理论厚度进行比对，可获得叶片的厚度情况。

进一步，所述吸力曲面上的吸力面流线数量为9条，相邻两吸力面流线之间的距离相等，所述压力曲面上的压力面流线数量为9条，相邻两压力面流线之间的距离相等，以使测量点分布的更加均匀。

进一步，各吸力面流线、压力面流线上的相邻两测量点之间的间距相等，以使测量点分布的更加均匀。

进一步，所述测头沿相邻两吸力面流线的移动路径首尾相连设置，以使测头沿前一吸力面流线从头至尾测量完成后进入后一吸力面流线的尾端开始测量；所述测头沿相邻两压力面流线的移动路径首尾相连设置，以使测头沿前一压力面流线从头至尾测量完成后进入后一压力面流线的尾端开始测量，以缩短测头的行程，提高测量效率。

实用新型的技术效果：（1）本实用新型的叶轮叶片流线检测设备，相对于现有技术，将叶轮置于三坐标检测仪内，根据叶轮的设计参数，在叶片的压力曲面、吸力曲面分别选取多条流线，各流线上选取多个两两对应的测量点，采用测头对各测量点的坐标值进行测量，通过比对实际坐标值和理论坐标值的差异，可对叶片的形状差异进行分析；通过对两两对应的测量点的实际坐标值进行测算，可以求得测量点处的实际壁厚，根据实际壁厚与理论壁厚之间的差异，可以对叶片进行修正；采用在叶片的两侧曲面上设置对应的流线和测量点，实现叶片厚度的流线测量，能保证加工的走刀路径与三坐标的测量路径一致，和叶轮造型方式一致，并实时显示误差和输出，工艺人员能快速做出判断并调整加工路径确保加工质量。

附图说明

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1是叶轮叶片流线检测设备的立体结构示意图；

图2是叶轮的三维模型图；

图3是叶片上压力面流线的示意图；

图4是根据实际坐标值生成的纵横网格和法向量的示意图；

图5是三坐标检测仪的测量结果显示示意图。

图中：排气边轮盘11，进气边轮盘12，轴孔13，扭曲叶片14，分流叶片15，压力曲面16，外子午面17，吸力曲面18，吸力面流线21，测量底座31，X轴移动机构32，Y轴移动机构33，Z轴移动机构34，连接座35，旋转测座36，测头37。

具体实施方式

实施例1

本实施例的叶轮叶片流线检测设备，如图1所示，包括三坐标检测仪、雷尼绍旋转测座36和测头37、压力传感器，其中三坐标检测仪包括测量底座31和置于测量底座上的X轴移动机构32、Y轴移动机构33、Z轴移动机构34和连接座35，雷尼绍旋转测座36经连接座35与X轴移动机构32、Y轴移动机构33、Z轴移动机构34传动配合，使得雷尼绍旋转测座36可在测量底座31上的三维空间内万向移动，待测量的叶轮固定设置于三坐标检测仪的测量空间内，测头37可转动设置在雷尼绍旋转测座36的前端，压力传感器置于测头37的前端，以使测头37可伸入叶轮的叶片之间，压力传感器与叶片接触时可对叶片的点坐标进行测量；其中三坐标检测仪采用DMIS测量软件，旋转测座的型号为雷尼绍PH10M，压力传感器为PH6传感器。

实施例2

实施例1中的叶轮叶片流线检测设备的工作方法，其原理是将被测叶轮放入三坐标检测仪的测量空间，获得被测叶轮叶片上吸力曲面和压力曲面上多个对应点的空间坐标，再根据对应点的坐标值进行计算，求出被测叶轮叶片在该点处的厚度值、位置参数及其误差。

如图2所示，某航空发动机的离心叶轮包括平行设置的排气边轮盘11和进气边轮盘12，排气边轮盘11和进气边轮盘12的中心设置轴孔13，排气边轮盘11和进气边轮盘12之间设置多个流线型的扭曲叶片14，且相邻的扭曲叶片14之间设置分流叶片15，扭曲叶片14的两侧面分别为压力曲面16和吸力曲面18，压力曲面16和吸力曲面18的顶部交界处为外子午面17，分流叶片15同样包括压力曲面、吸力曲面和外子午面，其流线形状与扭曲叶片14不同。

以该离心叶轮检测为例，上述叶轮叶片流线检测设备的工作方法，具体包括如下步骤：

A、使用计算机根据叶轮的设计参数生成离心叶轮的三维模型。

B、在三维模型内提取离心叶轮的外子午面，并将其沿离心叶轮轴向移动后旋转获得旋转曲面，如图3所示，该旋转曲面分别与扭曲叶片14的吸力曲面18、压力曲面16相交获得对应的吸力面流线21、压力面流线（图中未示出），提取吸力面流线、压力面流线的参数。

C、根据吸力面流线、压力面流线的参数，在吸力面流线、压力面流线上分别确定50个测量点，各吸力面流线、压力面流线上的相邻两测量点之间的间距相等，吸力面流线、压力面流线上的测量点分别位于扭曲叶片14两侧且一一对应，提取各测量点的理论坐标值和理论法向矢量，通过对应测量点的理论坐标值可获得扭曲叶片14在测量点处的理论厚度。

D、重复步骤B和步骤C，获得9组吸力面流线、压力面流线，其中最上方的压力面流线、吸力面流线距离外子午面17的距离为0.5mm，最下方的压力面流线、吸力面流线距离内子午面的距离为0.5mm，且相邻两吸力面流线之间的距离相等，相邻两压力面流线之间的距离相等，各吸力面流线、压力面流线上同样确定50个测量点。

E、将待测量的叶轮置于三坐标检测仪内，由三坐标检测仪读入离心叶轮的设计参数，建立三坐标系使得离心叶轮的坐标原点、方向与三坐标检测仪的坐标原点、方向相同，将测头伸入离心叶轮的扭曲叶片的吸力曲面一侧，根据吸力面流线规划测头的移动路径，由吸力面流线上测量点的理论坐标值和理论法向矢量驱动测头在吸力曲面上移动，当测头的压力传感器与扭曲叶片14接触时，三坐标检测仪获得测量点的实际坐标值，由测头逐一完成吸力曲面上各测量点的实际坐标值的测量。

F、吸力曲面上的测量点的实际坐标值测量完成后，将测头移动至离心叶轮的压力曲面侧，根据压力面流线规划测头的移动路径，由压力面流线上测量点的理论坐标值和理论法向矢量驱动测头在压力曲面上移动，当测头的压力传感器与扭曲叶片接触时，三坐标检测仪获得测量点的实际坐标值，由测头逐一完成压力曲面上各测量点的实际坐标值的测量。

G、将测得的吸力曲面上各测量点的实际坐标值与相应的理论坐标值进行比对，可获得吸力曲面的形状差异状况，将测得的压力曲面上各测量点的实际坐标值与相应的理论坐标值进行比对，可获得压力曲面的形状差异状况，可根据各单独坐标轴的实际坐标值与理论坐标值之间的差异，判断吸力曲面或压力曲面在相应坐标轴上是否偏移；根据吸力曲面和压力曲面上对应测量点的实际坐标值可获得该测量点处的实际厚度，与该测量点处的理论厚度进行比对，可获得叶片的厚度偏差。

分流叶片上的流线划分、测量点选取、实际测量与扭曲叶片的测量方法相同，在此不再详述。

三坐标对于含有自由曲面结构的零件（如离心叶轮）测量记录的测量数据都是测头中心的位置，并不是测头和被测物体接触点的坐标，该坐标必须通过补偿得到，目前三坐标测量曲线均将测量点和测头半径的关系都处理成二维补偿，而实际上测量点的曲面法矢量通常和测轴不在同一平面内，必须进行三维补偿，能够实现三维补偿的方法很多，我们采用的是原理简单且计算量小的半径补偿法，首先将每根测量流线的点数、方向做成一致，形成纵横网格，利用插值求导的方法对细化点求纵向和横向的切向量，再利用切向量求法向量并进行测头半径补偿，获得的纵横网格如图4所示。

作为优选，测头沿相邻两吸力面流线的移动路径首尾相连设置，以使测头沿前一吸力面流线从头至尾测量完成后进入后一吸力面流线的尾端开始测量；测头沿相邻两压力面流线的移动路径首尾相连设置，以使测头沿前一压力面流线从头至尾测量完成后进入后一压力面流线的尾端开始测量，以缩短测头的行程，提高测量效率。

作为优选，三坐标检测仪测量的数据可直接进行显示，且同时显示理论坐标值、实际坐标值和误差值，可方便的对各测量点的数据进行观察，如图5所示；同时可以利用计算机软件将测得的数据汇总形成表格并输出，实现实时记录。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种叶轮叶片流线检测设备，其特征在于，包括三坐标检测仪、雷尼绍旋转测座和测头、压力传感器，其中三坐标检测仪包括测量底座和置于测量底座上的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构和连接座，雷尼绍旋转测座经连接座与X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构传动配合，使得雷尼绍旋转测座可在测量底座上的三维空间内移动，待测量的叶轮固定设置于三坐标检测仪的测量空间内，测头可转动设置在雷尼绍旋转测座的前端，压力传感器置于测头的前端，以使测头可伸入叶轮的叶片之间，压力传感器与叶片接触时可对叶片的点坐标进行测量。