一種葉片復雜曲面的原位測量方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械加工、檢測技術領域，具體設及一種基于混聯(lián)拋磨機床的葉片復 雜曲面原位測量方法。
【背景技術】
[0002] 隨著近年來國內電力和航空工業(yè)的迅速發(fā)展，航空發(fā)動機、汽輪機、燃汽輪機、壓 氣機等設備的使用量急劇增加。作為該些設備的關鍵部件，葉片的市場需求量也隨之大大 增加。葉片具有種類多、數量大、曲面復雜、加工難度大等特點，它的加工質量對整機性能與 壽命的影響舉足輕重。在葉片的精整加工過程中，需多次測量、修整加工，W獲得較高的形 狀精度和表面粗趟度。已公開的葉片曲面加工設備，如；德國Metabo公司研制的六軸五聯(lián) 動數控葉片砂帶磨床；瑞iWillemin公司研制的W518TB型葉片加工中屯、；重慶S磨海達 研制的2MY55200-6NC型數控砂帶磨床；北京勝為弘技數控裝備有限公司和德陽東汽工模 具有限公司聯(lián)合研制的MK2200型葉片砂帶磨床。上述設備在葉片精整加工過程中，需在其 他設備上進行葉片型面測量，再將葉片移回加工設備進行修整加工，此過程易引入二次裝 夾誤差，輔助時間長，降低了葉片精整加工的精度和效率。葉片加工、測量一體化機床欠缺 己成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。
[0003] 目前，葉片主要采用非原位的測量方法，測量過程中測頭隨設備各坐標軸運動采 點，測量精度嚴重依賴于測量設備本身的運動精度，而且測頭在運動過程中采點，不利于保 證測量精度的穩(wěn)定性。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明提供一種葉片復雜曲面的原位測量方法，W解決目前因葉片主要采用非原 位的測量方法，而存在測量精度嚴重依賴于測量設備本身的運動精度，而且測頭在運動過 程中采點，不利于保證測量精度的穩(wěn)定性的問題。
[0005] 本發(fā)明在前期已開發(fā)的專利號；ZL200710056223.X、具有曲面適應性的葉片拋磨 光整加工機床的一體化拋磨加工基礎上，提出葉片曲面的原位測量方法。
[0006] 本發(fā)明采取的技術方案是；包括下列步驟：
[0007] (1)將激光位移傳感器安裝在拋磨機床的工具板上，進行測量點的位置對正；
[000引（2)調節(jié)工作臺高度，保證葉片旋轉時不與工具板發(fā)生干設，確定此時夾具頂尖軸 線距傳感器豎直距離Z;
[0009] (3)沿葉片長度方向等間距選取7個截面作為測量截面；
[0010] (4)通過縱向滑道移動工作臺，使激光傳感器位于初始待測截面的正上方；
[0011] 妨在待測截面內，建立極坐標系；
[001引做對測量截面進行規(guī)劃分區(qū)，控制翻轉夾具電機，采用葉片非勻速旋轉測量方 式，按截面內各區(qū)域的速度要求非勻速旋轉一周，由激光位移傳感器測得截面線上各點的 坐標值Zi，與各點的旋轉角度rii共同組成測點的極坐標，據此計算出測點實際極坐標kihi， Z-Zi);
[0013] (7)對截面線上局部測點稀疏區(qū)域進行等時長補償測量，計算補償測點極坐標；
[0014] (8)將激光位移傳感器移至下一截面的測量初始位置，用同樣的方法測量其余截 面線，共獲得7條截面線的測量數據。
[0015] 本發(fā)明所述的激光位移傳感器為點光源激光位移傳感器。
[0016] 本發(fā)明步驟（1)所述的測量點的位置對正，是指根據機床X向光柵尺反饋的數據 確定激光位移傳感器X向位置，使激光位移傳感器在測量每一截面時，其初始位置位于夾 持葉片的兩頂尖連線上。
[0017] 本發(fā)明步驟巧）中所述的極坐標系，是指在測量截面內，W旋轉軸與測量截面交 點為原點，W豎直向上為0°方向的極坐標系，且該截面測點均在此極坐標系中表示。
[0018] 本發(fā)明步驟化）中所述的葉片非勻速旋轉測量方式，具體步驟為：首先，計算測量 截面上各點與極坐標原點的距離di(i= 1，2,…如，獲得最大值cLx，將測量截面線上各點與 極坐標原點的距離中與dmJ故比值a，當0. 7 <a《1時，定義為遠點；當0. 4 <a《0. 7 時，定義為正常點；當〇<a《0.4時，定義為近點，測量遠點區(qū)域內的點時，翻轉夾具電機 的轉速rpi;測量正常點區(qū)域內的點時，翻轉夾具電機的轉速rp2;測量近點區(qū)域內的點時，翻 轉夾具電機的轉速rp3,為保證各區(qū)域測點分布均勻，應使rpi< r p2< r P3,使翻轉夾具電機 按各個區(qū)域的速度要求旋轉一周，對葉片進行非勻速旋轉測量，激光位移傳感器每秒測點 一次，測量數據為Zi。
[0019] 本發(fā)明步驟（7)中所述的局部測點稀疏區(qū)域，是指待測葉片經區(qū)域規(guī)劃后的遠點 區(qū)域，等時長補償測量的具體步驟為；保持葉片不動，移動X軸，使激光位移傳感器進入待 測區(qū)域，記錄此時X軸位移；調節(jié)激光位移傳感器移動速度為V，每隔t秒位移傳感器進行 一次測點，通過計算，得到補償測點的極坐標。
[0020] 本發(fā)明提出葉片曲面的極坐標非勻速原位測量方法，利用激光位移傳感器進行非 接觸測量，測量過程中激光位移傳感器保持靜止，通過旋轉葉片采集測點，使測量精度僅取 決于葉片旋轉電機的轉動精度，降低了測量精度對各軸運動精度的依賴程度。所提出的極 坐標非勻速測量方法與混聯(lián)機床相結合，即避免了二次裝夾誤差，又實現了葉片曲面的磨 拋測一體化加工，提高了葉片精整加工的效率及精度，為葉片的一體化加工提供了具有實 用價值的方法和設備。
[0021] 采用本發(fā)明的測量方法，測量基準與加工時的定位基準一致，既避免了測量數據 的坐標轉換，又可減少非原位測量帶來的二次裝夾誤差；降低了測量中對機床導軌精度的 依賴程度，測量精度可通過翻轉夾具的電機的轉動精度來保證；W測點距極坐標原點的距 離為依據將測量截面線劃分為不同測量區(qū)域，不同區(qū)域使用不同的轉速，并輔W補償測量， 保證了截面線上各區(qū)域采點均勻；在主體測量過程中，激光位移傳感器保持靜止，減少激光 位移傳感器運動帶來的不穩(wěn)定因素對測量精度的影響，提高了測量精度；本發(fā)明在混聯(lián)機 床的拋磨一體化加工基礎上，進一步實現了原位測量功能，為提高葉片精整加工的效率及 精度提供重要保證。
[0022] 本發(fā)明的有益效果：
[0023] 1.采用本發(fā)明的測量方法，可在葉片加工設備上進行原位測量并獲得葉片上測點 的極坐標數據，測量基準與加工時的定位基準一致，既避免了測量數據的坐標轉換，又可減 少非原位測量帶來的二次裝夾誤差。
[0024] 2.本發(fā)明降低了一般原位測量中對機床導軌精度的依賴程度，通過精確控制葉片 的旋轉角度獲得葉片上各測點的極坐標值，而葉片的旋轉精度可通過翻轉夾具的電機的轉 動精度來保證。
[0025] 3.主體測量方式為非勻速旋轉測量，W測點距極坐標原點的距離為依據，劃分了 不同測量區(qū)域，不同區(qū)域使用不同的轉速，并在遠點稀疏區(qū)域進行了補償測量，保證了截面 線上各處采點均勻，提高了測量效率及精度。
[0026] 4.在主體測量過程中，激光位移傳感器保持靜止，利用葉片的轉動實現不同測點 的測量，減少激光位移傳感器運動帶來的不穩(wěn)定因素對測量精度的影響，提高了測量精度。
[0027] 5.本發(fā)明在混聯(lián)機床的拋磨一體化加工基礎上，進一步實現了原位測量功能，實 現了葉片復雜曲面的磨拋測一體化加工，進一步完善了該混聯(lián)機床的功能，為提高葉片精 整加工的效率及精度提供重要保證。
【附圖說明】
[002引圖1是葉片的測量截面不意圖，
[0029] 圖2是具有曲面適應性的葉片拋磨光整加工機床結構構型圖；
[0030] 圖3是機床處于加工狀態(tài)時的局部放大圖，
[0031] 圖4是機床處于測量狀態(tài)時的局部放大圖，
[0032] 圖5是測量截面線的規(guī)劃分區(qū)圖；
[0033] 圖6是測量截面線上的測點分布圖；
[0034] 圖7是圖6圓圈處局部放大圖；
[0035] 圖8是局部補償測量區(qū)域測點的極坐標計算示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 包括下列步驟：
[0037] (1)將激光位移傳感器安裝在拋磨機床的工具板上，進行測量點的位置對正；
[003引 （2)調節(jié)工作臺高度，保證葉片旋轉時不與工具板發(fā)生干設，確定此時夾具頂尖軸 線距傳感器豎直距離Z;
[0039] (3)沿葉片長度方向等間距選取7個截面作為測量截面；
[0040] (4)通過縱向滑道移動工作臺，使激光傳感器位于初始待測截面的正上方；
[0041] (5)在待測截面內，建立極坐標系；
[0042] 做對測量截面進行規(guī)劃分區(qū)，控制翻轉夾具電機，采用葉片非勻速旋轉測量方 式，按截面內各區(qū)域的速度要求非勻速旋轉一周，由激光位移傳感器測得截面線上各點的 坐標值Zi，與各點的旋轉角度ni共同組成測點的極坐標，據此計算出測點實際極坐標kihi， Z-Zi);
[0043] (7)對截面線上局部測點稀疏區(qū)域進行等時長補償測量，計算補償測點極坐標；
[0044] (8)將激光位移傳感器移至下一截面的測量初始位置，用同樣的方法測量其余截 面線，共獲得7條截面線的測量數據。
[0045] 本發(fā)明所述的激光位移傳感器為點光源激光位移傳感器。
[0046] 本發(fā)明步驟（1)所述的測量點的位置對正，是指根據機床X向光柵尺反饋的數據 確定激