一种叶片复杂曲面的原位测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械加工、检测技术领域，具体设及一种基于混联抛磨机床的叶片复 杂曲面原位测量方法。
【背景技术】
[0002] 随着近年来国内电力和航空工业的迅速发展，航空发动机、汽轮机、燃汽轮机、压 气机等设备的使用量急剧增加。作为该些设备的关键部件，叶片的市场需求量也随之大大 增加。叶片具有种类多、数量大、曲面复杂、加工难度大等特点，它的加工质量对整机性能与 寿命的影响举足轻重。在叶片的精整加工过程中，需多次测量、修整加工，W获得较高的形 状精度和表面粗趟度。已公开的叶片曲面加工设备，如；德国Metabo公司研制的六轴五联 动数控叶片砂带磨床；瑞iWillemin公司研制的W518TB型叶片加工中屯、；重庆S磨海达 研制的2MY55200-6NC型数控砂带磨床；北京胜为弘技数控装备有限公司和德阳东汽工模 具有限公司联合研制的MK2200型叶片砂带磨床。上述设备在叶片精整加工过程中，需在其 他设备上进行叶片型面测量，再将叶片移回加工设备进行修整加工，此过程易引入二次装 夹误差，辅助时间长，降低了叶片精整加工的精度和效率。叶片加工、测量一体化机床欠缺 己成为制约行业发展的瓶颈。
[0003] 目前，叶片主要采用非原位的测量方法，测量过程中测头随设备各坐标轴运动采 点，测量精度严重依赖于测量设备本身的运动精度，而且测头在运动过程中采点，不利于保 证测量精度的稳定性。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种叶片复杂曲面的原位测量方法，W解决目前因叶片主要采用非原 位的测量方法，而存在测量精度严重依赖于测量设备本身的运动精度，而且测头在运动过 程中采点，不利于保证测量精度的稳定性的问题。
[0005] 本发明在前期已开发的专利号；ZL200710056223.X、具有曲面适应性的叶片抛磨 光整加工机床的一体化抛磨加工基础上，提出叶片曲面的原位测量方法。
[0006] 本发明采取的技术方案是；包括下列步骤：
[0007] (1)将激光位移传感器安装在抛磨机床的工具板上，进行测量点的位置对正；
[000引（2)调节工作台高度，保证叶片旋转时不与工具板发生干设，确定此时夹具顶尖轴 线距传感器竖直距离Z;
[0009] (3)沿叶片长度方向等间距选取7个截面作为测量截面；
[0010] (4)通过纵向滑道移动工作台，使激光传感器位于初始待测截面的正上方；
[0011] 妨在待测截面内，建立极坐标系；
[001引做对测量截面进行规划分区，控制翻转夹具电机，采用叶片非匀速旋转测量方 式，按截面内各区域的速度要求非匀速旋转一周，由激光位移传感器测得截面线上各点的 坐标值Zi，与各点的旋转角度rii共同组成测点的极坐标，据此计算出测点实际极坐标kihi， Z-Zi);
[0013] (7)对截面线上局部测点稀疏区域进行等时长补偿测量，计算补偿测点极坐标；
[0014] (8)将激光位移传感器移至下一截面的测量初始位置，用同样的方法测量其余截 面线，共获得7条截面线的测量数据。
[0015] 本发明所述的激光位移传感器为点光源激光位移传感器。
[0016] 本发明步骤（1)所述的测量点的位置对正，是指根据机床X向光栅尺反馈的数据 确定激光位移传感器X向位置，使激光位移传感器在测量每一截面时，其初始位置位于夹 持叶片的两顶尖连线上。
[0017] 本发明步骤巧）中所述的极坐标系，是指在测量截面内，W旋转轴与测量截面交 点为原点，W竖直向上为0°方向的极坐标系，且该截面测点均在此极坐标系中表示。
[0018] 本发明步骤化）中所述的叶片非匀速旋转测量方式，具体步骤为：首先，计算测量 截面上各点与极坐标原点的距离di(i= 1，2,…如，获得最大值cLx，将测量截面线上各点与 极坐标原点的距离中与dmJ故比值a，当0. 7 <a《1时，定义为远点；当0. 4 <a《0. 7 时，定义为正常点；当〇<a《0.4时，定义为近点，测量远点区域内的点时，翻转夹具电机 的转速rpi;测量正常点区域内的点时，翻转夹具电机的转速rp2;测量近点区域内的点时，翻 转夹具电机的转速rp3,为保证各区域测点分布均匀，应使rpi< r p2< r P3,使翻转夹具电机 按各个区域的速度要求旋转一周，对叶片进行非匀速旋转测量，激光位移传感器每秒测点 一次，测量数据为Zi。
[0019] 本发明步骤（7)中所述的局部测点稀疏区域，是指待测叶片经区域规划后的远点 区域，等时长补偿测量的具体步骤为；保持叶片不动，移动X轴，使激光位移传感器进入待 测区域，记录此时X轴位移；调节激光位移传感器移动速度为V，每隔t秒位移传感器进行 一次测点，通过计算，得到补偿测点的极坐标。
[0020] 本发明提出叶片曲面的极坐标非匀速原位测量方法，利用激光位移传感器进行非 接触测量，测量过程中激光位移传感器保持静止，通过旋转叶片采集测点，使测量精度仅取 决于叶片旋转电机的转动精度，降低了测量精度对各轴运动精度的依赖程度。所提出的极 坐标非匀速测量方法与混联机床相结合，即避免了二次装夹误差，又实现了叶片曲面的磨 抛测一体化加工，提高了叶片精整加工的效率及精度，为叶片的一体化加工提供了具有实 用价值的方法和设备。
[0021] 采用本发明的测量方法，测量基准与加工时的定位基准一致，既避免了测量数据 的坐标转换，又可减少非原位测量带来的二次装夹误差；降低了测量中对机床导轨精度的 依赖程度，测量精度可通过翻转夹具的电机的转动精度来保证；W测点距极坐标原点的距 离为依据将测量截面线划分为不同测量区域，不同区域使用不同的转速，并辅W补偿测量， 保证了截面线上各区域采点均匀；在主体测量过程中，激光位移传感器保持静止，减少激光 位移传感器运动带来的不稳定因素对测量精度的影响，提高了测量精度；本发明在混联机 床的抛磨一体化加工基础上，进一步实现了原位测量功能，为提高叶片精整加工的效率及 精度提供重要保证。
[0022] 本发明的有益效果：
[0023] 1.采用本发明的测量方法，可在叶片加工设备上进行原位测量并获得叶片上测点 的极坐标数据，测量基准与加工时的定位基准一致，既避免了测量数据的坐标转换，又可减 少非原位测量带来的二次装夹误差。
[0024] 2.本发明降低了一般原位测量中对机床导轨精度的依赖程度，通过精确控制叶片 的旋转角度获得叶片上各测点的极坐标值，而叶片的旋转精度可通过翻转夹具的电机的转 动精度来保证。
[0025] 3.主体测量方式为非匀速旋转测量，W测点距极坐标原点的距离为依据，划分了 不同测量区域，不同区域使用不同的转速，并在远点稀疏区域进行了补偿测量，保证了截面 线上各处采点均匀，提高了测量效率及精度。
[0026] 4.在主体测量过程中，激光位移传感器保持静止，利用叶片的转动实现不同测点 的测量，减少激光位移传感器运动带来的不稳定因素对测量精度的影响，提高了测量精度。
[0027] 5.本发明在混联机床的抛磨一体化加工基础上，进一步实现了原位测量功能，实 现了叶片复杂曲面的磨抛测一体化加工，进一步完善了该混联机床的功能，为提高叶片精 整加工的效率及精度提供重要保证。
【附图说明】
[002引图1是叶片的测量截面不意图，
[0029] 图2是具有曲面适应性的叶片抛磨光整加工机床结构构型图；
[0030] 图3是机床处于加工状态时的局部放大图，
[0031] 图4是机床处于测量状态时的局部放大图，
[0032] 图5是测量截面线的规划分区图；
[0033] 图6是测量截面线上的测点分布图；
[0034] 图7是图6圆圈处局部放大图；
[0035] 图8是局部补偿测量区域测点的极坐标计算示意图。
【具体实施方式】
[0036] 包括下列步骤：
[0037] (1)将激光位移传感器安装在抛磨机床的工具板上，进行测量点的位置对正；
[003引 （2)调节工作台高度，保证叶片旋转时不与工具板发生干设，确定此时夹具顶尖轴 线距传感器竖直距离Z;
[0039] (3)沿叶片长度方向等间距选取7个截面作为测量截面；
[0040] (4)通过纵向滑道移动工作台，使激光传感器位于初始待测截面的正上方；
[0041] (5)在待测截面内，建立极坐标系；
[0042] 做对测量截面进行规划分区，控制翻转夹具电机，采用叶片非匀速旋转测量方 式，按截面内各区域的速度要求非匀速旋转一周，由激光位移传感器测得截面线上各点的 坐标值Zi，与各点的旋转角度ni共同组成测点的极坐标，据此计算出测点实际极坐标kihi， Z-Zi);
[0043] (7)对截面线上局部测点稀疏区域进行等时长补偿测量，计算补偿测点极坐标；
[0044] (8)将激光位移传感器移至下一截面的测量初始位置，用同样的方法测量其余截 面线，共获得7条截面线的测量数据。
[0045] 本发明所述的激光位移传感器为点光源激光位移传感器。
[0046] 本发明步骤（1)所述的测量点的位置对正，是指根据机床X向光栅尺反馈的数据 确定激