一种叶片进排气边三维非接触式测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测量装置领域，更具体地，涉及一种叶片进排气边三维非接触式测量
目.0
【背景技术】
[0002]叶片是航空发动机、燃气轮机、汽轮机组件中数量最多、直接参与能量转换的关键零件，其进排气边的加工精度、表面质量直接决定了动力设备性能、作业效率和使役寿命。为了在加工过程中获取进排气边的加工余量以及加工后的轮廓精度，需要对进排气边进行三维测量，从而实现三维模型重构和计算。现有的叶片测量方式通常采用三坐标测量仪，以接触式测量的方式获取进排气边的轮廓精度。然而，这种方式存在成本高、效率低、编程复杂等缺点。为此，掌握进排气边高效率、高精度三维非接触式测量技术对于降低叶片测量成本、提高叶片测量水平，推进航空、能源和国防等行业的发展具有重要意义。
[0003]通过对现有文献的检索，在中国专利中未发现相关技术，在国外专利中有以下现有技术:一、申请号为US4566225的美国专利申请“Process and apparatus for theprecis1n measurement of rotor blade-height”公开了一种用于磨削加工的透平叶片激光测量装置和方法，该发明采用一条激光束来对叶片进行扫描测量，由于进排气边存在曲率较大且变化剧烈等问题，因此该专利并不能很好解决进排气边测量问题；二、申请号为US5067085 的美国专利申请“Optical robotic canopy polishing system” 公开了一种基于视觉引导的飞机蒙皮机器人磨削系统，但是该专利并非针对类似进排气边的薄壁、尖锐结构进行测量，因此也不适用于叶片测量。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种叶片进排气边三维非接触式测量装置，采用了两个三维激光轮廓扫描仪对叶片的两侧的轮廓进行扫描，能宽幅、完整、高精度地扫描进排气边两侧的轮廓进而得到叶片进排气边的形状，能够解决现有技术中不能对进排气边进行高精度三维非接触式测量的问题。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种叶片进排气边三维非接触式测量装置，其特征在于:包括基台、直线导轨、三维激光测量装置、六自由度机器人、伺服电机、滚珠丝杠机构和系统控制主机，所述直线导轨、伺服电机和滚珠丝杠机构均安装于基台上，所述直线导轨水平设置，其中，
[0006]三维激光测量装置，安装于直线导轨上，其包括两个三维激光轮廓扫描仪，所述的两个三维激光轮廓扫描仪用于测量叶片在靠近进排气边的部位的两侧轮廓，每个三维激光轮廓扫描仪分别用于朝叶片其中一侧的轮廓发射激光束进行轮廓测量；
[0007]六自由度机器人，用于夹持叶片到三维激光测量装置的工作区域内；
[0008]伺服电机，通过滚珠丝杠机构驱动三维激光测量装置沿直线导轨移动；
[0009]光电编码器，安装于伺服电机上，用于测量三维激光测量装置在直线导轨上的位置；
[0010]系统控制主机，与六自由度机器人、三维激光测量装置连接，用于规划六自由度机器人测量作业路径并同步采集六自由度机器人空间位姿、光电编码器反馈脉冲和三维激光测量装置测量得到的叶片两侧轮廓，进而拟合得到叶片的进排气边的轮廓。
[0011]优选地，所述的三维激光轮廓扫描仪包括激光发生器和扫描镜头；所述激光发生器用于发射激光扫描线；所述的两个激光发生器发出的激光在同一平面上；所述三维激光测量装置以直线导轨伺服电机的光电编码器信号作为扫描触发信号。
[0012]优选地，所述的三维激光轮廓扫描仪位于直线导轨的上方，所述的激光发生器朝斜上方发射激光束。
[0013]优选地，所述的激光发生器以线光源的形式发射激光束，所述的两激光发生器的镜头相互垂直且两激光发生器发射的光条纹共面。
[0014]优选地，所述六自由度机器人包括机器人操作臂和机器人控制器，所述系统控制主机通过现场总线分别与机器人控制器、三维激光测量装置连接，并通过系统控制主机内部的数据采集板卡采集直线导轨伺服电机光电编码器信号，其中，系统控制主机规划机器人操作臂扫描作业路径，并发送给机器人控制器执行；系统控制主机同步采集三维激光测量装置扫描得到的轮廓数据和光电编码器信号，对叶片在进排气边两侧的轮廓进行重构和显示，进而拟合得到叶片的进排气边的轮廓。
[0015]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0016]I)本发明采用机器人操作臂夹持叶片固定不动或者轻微旋转和移动，而同三维激光测量装置沿叶片纵向对进叶片的排气边进行扫描的方式，可以避免由于机器人定位误差带来的测量误差，从而最大程度上保证测量精度；
[0017]2)由于三维激光测量装置与光电编码器同步采集数据，因此可以准确获得进排气边的三维轮廓离散点，同时，本发明采用两个激光发生器和两个扫描镜头，由于两激光束的扫描平面在同一平面内且两激光发生器的镜头相互垂直，因此能宽幅、完整、高精度地扫描叶片靠近进排气边的部位的两侧轮廓，能够解决现有技术中不能对进排气边进行高精度三维非接触式测量的问题；
[0018]3)本发明采用非接触式测量方式，具有成本低、效率高、编程简单方便等优点。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构示意图；
[0020]图2为本发明的三维激光测量装置安装在直线导轨上的示意图；
[0021]图3为本发明的三维激光测量装置示意图；
[0022]图4为本发明测量的叶片的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0024]如图1?图4所示，一种叶片叶片进排气边三维非接触式测量装置，包括基台1、直线导轨5、三维激光测量装置6、六自由度机器人、伺服电机53、滚珠丝杠机构51和系统控制主机3，所述直线导轨5、伺服电机53和滚珠丝杠机构51均安装于基台I上，所述直线导轨5水平设置，其中，三维激光测量装置6，安装于直线导轨5上，其包括两个三维激光轮廓扫描仪，所述的两个三维激光轮廓扫描仪用于测量叶片7在靠近进排气边71的部位的两侧轮廓，每个三维激光轮廓扫描仪分别用于测量叶片7 —侧的轮廓；由于实际测量时，叶片7是在三维激光测量装置6的上方，优选地，所述的三维激光轮廓扫描仪位于直线导轨5的上方，所述的激光发生器朝斜上方发射激光扫描线。所述的激光发生器以线光源的形式发射激光束，所述的两激光发生器的镜头相互垂直且两激光发生器发射的光条纹共面。这样能宽幅、完整、高精度地扫描叶片7靠近进排气边71的部位的两侧轮廓，能够解决现有技术中不能对叶片7的两侧轮廓进行高精度三维非接触式测量的问题。
[0025]六自由度机器人，用于夹持叶片7到三维激光测量装置6的工作区域内。
[0026]伺服电机53，通过滚珠丝杠机构51驱动三维激光测量装置6沿直线导轨5移动。
[0027]光电编码器，安装于伺服电机53上，用于测量三维激光测量装置6在直线导轨5上的位置。
[0028]系统控制主机3，与六自由度机器人、三维激光测量装置6连接，用于规划六自由度机器人测量作业路径并同步采集六自由度机器人空间位姿、光电编码器反馈脉冲和三维激光测量装置6测量得到的叶片7两侧的轮廓，进而拟合得到叶片7的进排气边71的形状。
[0029]进一步，所述的三维激光轮廓扫描仪包括激光发生器和扫描镜头；所述激光发生器用于发射激光扫描线；所述的两个激光发生器发出的激光在同一平面上；所述三维激光测量装置6以伺服电机53的光电编码器信号作为扫描触发信号，可以准确获得叶片两侧的三维轮廓离散点。
[0030]进一步，所述六自由度机器人包括机器人操作臂8和机器人控制器9，所述系统控制主机3通过现场总线分别与机器人控制器9、三维激光测量装置6连接，并通过系统控制主机3内部的数据采集板卡