大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置及其测量方法
【专利摘要】本发明属于测量装置领域，尤其是涉及一种大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置及测量方法。它解决了现有测量装置测量范围小等问题。本装置包括基点支架和若干三角形四面体定位机构，基点支架的两侧分别通过弹簧组件连接一个三角形四面体定位机构，各三角形四面体定位机构之间分别通过弹簧组件依次相连，且基点支架和各三角形四面体定位机构经各弹簧组件连接成一封闭的链式测量系统，当链式测量系统设置在被测叶片表面时基点支架和三角形四面体定位机构中心均处于被测叶片同一个横截面上，链式测量系统上设有检测及处理装置。本大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置的优点在于：机构调节灵活，成本低廉，测量范围大，通用性强。
【专利说明】大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置及其测量方法【技术领域】
[0001]本发明属于测量装置领域，尤其是涉及一种大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002]随着风电产业的发展，越来越多的风电机组投入运行，风电叶片的检测与维护十分必要，目前还没有专用于大型叶片截面轮廓的测量装置，传统的光学测量方法又因叶片尺寸太大而实施困难，成本较高。
[0003]为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种燃气轮机叶片精度快速检测装置及其检测方法[申请号:200910024400.5]，包括轮廓测量装置，对称设置于叶片定位装置的两侧，包括丝杠、导轨、轴承、轴承座和联轴器，丝杠的两端通过轴承座内的轴承支撑，导轨位于丝杠的下方，导轨的两端封闭于轴承座，测量元件的上部套装于丝杠上，测量元件的下端与导轨配合，联轴器装于丝杠的一端与电机相连，测量元件由电机驱动沿丝杠在导轨上作直线运动，测量元件的运动轨迹与所述榫头定位元件上置片槽的走向一致，测量元件包括测量笔、弹簧、光栅尺测量器、光栅尺和套筒，套筒上部设置有与丝杠套装的通孔，套筒中部设置有与所述通孔相垂直走向的腔体，该腔体的中前部设有限位装置，测量笔的笔杆上设有限位板，限位板沿测量笔的周向设置，限位板位于腔体限位装置的内侧，限位装置与限位板配合限制测量笔的位置，测量笔贯穿套筒的腔体，测量笔的尾部设有光栅尺，光栅尺对应面的套筒上设有配套的光栅尺测量器，弹簧套装于测量笔中段且限制于测量笔限位板与套筒腔体末端之间，测量笔的笔尖与被检叶片曲面保持接触，套筒的下端与导轨配合。
`[0004]上述方案在一定程度上解决了叶片截面轮廓的测量问题，但是该方案依然存在着装置复杂、测量范围有限，机构调节不够灵活，不适用于大型叶片的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对上述问题，提供一种通用性强、机构调节灵活且精度可调的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置。
[0006]本发明的另一目的是针对上述问题提供一种易于实施、精度可调的利用大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置的测量方法。
[0007]为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案:本大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置，其特征在于，本装置包括基点支架和若干三角形四面体定位机构，在基点支架的两侧分别通过弹簧组件连接一个所述三角形四面体定位机构，各三角形四面体定位机构之间分别通过弹簧组件依次相连，且基点支架和各三角形四面体定位机构经各弹簧组件连接成一封闭的链式测量系统，当链式测量系统设置在被测叶片表面时所述的基点支架和三角形四面体定位机构中心均处于被测叶片同一个横截面上，所述的链式测量系统上设有检测及处理装置。
[0008]显然，通过弹簧组件连接若干三角形四面体定位机构可以适应任意大小的被测叶片，机构调解非常灵活，基点支架吸附在被测叶片前缘，基点固定方法简便精确，整体测量系统成本低，测量快速，且测量精度可通过链接的三角形四面体定位机构的个数按需调节。通过检测及处理装置能够方便地测量大型叶片横截面凸边缘轮廓。
[0009]在上述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置中，所述的检测及处理装置包括分别设置在基点支架两侧且用于测量连接在基点支架该侧与三角形四面体定位机构之间的弹簧组件拉力的拉力传感器，在每个三角形四面体定位机构上分别设有用于测量该三角形四面体定位机构与相邻的三角形四面体定位机构之间的弹簧组件拉力的拉力传感器，所述的基点支架上设有电源及信号处理模块且设置在基点支架两侧的拉力传感器均与电源及信号处理模块相连，每个三角形四面体定位机构上分别设有电源及信号接口且设置在该三角形四面体定位机构上的拉力传感器对应地连接在相应的电源及信号接口上，所述的电源及信号处理模块通过电源及信号线与各电源及信号接口相连。
[0010]在上述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置中，所述的基点支架包括弹性转轴组件，在弹性转轴组件的两侧对称设有夹持部，在每个夹持部内侧分别设有基点吸盘，在每个夹持部上分别设有内U型支架和外U型支架，所述的内U型支架末端安装有同轴设置的内上铰链和内中铰链，所述的外U型支架末端安装有同轴设置的外上铰链、外中铰链和外下铰链，所述的三角形四面体定位机构包括由杆体连接而成的三角形四面体，在三角形四面体底面中心设有支架吸盘，在三角形四面体底面中心和顶点之间安装有标杆，在标杆上安装有铰链转轴垂直于标杆的标杆上铰链组件和标杆下铰链组件，所述的标杆上铰链组件包括标杆外上铰链、标杆外中铰链和标杆外下铰链，所述的标杆下铰链组件包括标杆内上铰链和标杆内中铰链；所述的弹性转轴组件中心点、基点吸盘中心点和标杆中心点均处于被测叶片同一个横截面上。
[0011]在上述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置中，所述的弹簧组件包括第一拉伸弹簧、第二拉伸弹簧和第三拉伸弹簧，所述的夹持部的外上铰链上设有所述拉力传感器且该拉力传感器通过第一拉伸弹簧与标杆外中铰链相连，所述的夹持部的外下铰链上设有所述拉力传感器且该拉力传感器通过第二拉伸弹簧与标杆内中铰链相连，所述的夹持部的内上铰链上设有所述拉力传感器且该拉力传感器通过第三拉伸弹簧与标杆外中铰链相连；三角形四面体上的标杆外上铰链上设有所述拉力传感器且该拉力传感器通过第一拉伸弹簧与相邻的三角形四面体上的标杆外中铰链相连，三角形四面体上的标杆外下铰链上设有所述拉力传感器且该拉力传感器通过第二拉伸弹簧与相邻的三角形四面体上的标杆内中铰链相连，三角形四面体上的标杆内上铰链上设有所述拉力传感器且该拉力传感器通过第三拉伸弹簧与相邻的三角形四面体上的标杆外中铰链相连。
[0012]在上述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置中，所述的弹性转轴组件包括固定在其中一个夹持部上的外转轴和固定在另一个夹持部上的内转轴，所述的外转轴和内转轴同轴设置且两者之间设有扭簧，在外转轴的一端设有旋转编码器，所述的旋转编码器与所述电源及信号处理模块相连。
[0013]在上述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置中，所述的三角形四面体定位机构为正三角形四面体定位机构，在三角形四面体定位机构的正三角形底面的三个顶点处分别设有万向滑轮。
[0014]弹簧组件的弹簧长度可根据拉力传感器反馈的信息直接测出，测量的时候可基于夹持部末端铰链中心点位置计算各支架吸盘中心点坐标得到第一组数据，再根据另一夹持部末端铰链中心点位置计算各支架吸盘中心点坐标得到第二组数据，对两组数据相同位置点的坐标取平均值，再进行横截面轮廓计算，两个夹持部连接方式的测量方法提高测量精度。支架吸盘设置在定位机构的底端提高弹簧拉紧后接触点的定位精度。
[0015]一种利用大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置的测量方法，其特征在于，本测量方法包括以下步骤:
[0016]a.根据需要确定三角形四面体定位机构的数量，用弹簧组件将基点支架和若干三角形四面体定位机构连接成的封闭链式测量系统并套设在被测叶片表面，所述的基点支架顶住被测叶片前缘，各三角形四面体定位机构分别定位在被测叶片表面，且各弹簧组件处于拉伸状态，所述的基点支架和三角形四面体定位机构中心均处于被测叶片同一个横截面上；
[0017]b.启动检测及处理装置，并根据处理结果获得被测叶片的截面轮廓表达式。
[0018]在上述的测量方法中，在上述的步骤a中，所述的基点支架的弹性转轴组件中心点、基点支架的基点吸盘中心点和三角形四面体定位机构的标杆中心点均处于被测叶片同一个横截面上。
[0019]在上述的测量方法中，在上述的步骤b中，以基点支架中弹性转轴组件的内转轴中心为基坐标系P的圆心0，并根据旋转编码器和基点支架参数得到基点支架中两个基点吸盘中心点的坐标Stll和Stl2,以及基点支架任意一个或两个夹持部的外中铰链和内中铰链中心对应的坐标Ptll和Ptl2,且O、S01, S02, P01, P02均在被测叶片的横截面Q上；各弹簧组件拉紧使每个三角形四面体定位机构的标杆均处于截面Q上，每个三角形四面体定位机构的支架吸盘中心点Cn也都在截面Q上，弹簧组件的第一拉伸弹簧、第二拉伸弹簧、第三拉伸弹簧的长度分别为Lml、Lffl2和Lm3，三角形四面体定位机构的标杆上的标杆外中铰链、标杆内中铰链的中心点Pnl和Pn2之间的距离为D，所述标杆内中铰链的中心点pn2与相应三角形四面体定位机构的支架吸盘中心点Cn之间的距离为d，其中η为三角形四面体定位机构的序号且离上述夹持部最近的三角形四面体定位机构的序号为1，m为弹簧组件的序号且连接在上述夹持部的弹簧组件的序号为I ;根据PclPPc^PnPPn2的位置关系可求解相应标杆外中铰链、标杆内中铰链中心点Pnl、Pn2的坐标值，
[0020]即由方程组
【权利要求】
1.一种大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置，其特征在于，本装置包括基点支架(1)和若干三角形四面体定位机构(2)，在基点支架(1)的两侧分别通过弹簧组件(3)连接一个所述三角形四面体定位机构(2)，各三角形四面体定位机构(2)之间分别通过弹簧组件(3)依次相连，且基点支架(1)和各三角形四面体定位机构(2)经各弹簧组件(3)连接成一封闭的链式测量系统，当链式测量系统设置在被测叶片(100)表面时所述的基点支架(1)和三角形四面体定位机构(2)中心均处于被测叶片(100)同一个横截面上，所述的链式测量系统上设有检测及处理装置。
2.根据权利要求1所述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置，其特征在于，所述的检测及处理装置包括分别设置在基点支架(1)两侧且用于测量连接在基点支架(I)该侧与三角形四面体定位机构(2)之间的弹簧组件(3)拉力的拉力传感器(4)，在每个三角形四面体定位机构(2)上分别设有用于测量该三角形四面体定位机构(2)与相邻的三角形四面体定位机构(2)之间的弹簧组件(3)拉力的拉力传感器(4)，所述的基点支架(1)上设有电源及信号处理模块(5)且设置在基点支架(1)两侧的拉力传感器(4)均与电源及信号处理模块(5)相连，每个三角形四面体定位机构(2)上分别设有电源及信号接口(6)且设置在该三角形四面体定位机构(2)上的拉力传感器(4)对应地连接在相应的电源及信号接口(6)上，所述的电源及信号处理模块(5)通过电源及信号线(7)与各电源及信号接口(6)相连。
3.根据权利要求2所述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置，其特征在于，所述的基点支架(1)包括弹性转轴组件(11)，在弹性转轴组件(11)的两侧对称设有夹持部(12)，在每个夹持部(12)内侧分别设有基点吸盘(13)，在每个夹持部(12)上分别设有内U型支架(14)和外U型支架(15)，所述的内U型支架(14)末端安装有同轴设置的内上铰链(141)和内中铰链(142)，所述的外U型支架(15)末端安装有同轴设置的外上铰链(151 )、外中铰链(152)和外下铰链(153)，所述的三角形四面体定位机构(2)包括由杆体(21)连接而成的三角形四面体(22)，在三角形四面体(22)底面中心设有支架吸盘(23)，在三角形四面体(22)底面中心和顶点之间安装有标杆(24)，在标杆(24)上安装有铰链转轴垂直于标杆(24)的标杆上铰链组件(25)和标杆下铰链组件(26)，所述的标杆上铰链组件(25)包括标杆外上铰链(251)、标杆外中铰链(252)和标杆外下铰链(253)，所述的标杆下铰链组件(26)包括标杆内上铰链(261)和标杆内中铰链(262);所述的弹性转轴组件(11)中心点、基点吸盘(13)中心点和标杆(24)中心点均处于被测叶片(100)同一个横截面上。
4.根据权利要求3所述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置，其特征在于，所述的弹簧组件(3)包括第一拉伸弹簧(31)、第二拉伸弹簧(32)和第三拉伸弹簧(33)，所述的夹持部(12)的外上铰链(151)上设有所述拉力传感器(4)且该拉力传感器(4)通过第一拉伸弹簧(31)与标杆外中铰链(252)相连，所述的夹持部(12)的外下铰链(153)上设有所述拉力传感器(4)且该拉力传感器(4)通过第二拉伸弹簧(32)与标杆内中铰链(262)相连，所述的夹持部(12)的内上铰链(141)上设有所述拉力传感器(4)且该拉力传感器(4)通过第三拉伸弹簧(33)与标杆外中铰链(252)相连；三角形四面体(22)上的标杆外上铰链(251)上设有所述拉力传感器(4)且该拉力传感器(4)通过第一拉伸弹簧(31)与相邻的三角形四面体(22)上的标杆外中铰链(252)相连，三角形四面体(22)上的标杆外下铰链(253)上设有所述拉力传感器(4)且该拉力传感器(4)通过第二拉伸弹簧(32)与相邻的三角形四面体(22)上的标杆内中铰链(262)相连，三角形四面体(22)上的标杆内上铰链(261)上设有所述拉力传感器(4)且该拉力传感器(4)通过第三拉伸弹簧(33)与相邻的三角形四面体(22)上的标杆外中铰链(252)相连。
5.根据权利要求3或4所述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置，其特征在于，所述的弹性转轴组件(11)包括固定在其中一个夹持部(12 )上的外转轴(111)和固定在另一个夹持部(12 )上的内转轴(112)，所述的外转轴(111)和内转轴(112 )同轴设置且两者之间设有扭簧(113)，在外转轴(111)的一端设有旋转编码器(8)，所述的旋转编码器(8)与所述电源及信号处理模块(5)相连。
6.根据权利要求2或3或4所述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置，其特征在于，所述的三角形四面体定位机构(2)为正三角形四面体定位机构，在三角形四面体定位机构(2 )的正三角形底面的三个顶点处分别设有万向滑轮(27 )。
7.一种利用权利要求1-6中任意一项所述的大型叶片横截面凸边缘轮廓测量用弹簧链装置的测量方法，其特征在于，本测量方法包括以下步骤: a.根据需要确定三角形四面体定位机构(2)的数量，用弹簧组件3将基点支架(1)和若干三角形四面体定位机构(2)连接成的封闭链式测量系统并套设在被测叶片(100)表面，所述的基点支架(1)顶住被测叶片(100)前缘，各三角形四面体定位机构(2)分别定位在被测叶片(100)表面，且各弹簧组件(3处于拉伸状态，所述的基点支架(1)和三角形四面体定位机构(2)中心均处于被测叶片(100)同一个横截面上； b.启动检测及处理装置，并根据处理结果获得被测叶片(100)的截面轮廓表达式。
8.根据权利要求7所述的测量方法，在上述的步骤a中，所述的基点支架(1)的弹性转轴组件(11)中心点、基点支架(1)的基点`吸盘(13)中心点和三角形四面体定位机构(2)的标杆(24)中心点均处于被测叶片(100)同一个横截面上。
9.根据权利要求7或8所述的测量方法，在上述的步骤b中，以基点支架(1)中弹性转轴组件(11)的内转轴(112)中心为基坐标系P的圆心O，并根据旋转编码器(8)和基点支架(1)参数得到基点支架(1)中两个基点吸盘(13)中心点的坐标Stll和Stl2,以及基点支架(I任意一个或两个夹持部(12)的外中铰链(152)和内中铰链(142)中心对应的坐标Pcu和Ptl2，且O、Sc^ Sc^ Pc^Ptl2均在被测叶片(100的横截面Q上；各弹簧组件(3拉紧使每个三角形四面体定位机构(2)的标杆(24)均处于截面Q上，每个三角形四面体定位机构(2)的支架吸盘(23)中心点Cn也都在截面Q上，弹簧组件(3)的第一拉伸弹簧(31)、第二拉伸弹簧(32)、第三拉伸弹簧(33)的长度分别为Lml、Lm2和Lm3，三角形四面体定位机构(2)的标杆(24)上的标杆外中铰链(152)、标杆内中铰链(162)的中心点pnl和pn2之间的距离为D，所述标杆内中铰链(162)的中心点Pn2与相应三角形四面体定位机构(2)的支架吸盘(23)中心点Cn之间的距离为d，其中η为三角形四面体定位机构(2)的序号且离上述夹持部(12)最近的三角形四面体定位机构(2)的序号为1，m为弹簧组件(3的序号且连接在上述夹持部(12)的弹簧组件(3)的序号为I ;根据ΡΜ、P02, pnl、Pn2的位置关系可求解相应标杆外中铰链(152)、标杆内中铰链(162)中心点Ρη1、Ρη2的坐标值， 即由方程组
【文档编号】G01B5/207GK103557775SQ201310471302
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】王斌锐, 骆浩华, 李青, 金英连 申请人:中国计量学院