專利名稱：一種葉片全尺寸快速檢測(cè)方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葉片的檢測(cè)方法與設(shè)備，尤其涉及一種葉片全尺寸快速檢測(cè)方法與設(shè)備。
背景技術(shù)：
葉片是渦輪發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵零件之一，在發(fā)電設(shè)備中，葉片是能量轉(zhuǎn)化的核心元件，與三維復(fù)雜葉輪一起并稱發(fā)電設(shè)備的“心臟”。葉片設(shè)計(jì)與制造的好壞直接決定著渦輪機(jī)械設(shè)備的性能、安全與壽命，其質(zhì)量對(duì)渦輪機(jī)械的性能有著重大的影響。由于葉片的工作環(huán)境十分惡劣，導(dǎo)致無論是研制過程，還是在役使用的渦輪機(jī)械，葉片故障率相對(duì)較高。影響葉 片質(zhì)量的因素很多，其中包括葉片的幾何形狀、表面粗糙度等。由于工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)設(shè)備的性能和效率要求越來越高。各種復(fù)雜自由曲面的葉片被設(shè)計(jì)出來，它們具有彎、寬、掠、扭等特點(diǎn)。由于葉片的特殊造型、空間角度和尺寸多，技術(shù)要求嚴(yán)格，所以描繪葉片型線的參數(shù)沒有確切的規(guī)律。葉片型線的復(fù)雜性和多樣性給葉片的測(cè)量帶來了相當(dāng)大的困難。一個(gè)葉片的故障有可能導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組數(shù)十天的無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，在研制和生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制葉片質(zhì)量顯得尤為必要。為了保證葉片的質(zhì)量，葉片生產(chǎn)的不同階段，從毛料到機(jī)械加工直到葉片組裝，均需對(duì)葉片的幾何形狀和尺寸進(jìn)行測(cè)量?，F(xiàn)行的葉片型面參數(shù)測(cè)量方法主要有標(biāo)準(zhǔn)樣板測(cè)量和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)樣板測(cè)量用于葉片加工過程的質(zhì)量控制，測(cè)量精度低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量常用于產(chǎn)品終檢，為接觸式測(cè)量，一般只能測(cè)量有限個(gè)葉片截面，獲得信息有限，無法得到型面的完整數(shù)據(jù)，且測(cè)量周期長(zhǎng)。大型葉片的測(cè)量往往需要數(shù)小時(shí)，很難滿足葉片生產(chǎn)企業(yè)對(duì)出廠產(chǎn)品進(jìn)行全檢的要求。日益增長(zhǎng)的葉片需求與測(cè)量設(shè)備、測(cè)量手段不足的矛盾尤顯突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的葉片測(cè)試方法極大地影響了測(cè)量效率和精度的缺點(diǎn)，提供了一種葉片全尺寸快速檢測(cè)方法。本發(fā)明的第二目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的針對(duì)葉片進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)樣板和接觸式測(cè)量，存在測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、人為誤差大、效率低、無法獲得更多的信息等缺點(diǎn)，提供了一種葉片生產(chǎn)制造過程中全尺寸快速檢測(cè)設(shè)備。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)第一發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法，基于三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和面結(jié)構(gòu)光投影輪廓術(shù)對(duì)葉片進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法包括以下步驟
A.建立與測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)三維掃描測(cè)量頭相對(duì)位置可調(diào)的葉片支架，在葉片支架上設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，基于攝影測(cè)量原理和光束平差優(yōu)化方法獲得標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)；
B.將步驟A中獲得到的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)輸入到三維測(cè)量軟件，在計(jì)算機(jī)上建立葉片支架正反面的原始模型及基礎(chǔ)坐標(biāo)系；
C.將被測(cè)葉片安裝在葉片支架上；D.光學(xué)三維掃描測(cè)量頭對(duì)葉片支架和葉片一起進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算機(jī)通過識(shí)別葉片支架的標(biāo)志點(diǎn)特征將測(cè)量得到的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)和步驟B所述的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)齊,將測(cè)量數(shù)據(jù)載入到步驟B所述的原始模型中，完成單次測(cè)量；
E.計(jì)算機(jī)將步驟D的測(cè)量結(jié)果在步驟B建立的基礎(chǔ)坐標(biāo)系中拼合；
F.計(jì)算機(jī)判斷步驟E的拼合結(jié)果是否為完整的葉片型面數(shù)據(jù)；
G.如果完整，則優(yōu)化測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)束；如果不完整，則調(diào)整葉片支架的位置，返回步驟D。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)第二發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的設(shè)備，根據(jù)如上所述的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法對(duì)葉片進(jìn)行檢測(cè)，包括由步進(jìn)電機(jī)、高精 密絲桿導(dǎo)軌和光學(xué)三維掃描測(cè)量頭組成的測(cè)量組件，步進(jìn)電機(jī)通過控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)三維掃描測(cè)量頭在高精密絲桿導(dǎo)軌上沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，高精密絲桿導(dǎo)軌和底座平臺(tái)固定連接，還包括葉片支架、兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)和滑道，所述的葉片支架包括框式標(biāo)志點(diǎn)支架和葉片夾具，框式標(biāo)志點(diǎn)支架為一面開口的框形結(jié)構(gòu)，框架四周粘貼有標(biāo)志點(diǎn)，葉片夾具位于框式標(biāo)志點(diǎn)支架的兩側(cè)邊框之間，框式標(biāo)志點(diǎn)支架和葉片夾具分別和兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)的上表面固定連接，兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)和滑道形成兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)既能在兩軸方向旋轉(zhuǎn)又能沿滑道滑動(dòng)的連接結(jié)構(gòu)，滑道和底座平臺(tái)固定連接。葉片夾具為氣動(dòng)夾持裝置。本發(fā)明的有益效果是將待測(cè)的葉片安裝在葉片支架上，通過光學(xué)三維掃描測(cè)量頭對(duì)葉片表面數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，避免了接觸式測(cè)量給葉片帶來的不良影響，如獲得的數(shù)據(jù)量有限、效率低等問題，得到的數(shù)據(jù)更精確、更完整。同時(shí)，光學(xué)測(cè)量需要的標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置在葉片支架上，不會(huì)影響葉片的精度，也避免了每次測(cè)量都要重新粘貼標(biāo)志點(diǎn)帶來的麻煩。在測(cè)量時(shí)首先通過葉片支架確定一個(gè)基礎(chǔ)坐標(biāo)系，為多視數(shù)據(jù)拼合提供了基礎(chǔ)、提高了多視拼合的精度與效率。下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。


圖I為本發(fā)明的檢測(cè)方法的流程圖。圖2為本發(fā)明的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的A向視圖。附圖中，I為底座平臺(tái)、2為高精密絲桿導(dǎo)軌、3為光學(xué)三維掃描測(cè)量頭、4為步進(jìn)電機(jī)、5為框式標(biāo)志點(diǎn)支架、5-1為上邊框、5-2為側(cè)邊框、6為葉片、7為葉片夾具、8為兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)、9為滑道。
具體實(shí)施例方式如附圖I所示，本實(shí)施例的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法，基于三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和面結(jié)構(gòu)光投影輪廓術(shù)對(duì)葉片進(jìn)行檢測(cè)，光學(xué)三維掃描測(cè)量頭向被測(cè)葉片表面投射正弦條紋型面結(jié)構(gòu)光，采用外差式多頻相移法求解和展開相位，以相位為圖像匹配的約束條件，利用雙目立體視覺中的極限約束關(guān)系得到葉片型面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)葉片型面光學(xué)測(cè)量，由于葉片形狀復(fù)雜難以單次測(cè)量得到完整數(shù)據(jù)，因此需要多次測(cè)量，以拼接的方法獲得整個(gè)葉片的測(cè)量結(jié)果。檢測(cè)方法包括以下步驟A.建立與測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)三維掃描測(cè)量頭相對(duì)位置可調(diào)的葉片支架，在葉片支架上設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，用于以后數(shù)據(jù)的拼接，標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置的數(shù)量和位置根據(jù)實(shí)際情況選定，基于攝影測(cè)量原理和光束平差優(yōu)化方法獲得標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)；
B.將步驟A中獲得到的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)輸入到三維測(cè)量軟件，在計(jì)算機(jī)上建立葉片支架正反面的原始模型及基礎(chǔ)坐標(biāo)系；
C.將被測(cè)葉片安裝在葉片支架上，葉片的夾持方式特點(diǎn)為氣動(dòng)快速夾持；
D.光學(xué)三維掃描測(cè)量頭對(duì)葉片支架和葉片一起進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算機(jī)通過識(shí)別葉片支架的標(biāo)志點(diǎn)特征將測(cè)量得到的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)和步驟B所述的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)齊,將測(cè)量數(shù)據(jù)載入到步驟B所述的原始模型中，完成單次測(cè)量；
E.計(jì)算機(jī)將步驟D的測(cè)量結(jié)果在步驟B建立的基礎(chǔ)坐標(biāo)系中拼合，拼合的內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)已存儲(chǔ)的多次執(zhí)行步驟D獲得的被測(cè)葉片的單次測(cè)量數(shù)據(jù)；
F.計(jì)算機(jī)判斷步驟E的拼合結(jié)果是否為完整的葉片型面數(shù)據(jù)；
G.如果完整，則優(yōu)化測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)束，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入自主開發(fā)的汽輪機(jī)葉片專用測(cè)量軟件中，對(duì)葉片的關(guān)鍵尺寸作誤差，利用分析處理軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，并打印檢測(cè)報(bào)告；如果不完整，則通過旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和平移調(diào)整葉片支架的三維空間位置，待葉片支架與葉片旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和平移至合適位置后，返回步驟D，進(jìn)行下一次測(cè)量。如附圖2、3所示，本實(shí)施例的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的設(shè)備，根據(jù)如上所述的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法對(duì)葉片進(jìn)行檢測(cè)，包括由步進(jìn)電機(jī)4、高精密絲桿導(dǎo)軌2和光學(xué)三維掃描測(cè)量頭3組成的測(cè)量組件，光學(xué)三維掃描測(cè)量頭3優(yōu)選為藍(lán)光光學(xué)三維掃描測(cè)量頭，電機(jī)4通過控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)三維掃描測(cè)量頭3在高精密絲桿導(dǎo)軌2上沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，用于調(diào)整光學(xué)三維掃描測(cè)量頭3的測(cè)量高度，高精密絲桿導(dǎo)軌2和底座平臺(tái)I固定連接，還包括葉片支架、兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)8和滑道9。所述的葉片支架包括框式標(biāo)志點(diǎn)支架5和葉片夾具7，框式標(biāo)志點(diǎn)支架5為一面開口的框形結(jié)構(gòu)，包括上邊框5-1和側(cè)邊框5-2，框架四周粘貼有標(biāo)志點(diǎn)。葉片夾具7為氣動(dòng)夾持裝置，葉片夾具7位于框式標(biāo)志點(diǎn)支架5的兩側(cè)邊框5-2之間，為了測(cè)量不同大小的葉片，框式標(biāo)志點(diǎn)支架5的側(cè)邊框5-2采用可拆卸設(shè)計(jì)，側(cè)邊框5-2由一組支撐柱組成，相鄰的支撐柱通過螺紋連接，采用此設(shè)計(jì)可根據(jù)葉片的大小隨時(shí)調(diào)整框式標(biāo)志點(diǎn)支架5的框架高度。為方便安裝，框式標(biāo)志點(diǎn)支架5的上邊框5-1和側(cè)邊框5-2通過螺紋連接?？蚴綐?biāo)志點(diǎn)支架5和葉片夾具7分別和兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)8的上表面固定連接，為連接方便，可在框式葉片固定支架5的側(cè)邊框5-2下方設(shè)置一個(gè)安裝平臺(tái)。兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)8和滑道9形成兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)8既能在兩軸方向旋轉(zhuǎn)又能沿滑道9滑動(dòng)的連接結(jié)構(gòu)，兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)8為專業(yè)的兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)，帶動(dòng)被測(cè)葉片6繞垂直方向旋轉(zhuǎn)和水平方向擺動(dòng)，同時(shí)，兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)8安裝在滑道9上，用于調(diào)整被測(cè)葉片6與測(cè)量組件的光學(xué)三維掃描測(cè)量頭3之間的距離?；?和底座平臺(tái)I固定連接，底座平臺(tái)I將本實(shí)施例的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的設(shè)備連接成一體。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了葉片檢測(cè)過程的批量化和自動(dòng)化，極大的提高了葉片全尺寸測(cè)量的效率。
權(quán)利要求
1.一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法，基于三維光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和面結(jié)構(gòu)光投影輪廓術(shù)對(duì)葉片進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于，檢測(cè)方法包括以下步驟 A.建立與測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)三維掃描測(cè)量頭相對(duì)位置可調(diào)的葉片支架，在葉片支架上設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，基于攝影測(cè)量原理和光束平差優(yōu)化方法獲得標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)； B.將步驟A中獲得到的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)輸入到三維測(cè)量軟件，在計(jì)算機(jī)上建立葉片支架正反面的原始模型及基礎(chǔ)坐標(biāo)系； C.將被測(cè)葉片安裝在葉片支架上； D.光學(xué)三維掃描測(cè)量頭對(duì)葉片支架和葉片一起進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算機(jī)通過識(shí)別葉片支架的標(biāo)志點(diǎn)特征將測(cè)量得到的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)和步驟B所述的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)齊,將測(cè)量數(shù)據(jù)載入到步驟B所述的原始模型中，完成單次測(cè)量； E.計(jì)算機(jī)將步驟D的測(cè)量結(jié)果在步驟B建立的基礎(chǔ)坐標(biāo)系中拼合； F.計(jì)算機(jī)判斷步驟E的拼合結(jié)果是否為完整的葉片型面數(shù)據(jù)； G.如果完整，則優(yōu)化測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)束；如果不完整，則調(diào)整葉片支架的位置，返回步驟D。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法，其特征在于，步驟G所述的調(diào)整葉片支架的位置為，通過旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和平移調(diào)整葉片支架的三維空間位置。
3.一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的設(shè)備，根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法對(duì)葉片進(jìn)行檢測(cè)，包括由步進(jìn)電機(jī)、高精密絲桿導(dǎo)軌和光學(xué)三維掃描測(cè)量頭組成的測(cè)量組件，步進(jìn)電機(jī)通過控制系統(tǒng)帶動(dòng)光學(xué)三維掃描測(cè)量頭在高精密絲桿導(dǎo)軌上沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，高精密絲桿導(dǎo)軌和底座平臺(tái)固定連接，其特征在于，還包括葉片支架、兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)(8)和滑道(9)，所述的葉片支架包括框式標(biāo)志點(diǎn)支架(5)和葉片夾具(7)，框式標(biāo)志點(diǎn)支架(5)為一面開口的框形結(jié)構(gòu)，框架四周粘貼有標(biāo)志點(diǎn)，葉片夾具(7)位于框式標(biāo)志點(diǎn)支架(5)的兩側(cè)邊框(5-2)之間，框式標(biāo)志點(diǎn)支架(5)和葉片夾具(7)分別和兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)(8)的上表面固定連接，兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)(8)和滑道(9)形成兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)(8)既能在兩軸方向旋轉(zhuǎn)又能沿滑道(9 )滑動(dòng)的連接結(jié)構(gòu)，滑道(9 )和底座平臺(tái)(I)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的設(shè)備，其特征在于，所述的框式標(biāo)志點(diǎn)支架(5)的側(cè)邊框(5-2)由一組支撐柱組成，相鄰的支撐柱通過螺紋連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的設(shè)備，其特征在于，所述的框式標(biāo)志點(diǎn)支架(5 )的上邊框(5-1)和側(cè)邊框(5-2 )通過螺紋連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的設(shè)備，其特征在于，所述的葉片夾具(7)為氣動(dòng)夾持裝置。
全文摘要
一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法與設(shè)備，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的葉片測(cè)量效率低、獲得的信息量不足等缺點(diǎn)，提供一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的方法，主要包括以下步驟建立葉片支架的原始模型及基礎(chǔ)坐標(biāo)系；將被測(cè)葉片安裝在葉片支架上；對(duì)葉片支架和葉片進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)載入到原始模型中，完成單次測(cè)量；測(cè)量結(jié)果在基礎(chǔ)坐標(biāo)系中拼合；判斷結(jié)果是否完整，是則優(yōu)化測(cè)量結(jié)果，否則返回單次測(cè)量。還提供一種葉片全尺寸快速檢測(cè)的設(shè)備，包括葉片支架、兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)，葉片支架包括框式標(biāo)志點(diǎn)支架和葉片夾具，框式標(biāo)志點(diǎn)支架和葉片夾具分別和兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)固定連接。本發(fā)明提高了葉片的測(cè)量效率和精度，適用于葉片制造工程中的檢測(cè)和制造完成后全尺寸測(cè)量的環(huán)境。
文檔編號(hào)G01B11/25GK102768026SQ20121025518
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者何萬濤, 劉錦輝, 姚青文, 孟祥林, 楊松華, 梁永波, 程俊廷, 肖勝兵, 趙燦, 陳富 申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院