用于測量葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測量方法及所用夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)合式光學(xué)坐標機測量領(lǐng)域，特別地，涉及一種用于測量葉片內(nèi)部結(jié) 構(gòu)的機測量方法及所用夾具。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動機的性能很大程度上取決于葉片質(zhì)量的好壞，燃氣渦輪導(dǎo)向葉片數(shù)量 多、形狀復(fù)雜、要求高、加工難度大，而且屬于故障多發(fā)型零件，一直以來是各發(fā)動機廠生產(chǎn) 的關(guān)鍵。燃燒室中產(chǎn)生的燃氣首先經(jīng)過燃氣渦輪導(dǎo)向葉片，該燃氣溫度提高，可以提高發(fā)動 機單位體積的輸出功率。但是燃氣溫度的升高，會給發(fā)動機的工作帶來一系列嚴重的問題， 所以需要提高渦輪葉片工作時的冷卻效果，僅僅靠提高渦輪所用材料的性能已經(jīng)無法滿足 對高輸出功率的追求，高效、可靠的渦輪葉片尾緣冷卻系統(tǒng)才是解決問題的關(guān)鍵所在。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中多采用帶有內(nèi)腔的葉片來實現(xiàn)對渦輪溫度的降低。葉片內(nèi)腔中帶有如 擾流柱、縱向肋和橫向肋條等結(jié)構(gòu)。擾流柱、縱向肋和橫向肋可強化葉片內(nèi)部的傳熱，能對 冷空氣進行干擾，使高壓冷空氣在葉片內(nèi)腔中的停留時間增長，從而使冷空氣與葉片內(nèi)壁 接觸更充分，從而達到加強散熱的目的。渦輪葉片內(nèi)型結(jié)構(gòu)的形狀曲線最佳時能夠使葉片 的換熱量達到最大，而關(guān)于渦輪葉片內(nèi)型結(jié)構(gòu)的測量，目前為止是國內(nèi)的瓶頸技術(shù)。
[0004] 由于擾流柱等結(jié)構(gòu)位于葉片內(nèi)腔中，而葉片內(nèi)腔本身尺寸就已經(jīng)很微小。設(shè)置于 葉片內(nèi)腔中的肋類結(jié)構(gòu)局部高度僅為〇.2_，且?guī)в锌臻g角度。對于燃氣渦輪一級導(dǎo)向葉 片內(nèi)腔的測量不僅包括對內(nèi)腔中各部件的形狀曲線測量，還包括對各部件的空間位置的測 量，這就需要建立檢測坐標系。葉片型面為三維曲面，葉片原點或積疊軸的準確位置難以確 定，多需借助夾具間接找到葉片積疊軸的中心從而建立葉片檢測坐標系。借助輔助夾具進 行的測量屬于三維測量，需要用到三坐標測量機。雖然利用三坐標機的接觸測量可以測量 輔助夾具，完成測量坐標系的建立，但是由于擾流柱、肋的形狀非常微小，單獨借助三坐標 機的接觸測頭進行測量時，測量結(jié)果會受到干涉，因而無法快捷的獲得準確的結(jié)果。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中對于這些微小形狀的測量只有使用非接觸式測量方法完成。其中萬能 工具顯微鏡無法直接對三維尺寸進行測量，無法完成對夾具基準的測量，也無法完成對葉 片內(nèi)腔其它三維尺寸的測量；激光測量儀只能掃描出較宏觀的部件，不能測量葉片內(nèi)腔擁 擠排布的細微部件；還有一種基于CT掃描技術(shù)的計量儀器，能夠完整的掃描出被測對象的 三維立體結(jié)構(gòu)，但是大部分只能掃描小直徑的物體，燃氣渦輪導(dǎo)向葉片的最厚部位已經(jīng)超 出小型CT掃描機的行程，而大型CT掃描機雖然能夠滿足燃氣渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)腔的掃描要 求，但是價格昂貴，國內(nèi)目前沒有公司購買。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種用于測量葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機測量方法及所用夾具，以解決現(xiàn)有技 術(shù)中無法精確測量渦輪葉片內(nèi)壁上擾流柱和肋類結(jié)構(gòu)輪廓和尺寸的技術(shù)問題。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于測量燃氣渦輪一級導(dǎo)向葉片內(nèi)腔結(jié)構(gòu)部 件的復(fù)合式光學(xué)坐標機測量方法，渦輪葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括擾流柱和肋類結(jié)構(gòu)，包括以下步 驟：S1 :將燃氣渦輪一級導(dǎo)向葉片通過輔助夾具夾持在復(fù)合式光學(xué)坐標機的B轉(zhuǎn)臺上，測量 輔助夾具并據(jù)此建立初始坐標系；S2 :依據(jù)輔助夾具的圖紙，調(diào)整初始坐標系使其與葉片 檢測坐標系一致，得到測量坐標系；S3 :分別調(diào)整B轉(zhuǎn)臺和C轉(zhuǎn)臺，使擾流柱和肋類結(jié)構(gòu)與 儀器機械坐標系中的Z軸夾角趨近于零；S4 :利用復(fù)合式光學(xué)坐標機分別對擾流柱和肋類 結(jié)構(gòu)進行光學(xué)測量，得到擾流柱和肋類結(jié)構(gòu)的空間位置參數(shù)。
[0008] 進一步地，測量擾流柱空間位置參數(shù)時，S3步驟包括以下步驟：S311 :先調(diào)整C轉(zhuǎn) 臺，使擾流柱與儀器機械坐標系Y-Z坐標平面的夾角趨近于零；S312 :再調(diào)整B轉(zhuǎn)臺，使擾 流柱與儀器機械坐標系的Z軸平行。
[0009] 進一步地，S311步驟包括以下步驟：將C轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)0角，使擾流柱與儀器機械坐 標系中Y-Z坐標平面的夾角趨近于零；其中0角為擾流柱在葉片檢測坐標系中與葉片檢測 坐標系的X軸所成角度。
[0010] 進一步地，測量肋類結(jié)構(gòu)空間位置參數(shù)時，S3步驟包括以下步驟：S321 :先調(diào)整C 轉(zhuǎn)臺，使肋類結(jié)構(gòu)與儀器機械坐標系Y-Z坐標平面的夾角趨近于零；S322 :再調(diào)整B轉(zhuǎn)臺， 使肋類結(jié)構(gòu)與儀器機械坐標系的Z軸平行。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種如上方法所用的輔助夾具，葉片包括支持部 和待測量部，支持部從待測量部的內(nèi)緣沿待測量部的徑向向中心延伸形成，支持部的底面 上沿待測量部的軸向向外延伸形成外緣板，包括用于被夾持于復(fù)合式光學(xué)坐標機上的手柄 和固接于手柄一端的支撐盤，支撐盤的外緣抵接于外緣板上，支撐盤上開設(shè)有與支持部上 所開定位孔相連通的安裝孔；支持部通過螺釘固定安裝于支撐盤上。
[0012] 進一步地，手柄的軸線通過葉片的積疊軸。
[0013] 進一步地，安裝孔的中心位于以葉片積疊軸為軸線，以66mm為半徑的理論圓柱面 上。
[0014] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0015] 本發(fā)明提供的測量方法通過采用接觸式測量與非接觸式測量相結(jié)合的方法，完美 解決了精確測量渦輪葉片內(nèi)壁上擾流柱和肋類結(jié)構(gòu)輪廓和尺寸的技術(shù)問題。通過調(diào)用轉(zhuǎn)臺 模塊調(diào)整B、C轉(zhuǎn)臺角度，盡量消除掉待測部分的一個投影角，減少投影誤差，使測量結(jié)果具 有較好的重復(fù)性和精確度。
[0016] 本發(fā)明提供的測量夾具，參考了燃氣渦輪一級導(dǎo)向葉片的設(shè)計圖，通過測量夾具 的三個基準，找到渦輪葉片的積疊軸中心，解決了葉片原點或積疊軸的準確位置難以確定 的問題。
[0017]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。 下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0018] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0019] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例夾具側(cè)視的示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例夾具俯視的示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的擾流柱測繪結(jié)果示意圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的縱向肋的測繪結(jié)果示意圖。
[0023] 圖例說明：
[0024] 100、渦輪葉片；110、支持部；130、外緣板；120、待測量部；400、定位釘；300、支撐 盤；200、手柄。
【具體實施方式】
[0025] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。（注意可選和優(yōu)選混合使用）
[0026] 若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0027] 為了找到燃氣渦輪葉片的積疊軸并建立葉片檢測坐標系，本發(fā)明還提供了一種燃 氣渦輪一級導(dǎo)向葉片的復(fù)合式光學(xué)坐標機測量方法用輔助夾具如圖1所示，夾具包括手柄 200和固定連接于手柄200 -端上的支撐盤300。支撐盤300上開設(shè)安裝孔，該安裝孔開 的數(shù)量可以根據(jù)待測葉片數(shù)量，已經(jīng)測量儀器的容納量進行調(diào)整。參見圖1和2,渦輪葉片 100包括支持部110和待測量部120,待測量部120為葉片主體其上分布有各待測結(jié)構(gòu)。為 便于測量時固定和確定積疊軸等相關(guān)參數(shù)，葉片的支持部110上開設(shè)有定位孔。
[0028] 使用時，將支持部110上的定位孔與支撐盤300上的安裝孔軸線重合的安放好，用 定位釘400貫穿安裝孔和定位孔，將葉片固定。同時外緣板的內(nèi)壁抵靠于支撐盤300的大 圓弧的外壁上。將手柄200伸入設(shè)B轉(zhuǎn)臺上的夾爪內(nèi)。根據(jù)所用設(shè)備的不同，也可以為其 他相應(yīng)的轉(zhuǎn)臺。該定位孔與支撐盤300上的定位孔相連通。定位釘400可貫通支持部110 和支撐盤300從而將渦輪葉片100固定于支撐盤300上。從而控制渦輪葉片100的測量位 置。通過控制手柄200,待測量部120可自由旋轉(zhuǎn)，從而完成后續(xù)處理工作。
[0029] 優(yōu)選，手柄200的軸線通過葉片100的積疊軸。按此設(shè)置，可以提高測量精度和測 量效率。
[0030] 更優(yōu)選的，安裝孔的中心位于以葉片100積疊軸為軸線，以66mm為半徑的理論圓 柱面上。理論圓柱面是指，夾具安裝孔的中心處于以葉片積疊軸為圓柱軸線，半徑為66mm 繪制的圓柱作為理論圓柱上。按此設(shè)置，可以使葉片的設(shè)計圖與采用夾具裝夾后的葉片保 持一致。便于將實際葉片轉(zhuǎn)過的角度與圖紙中的葉片相對應(yīng)，從而提高測量精度。
[0031] 本發(fā)明提供的方法包括以下步驟：
[0032] S0 :校驗測試頭及轉(zhuǎn)臺；
[0033] S1 :將燃氣渦輪一級導(dǎo)向葉片裝夾在輔助夾具上，將夾具夾持在復(fù)合式光學(xué)坐標 機的B轉(zhuǎn)臺上，用置于坐標機工作臺上的高度尺的靠尺來靠壓夾具的支撐盤，直至不透光。 調(diào)用TP200接觸式測頭測量輔助夾具來建立初始坐標系，測量時按住操縱盒相應(yīng)按鍵減少 測力；
[0034] S2:根據(jù)輔助夾具設(shè)計圖，對初始坐標系進行平移與旋轉(zhuǎn)，使測量坐標系與葉片檢 測坐標系一致；
[0035] S3:調(diào)整B、C雙轉(zhuǎn)臺，使待測擾流柱、肋類結(jié)構(gòu)與儀器機械坐標系Z軸夾角最小，目 的在于減少投影誤差；
[0036] S4:利用復(fù)合式光學(xué)坐標機的光學(xué)鏡頭測量燃氣渦輪一級導(dǎo)向葉片內(nèi)腔中的擾流 柱和肋類結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0037] 校驗測試頭包括校驗光學(xué)鏡頭和接觸測頭，其中光學(xué)鏡頭是標準測頭，校驗完后 將接觸測頭與標準測頭進行關(guān)聯(lián)，得到接觸測頭與光學(xué)測頭的位置關(guān)系，以便后續(xù)進行相 關(guān)測量。轉(zhuǎn)臺包括B轉(zhuǎn)臺和C轉(zhuǎn)臺。其中B轉(zhuǎn)臺可以旋轉(zhuǎn)360°，C轉(zhuǎn)臺可以旋轉(zhuǎn)180°。 之后將B轉(zhuǎn)臺和C轉(zhuǎn)臺固定在各自的初始0°。通過復(fù)合式光學(xué)坐標機上的接觸鏡頭測量 出夾具的A、B、C基準。定位步驟包括以下步驟：以面B定為空間基準，以面A與面B的交 線作為角向，面A與面B的交線與面C的交點定為坐標系的原點。所得坐標系為夾具坐標 系。其中B轉(zhuǎn)臺與C轉(zhuǎn)臺之間的空間位置關(guān)系為：C轉(zhuǎn)臺的軸線垂直與B轉(zhuǎn)臺的軸線。
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