[发明专利]一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法

权利要求书

1.一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，将远心光学镜头与带二维转台工作台的三坐标测量机进行复合，形成五轴光学复合坐标测量机；应用接触式探头建立空间曲面微小孔直径和坐标位置工件的测量基准，应用二维转台工作台按照空间曲面微小孔轴线方向确定空间姿态，应用远心光学镜头提取空间曲面微小孔图像。

2.按照权利要求1所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，二维转台工作台为双轴精密转台。

3.按照权利要求1所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，微小孔为航空发动机叶片气膜孔，通过使用叶片定位装置和叶片榫齿接触实现对叶片的定位。

4.按照权利要求3所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，航空发动机叶片气膜孔测量基准和坐标系的建立如下：

1)叶片O-O轴线的建立

在二维转台工作台上设置叶片定位装置，叶片定位装置的两定位块：固定定位块和活动定位块，相对设置于叶片的榫齿两侧，叶片定位装置的顶部表面为定位装置平面；两定位块与榫齿无缝隙接触，所述无缝隙接触的圆弧柱面中心即为叶片F基准平面；叶片定位装置在垂直于叶片O-O轴线的榫齿方向的一端设有定位球，与叶片T基准平面接触，实现该方向的定位，使叶片O-O轴线与叶片定位装置中心轴线和二维转台工作台水平回转轴重合；

根据叶片O-O轴的位置调整定位球，使定位球的一端至叶片定位装置中心回转轴的距离为L，与叶片T基准平面在至叶片O-O轴线的距离相等，以保证叶片在榫齿长度方向上的准确定位；

2)叶片F基准的建立

与叶片榫齿无缝隙接触的两定位块圆弧柱面的中心在叶片F基准平面内；建立F基准平面实际操作中，使叶片定位装置处于夹紧状态的两定位块圆弧柱面的中心所构成的平面与叶片F基准平面重合，并测出该平面到定位装置平面的距离，完成叶片F基准的建立；

3)建立叶片测量基准坐标系

由叶片F基准平面、叶片O-O轴线、X轴线建立坐标系，其中：坐标系的Z轴为叶片O-O轴线，坐标系的X轴和Y轴设在叶片F基准平面内，坐标系的X轴与叶片榫齿对称面平行。

5.按照权利要求3所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，航空发动机叶片气膜孔测量用的装置由两部分组成：远心光学镜头与带二维转台工作台的三坐标测量机，光学镜头位于接触式探头的一侧，光学镜头与三坐标测量机复合设计构成空间曲面气膜孔直径和坐标位置的测量装置。

6.按照权利要求5所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，二维转台工作台可绕相互垂直的两个转轴旋转，既可绕垂直于水平面的回转轴旋转，又可绕平行于水平面的回转轴旋转，通过二维转台工作台在二维方向的转动，带动叶片定位装置上的被测叶片，以调整气膜孔与光轴上光学镜头的相互位置关系；二维转台工作台与叶片定位装置一起构成控制叶片的气膜孔空间位置的机构，使气膜孔中心轴线与远心光学镜头同轴或平行，以保证摄像机通过远心光学镜头提取气膜孔轮廓图像；远心光学镜头是在气膜孔中心轴线方向上，获取相对于物镜距离不同的点构成孔轮廓空间线的像，并在摄像机靶面上清晰地显示成孔的二维图像。

7.按照权利要求6所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，摄像机将气膜孔二维图像数据送测量软件进行评价，得到气膜孔的直径和两维坐标位置尺寸，气膜孔的角度由双轴精密转台确定并给出。

8.按照权利要求6所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，测量航空发动机叶片空间曲面气膜孔直径和位置尺寸的过程，具体如下：

(1)将普通测针安装在三坐标测量机接触式探头上校准三坐标标准球，满足测量要求后与吸盘一起放到测针库的指定位置；

(2)将叶片装夹在叶片定位装置上，并用指示表调整找正，使叶片定位装置中心、叶片O-O轴线和双轴精密转台中心轴线同轴；

(3)调用普通测针，按照图纸要求建立测量基准和坐标系；

(4)按照图纸要求给定的气膜孔空间角度，键盘输入双轴精密转台应转的角度，使气膜孔中心轴线与远心光学镜头同轴或平行；

(5)使用远心光学镜头瞄准被测叶片气膜孔，提取气膜孔空间轮廓曲线，摄像机将经远心光学镜头获得的该气膜孔二维图像数据送测量软件进行评价，得到气膜孔的直径和两维坐标位置尺寸，获得测量结果。