[发明专利]一种基于数控加工装置的涡轮叶片加工及在线检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮叶片的加工及检测领域，尤其是利用电路切换模块将以激光位移传感器作为检测元件的叶片检测系统集成到叶片的加工系统中，从而实现了叶片加工及检测的一体化。

背景技术

涡轮叶片的型面是根据空气动力学及流体力学理论经过复杂的数值计算而设计出的空间型面，其精度直接影响到相应设备的能量转换效率，因此叶片的加工及检测精度是保证叶片质量的关键。目前，叶片的加工及检测为两个相互独立的系统，即在加工系统中完成一批叶片的加工后，再在检测系统中对其进行抽样检测。常用的加工系统为五轴数控机床，检测系统有三坐标接触式检测系统、双目立体视觉检测系统及非接触式激光检测系统等。

(1)现实操作中，由于叶片的加工及检测为两个相互独立的系统，一片叶片需要两次装夹、定位，引入了误差。特别是在检测系统中，为了保证检测的精度，每一片叶片均需要重新装夹、定位，耗时很多。往往一片叶片从装夹到检测完毕需要近一个小时，而常用的三坐标接触式检测系统价格昂贵，不可能大量购置，所以只能对一批叶片进行随机抽样检测，检测结果存在一定的偶然性。

(2)在叶片加工过程中，由于叶片的型面很复杂，一般均是借助UG、MasterCAM等数控编程软件，参照叶片的理论轮廓曲线生成相应的数控加工G代码，再将生成的G代码导入数控系统驱动机床进行加工。但由于编程软件、数控系统及检测系统的封闭性，在获取叶片理论轮廓曲线及特征点的算法上存在差异，即由于加工与检测的参照基准不统一而导致获取的检测点存在误差，进而造成了后期叶片截面各项参数的求取存在误差。

(3)常用的三坐标接触式检测系统由于采用接触式检测，触头在检测过程中需要始终和叶片相接触。当对粗加工、半精加工的叶片进行检测时，触头的磨损较大，不仅增大了成本而且随着磨损量的增大会影响到后续的检测精度。所以常常用于精加工的叶片检测，检测范围较小。

(4)双目立体视觉检测系统对环境的要求较高，容易引入误差点，需要对数以万计的点云数据进行分析、计算，误差较大、精度较低。

(5)三坐标接触式检测系统，双目立体视觉检测系统等操作复杂，尤其是对叶片进行装夹、定位时需要专门的设备，对操作人员要求较高，且系统维护昂贵，增加了成本，不易于大量购置、运用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种基于数控加工装置的涡轮叶片加工及在线检测系统，克服了上述叶片加工及检测实际中的不足，将由激光位移传感器、数字量I/O卡及工控机等组成的叶片检测系统，通过在数控机床操作面板与冷却系统的连接电路之间外接一个电路切换模块，实现了叶片加工及检测的一体化。

本发明所采用的技术方案为：一种基于数控加工装置的涡轮叶片加工及在线检测系统，包括外接在数控机床操作面板与机床冷却系统之间的电路切换模块；所述的电路切换模块一路连接叶片加工系统，另一路连接叶片在线检测系统；所述的叶片在线检测系统依据检测要求，在叶片指定截面曲线上，生成指定数量的理论待检测点；并输出理论待检测点的坐标值后按照各点的法线方向生成检测G代码；运行叶片检测G代码，所述的机床冷却系统输出的电平经过转接电路后通过数字量I/O卡连接至工控机；所述的工控机连接激光位移传感器；工控机在接受到信号后，通过串口以激光位移传感器指定的通讯协议向其发送开启、检测指令，并按照设定的检测周期获取激光位移传感器测量的数值从而获得实际检测点的坐标值。

本发明所述的激光位移传感器与叶片所测截面垂直，并在每个待检测点的位置插入一行冷却关控制指令。

为了以便激光位移传感器测得的数据点和理论点相匹配，本发明所述的检测G代码的首点坐标设为基准点，将输出的理论待检测点按照G代码的生成顺序进行排序。

本发明所述的激光位移传感器通过夹具设置在刀架上；叶片加工完成后，在保证机床停止状态下，将冷却系统的输出口调至叶片检测状态。取下加工刀具，将装夹有激光位移传感器的夹具装至刀架上，按照激光位移传感器的测量范围设置刀补、对刀以保证激光位移传感器的激光束与对刀点重合。

本发明所述的获得实际检测点的坐标值的方法是：激光位移传感器测得的各点的距离数值减去激光位移传感器的测量范围，以得到叶片实际检测点相对于理论点在法线方向上的偏移量；所述的将偏移量沿法线方向累加到对应的理论检测点，从而得到实际检测点的坐标值。

本发明的有益效果是：

a、将叶片加工及检测集成到一个系统中，叶片只需一次装夹、定位便能完成加工、检测两道工序。避免了现实操作中，叶片检测时由于二次装夹、定位所引入的误差。