[发明专利]一种叶片原位接触式三维测量装置和方法

说明书

本发明属于叶片测量技术领域，并公开了一种叶片原位接触式三维测量装置和方法。该测量装置包括工作台面、X向运动平台、Y向运动平台、测量机构和旋转平台。其中，X向运动平台设置在Y向运动平台上，Y向运动平台设置在工作台面上，构成二维运动平台；测量机构设置在X向运动平台上，跟随二维运动平台在X、Y方向运动；叶片安装在旋转平台上，旋转平台提供叶片回转运动。该方法通过始终保持测量机构与叶片恒力接触，通过光栅尺和旋转编码器读取测量机构X、Y方向的线性位移以及叶片的旋转角度θ，经过坐标变换和球头半径补偿，就能得到叶片的表面轮廓坐标。本发明具有移动便捷，测量过程简单，成本低的特点，能实现叶片原位精确测量。

技术领域

本发明属于叶片测量技术领域，更具体地，涉及一种叶片原位接触式三维测量装置和方法。

背景技术

叶片是航空发动机、燃气轮机和汽轮机的重要组成零件，其表面加工精度不仅影响机器的使用性能，还决定着零件的使用寿命。叶片加工过程中，单纯依靠理论的加工余量控制切削深度，叶片表面的加工质量没法得到保证，为了得到叶片毛坯件真实的加工余量，需要先得到叶片毛坯件的轮廓模型。叶片零件为自由曲面类零件，无法通过常规量具检测叶片的尺寸数据，叶片的测量是当前加工中的一个难点。

目前常用的方法是采用接触式或非接触式三坐标测量装置检测叶片的轮廓点位置，通过数据处理和三维重构生成叶片的三维模型。然后对比叶片的实际轮廓与理想轮廓之间的误差，计算真实的加工余量。

由于接触式测量方法相对于非接触式测量方法的精度更高，针对表面精度要求较高的叶片零件，采用接触式测量效果较佳。常规的三坐标测量仪测量精度较高，能满足精度要求，但是设备移动性差，受粉尘影响较大，不能设置在生产线中，无法及时对生产线上的叶片零件进行原位测量，另外三坐标测量仪需要提前对测针轨迹进行编程规划，针对不同型号的叶片零件分别编程则耗时耗力，工作效率低。因此，需要设计一种叶片原位接触式三维测量装置，解决叶片加工过程中的原位测量问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种叶片原位接触式三维测量装置和方法，在保证测量精度的前提下，实现叶片加工后的原位测量。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种叶片原位接触式三维测量装置，包括工作台面、XY二维水平运动平台、测量机构、旋转平台、控制器和标定杆，其特征在于，

所述XY二维水平运动平台包括X向运动平台和Y向运动平台，所述Y向运动平台安装在所述工作台面上并且其可沿Y轴移动，所述X向运动平台设置在Y向运动平台的滑块上并且其可沿X轴移动，所述X轴、Y轴与竖直方向的Z轴共同构成工作坐标系；

所述测量机构包括第一支架和测针，所述第一支架设置在所述X向运动平台的滑块上，所述测针设置在所述第一支架上，以用于与所述叶片接触来测量叶片的轮廓；

所述旋转平台通过第二支架安装在所述工作台面上，以用于安装待测试的叶片，并且该旋转平台的旋转中心线与X轴平行；

所述控制器通过所述X向运动平台和Y向运动平台可分别获得测量机构的位移x和位移为y，并且通过所述旋转平台可获得叶片的旋转角度为θ；

所述测量机构上设置有力传感器，以用于获取测量机构与叶片的接触力，所述力传感器把该接触力实时反馈给控制器，控制器通过调控Y向运动平台的运动使得测针与叶片保持恒力接触，测量结果由X向运动平台的位移量x、Y向运动平台的位移量y和旋转平台的旋转角度θ表示，再以(x,y,θ)的形式实时输出并储存；

所述标定杆设置在所述第一支架上，并且其平行于X轴设置，所述标定杆远离第一支架的一端的顶尖与工作坐标系的原点的连线平行于Y轴。