[发明专利]涡轮叶片截面轮廓尺寸测量方法

说明书

本发明公开了一种涡轮叶片截面轮廓尺寸测量方法，利用三坐标测量仪的球头半径补充逆向推导得出涡轮叶片截面轮廓尺寸，包括以下步骤：利用三维建模；构造标准涡轮叶片的预定型面高度的理论叶型轮廓曲线；理论叶型轮廓曲线经半径补偿后构造理论叶型补偿轮廓曲线；理论叶型轮廓曲线与理论叶型补偿轮廓曲线进行比对评价，获取理论误差值；三坐标测量待测量涡轮叶片的预定型面高度的实测叶型轮廓曲线；通过理论误差值和半径补偿，逆向推导得出实际涡轮叶片截面轮廓尺寸。整个测量过程简便，工作效率高，测量精度高。适合于各种类型的精密铸造涡轮叶片的型面尺寸测量。

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮叶片测量技术领域，特别地，涉及一种涡轮叶片截面轮廓尺寸测量方法。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机的关键零部件，叶片截面轮廓尺寸和中心位置精度要求高。为满足涡轮叶片的设计要求，需对每片涡轮叶片截面轮廓进行检测，测量精度直接会影响到航空发动机的性能。叶片截面轮廓测量如图1所示。

检测时沿着指定高度对型面进行测量。然而，对于叶根截面相对叶尖截面扭角较大时，叶片纵向截面与水平面存在一定倾角。采用三坐标测量，由于测量头半径的影响，进行半径补偿时，存在较大补偿误差。

三坐标测量误差产生原因如下：三坐标测量叶片截面高度Z的叶型时，测量球球心沿着截面恒定高度测量叶型，测量球(半径R)与叶片纵向截面线实际接触点A远远偏离于该截面叶型的理论点B，而经过半径补偿后测量所得实际值C与截面叶型的理论点B仍然存在差距。B点和C点的距离δ即为测量误差值。叶根截面相对叶尖截面扭角越大的涡轮叶片，叶型纵向截面线倾角θ越大，测量误差值δ也随之增大。

发明内容

本发明提供了一种涡轮叶片截面轮廓尺寸测量方法，以解决现有恒定高度截面测量叶型时，由于测头半径的影响，测量后进行二维半径补偿时，产生补偿误差，并且测头半径越大，补偿误差越大，严重影响涡轮叶片测量精度的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种涡轮叶片截面轮廓尺寸测量方法，利用三坐标测量仪的球头半径补充逆向推导得出涡轮叶片截面轮廓尺寸，包括以下步骤：利用三维建模；构造标准涡轮叶片的预定型面高度的理论叶型轮廓曲线；理论叶型轮廓曲线经半径补偿后构造理论叶型补偿轮廓曲线；理论叶型轮廓曲线与理论叶型补偿轮廓曲线进行比对评价，获取理论误差值；三坐标测量待测量涡轮叶片的预定型面高度的实测叶型轮廓曲线；通过理论误差值和半径补偿，逆向推导得出实际涡轮叶片截面轮廓尺寸。

进一步地，理论叶型轮廓曲线的构造方法为：利用预定型面高度的叶型轮廓曲线的设计参数构造理论叶型轮廓曲线。

进一步地，理论叶型补偿轮廓曲线的构造方法为：令三坐标测量仪的测量球半径为r，预定型面高度为z，在预定型面高度z往上或往下r距离上构造平面β；控制测量球的球心高度保持高度恒定为z进行轮廓测量，保持测量球分别与标准涡轮叶片的型面以及平面β相切，且测量球的球心在平面β的投影为测量球与平面β的切点，而测量球与标准涡轮叶片的型面切点即为测量球与型面的实际接触点。

进一步地，对测量球与平面β和标准涡轮叶片的型面进行滚球运算，测量球运动轨迹在平面β上的切点连线即为测量球球心在平面β上的投影轮廓线；测量球运动轨迹在标准涡轮叶片型面上的切点连线即为测量球与型面实际接触点的触点轮廓线；将投影轮廓线反投影到Z高度所在平面即可得到测量球球心轮廓线。

进一步地，恒定至预定型面高度对标准涡轮叶片进行恒定高度测量叶型轮廓时，根据半径补偿原理，将测量球球心轮廓沿三坐标测量仪的测量杆轴向向标准涡轮叶片方向偏置球心半径r，得到理论叶型补偿轮廓曲线；在预定型面高度的二维平面上比对评价，以获取二维平面上理论叶型补偿轮廓曲线与理论叶型轮廓曲线的差别。

进一步地，利用理论叶型补偿轮廓曲线以及理论叶型轮廓曲线，获取理论误差值。