[发明专利]一种燃气涡轮发动机叶片蜡模的接触式检测装置及其方法

说明书

本发明为一种燃气涡轮发动机叶片蜡模的接触式检测装置及其方法，所述检测装置包括底座、工艺球、叶片蜡模和测量装置；所述测量装置包括竖杆、横杆、化料口、加热装置和夹紧装置；本发明可有效提高被检测蜡模的刚性，进而确保测量过程能够满足测量系统的重复性、再现性要求，提高蜡模尺寸检测的准确性；通过化料机构的设计，实现化料机构化料量和化料口位置、高度的精确控制，有效改善手动化料、焊接时，蜡模固定强度和位置的差异性，提高焊接的一致性。

技术领域

本发明涉及接触式测量领域，尤其涉及精密铸造的一种燃气涡轮发动机叶片蜡模的接触式检测装置及其方法。

背景技术

燃气涡轮发动机被广泛应用于航空航天、能源、舰船等领域，作为涡轮发动机的核心部件，涡轮叶片具有结构复杂、测量尺寸参数多、制造精度要求高等特点，其尺寸精度直接影响燃气涡轮发动机的热效率与使用寿命。由于涡轮叶片特殊的结构，在现有的技术条件下精密熔模铸造是制造涡轮叶片的最好方法。模料的性能指标与精密铸件的好坏有直接的关系，直接影响着精密铸件的尺寸精度和质量。由于蜡基模料与纯石蜡化学结构类似，且蜡基模料中的硬脂酸能与石蜡互溶，使其涂挂性能、流动性能好，有利于模料在压力注入时能充满整个型腔，同时整个模料的热稳定性能也较高，熔点低，制作工艺条件简单，涂挂性能和复用性能好的特点，其被广泛应用于精密熔模铸造熔模的模料。

然而蜡基模料在常温下不具有足够的刚性，蜡模的尺寸稳定性和变形程度将极大地影响铸件的质量状态, 所以为防止铸件的变形而对蜡模的尺寸控制是十分重要和必要的。针对涡轮叶片的特殊型面和较高的检测要求，要实现对其尺寸和形位误差的准确检测较为困难。为保证蜡模的尺寸检测精度与一致性，亟待提高测量精度较高的接触式测量方法的稳定性。

蜡模模型的检测方法主要分为接触式和非接触式两大类。接触式测量需要使传感器测头直接接触蜡模模型，记录测头与模型接触时的三维空间坐标以达到对模型尺寸、轮廓进行检测的目的，接触式测量主要代表为三坐标测量机。非接触测量主要是基于光、声、磁等，通过传感器采集物理模拟量，再通过相应算法转换成模型表面轮廓的特征参数，主要代表为光学扫描法。

接触式测量与非接触式测量有各自的优势。接触式测量的优点包括：（1）机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性；（2）与被测件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大；（3）被测件固定在三坐标测量机上，配合测量软件，可快速准确地测量出被测件表面的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等。非接触式测量的优点有：(1)排除接触测量对柔性物体测量的人为等受力干扰；（2）可以测量一些不可接触的物体，如辐射体、高温物体等（3）因为是数字图像处理，计算机识别，因而采集速度较快。

目前，行业内普遍采用接触式三坐标测量机检测航空发动机叶片及其蜡模。通过将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸、形状和位置，其与被测物体表面的反射特性、颜色及曲率关系不大，具有较高的准确性和可靠性。

三坐标测量机检测精度较高，但其在对蜡模模型进行检测时，测头直接与蜡模模身接触，由于燃气涡轮发动机叶片蜡质模型较为细长且蜡的质地较软，这种接触会致使蜡模产生较大的变形，影响测量精度。

发明内容

本发明针对三坐标测量机在测量蜡质模型时，测量探头接触叶身致使测量结果产生较大误差的问题，采用与叶片模型相同的材料熔融后将叶片悬空端与支架相连接，达到固定模型以方便测量的目的。本方法充分利用了叶片浇注时需要而成型后需切除的叶片冒口，不会对叶片浇注过程产生不利影响，并且连接稳定可靠，操作简单。