一种整体叶轮多个叶片自动测量方法及其专用分度装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种整体叶轮多个叶片自动测量方法及其专用分度装置，该方法包括以下步骤：（1）在CAD数模上对第一个叶片进行测量规划，生成DMIS文件；（2）将整体叶轮装夹在本发明专利技术设计的分度装置上，定位整体叶轮工件坐标系；（3）测量该装置的轴线方向，计算偏心补偿并生成其他各个叶片的DMIS文件；（4）利用DMIS文件测量第一个叶片；（5）启动测量装置将其他叶片旋转至第一个叶片的位置，利用该叶片的DMIS文件进行测量，直至所有叶片测量完成；（6）对测量结果进行处理，获得各个叶片的测量数据。本发明专利技术的测量方法能够实现整体叶轮多个叶片的自动测量，消除测量装置轴线与整体叶轮中心轴线的偏差，测量精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种整体叶轮多个叶片自动测量方法
本专利技术涉及整体叶轮检测
，具体是一种整体叶轮多个叶片自动测量方法。
技术介绍
整体叶轮由于具有结构紧凑、体积小、重量轻、比强度高等优点，在先进航空发动机以及其他工业领域中的应用越来越广泛。整体叶轮结构复杂且精度要求高，对其进行外形检测是制造过程中的一个重要环节。三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine，CMM)作为一种高精度的三维几何检测设备，具有测量精度高、重复性好、自动化程度高的优点，是整体叶轮类复杂自由曲面零件主要测量方式中的一种。整体叶轮主要组成部分包括轮毂和叶片，其中轮毂由规则曲面组成，CMM测量的难度不大；叶片型面扭曲，空间开敞性差，因而叶片型面的CMM测量难度很大，需要采用带有可调整偏转角的测量头。目前市场上的测量软件大都针对一般性机械产品，并没有专门针对整体叶轮进行CMM测量规划。对整体叶轮的测量还是以人工规划测点为主，测头的偏转角度只能以试错的方式来确定，测量速度也比较慢。整体叶轮是一种具有旋转对称性的结构，各个叶片围绕着轮毂均匀分布，在对多个叶片进行CMM测量时，可利用其结构特点采用测量装置的辅助运动，对一个叶片进行测量规划后，将其他叶片旋转至第一个叶片的位置就可继续测量。这样，就只需要规划一次，减少重复性的测量规划，测量过程更加便捷。但是，在CMM中利用辅助装置的运动来协助测量，辅助装置的误差会对测量的精度产生较大的影响，特别是由于安装需要，整体叶轮的中心孔与辅助装置的轴留有安装间隙，该间隙会使整体叶轮的中心轴与辅助装置的轴存在偏心情况。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有测量技术存在偏心误差的问题，提供了一种整体叶轮多个叶片自动测量方法。该方法包括以下步骤：1)在CAD数模上对第一个叶片进行测量规划，获得测量头的角度和测量路径，生成DMIS文件；2)将整体叶轮装夹在分度装置上，放置于三坐标测量机工作台上，定位整体叶轮工件坐标系O-XYZ和分度装置坐标系O'-X3Y3Z3；3)测量该装置的轴线方向，计算工件坐标系O-XYZ上与测量装置坐标系O'-X3Y3Z3之间的坐标变换关系，计算偏心补偿，生成其他各个叶片的DMIS文件；计算测量装置的轴线方向与工件坐标系X轴的偏心误差，将该偏心误差通过坐标变换补偿至测量点上。4)利用DMIS文件测量第一个叶片；5)利用分度装置将其他叶片旋转至第一个叶片的位置，利用该叶片的DMIS文件进行测量，直至所有叶片测量完成；6)对测量结果进行处理，获得各个叶片的测量数据。步骤2)所述的工件坐标系O-XYZ以整体叶轮轮毂平面的平面法矢为X轴正向，以外缘圆柱的圆心在轮毂平面上的投影为原点，以键槽侧向平面构建的中心点与原点的连线为Z轴。步骤3)所述的计算O-XYZ与O'-X3Y3Z3之间的坐标变换关系包括以下步骤：1)将工件坐标系的原点平移至O'点，得到O'-X1Y1Z1坐标系，点O'位置记作(x',y',z')，设任意一点P坐标为(x,y,z)，P在O'-X1Y1Z1坐标系下的位置为(x1,y1,z1)，坐标变换关系为2)O'X整体叶轮端面的交点记为点A(xA,yA,zA)，O'A的单位向量是I＝(Ix,Iy,Iz)，令O'-X1Y1Z1坐标系绕Z1轴旋转θ角，使X1轴与O'A在X1Y1平面的投影线O'A'重合，得到新的坐标系O'-X2Y2Z2，坐标变换关系为：其中3)令O'-X2Y2Z2坐标系绕Y2轴旋转φ角，使X2轴与直线O'A重合，得到新的坐标系O'-X3Y3Z3，坐标变换关系为：其中4)通过联立上述公式，得到O-XYZ坐标系与坐标系O'-X3Y3Z3间的坐标变换关系(M，T)；为：步骤3)所述的偏心补偿包括以下步骤：1)对与第一个叶片成α角的叶片，规划时将第一个叶片的测量点(x,y,z)绕叶轮坐标系X轴旋转-α角就得到该叶片的初始测量点(x4,y4,z4):2)对坐标(x4,y4,z4)进行偏心补偿，得到补偿后的位置坐标(x5,y5,z5)：步骤6)具体包括以下过程：设(x6,y6,z6)为测量装置旋转α角后测量的叶片上的数据，对该数据处理结果为(x7,y7,z7)：整体叶轮多个叶片自动测量的专用分度装置，包括通过螺栓和螺母依次连接的电机、定位轴和整体叶轮，其中定位轴安装在底座上。进一步改进，所述的螺母和整体叶轮之间装有垫板。本专利技术有益效果在于：能够实现整体叶轮多个叶片的自动测量，消除测量装置轴线与整体叶轮中心轴线的偏差，与现有的测量方法相比提高了测量精度。附图说明图1为分度装置结构示意图。图2为整体叶轮结构示意图。图3为测量装置偏心示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供的分度装置如图1所示，包括通过螺栓6和螺母7依次连接的电机1、定位轴3和整体叶轮4，其中定位轴3安装在底座2上，螺母7和整体叶轮4之间装有垫板5。本实施例的测量步骤如下：1)对第一个叶片进行测量规划，获得测头角度和测量路径，生成DMIS文件；2)将整体叶轮装夹在本专利技术设计的分度装置上，放置于三坐标测量机工作台上，定位工件坐标系；工件测量坐标系建立中所采用的零件特征如图2所示：包括轮毂平面8、外缘圆柱9和键槽侧向平面10。以轮毂平面8的平面法矢为X轴正向，以外缘圆柱9的圆心在轮毂平面8上的投影为原点，以键槽侧向平面10构建的中心点与原点的连线为Z轴，就实现了工件坐标系的创建。3)测量分度装置的轴线方向，计算偏心补偿并生成其他各个叶片的DMIS文件；测量装置偏心示意图如图3所示：O-XYZ为工件坐标系，O'-X3Y3Z3为测量装置坐标系，A为O'X与整体叶轮端面的交点，O'A是分度装置的中心轴。在实际测量过程中，整体叶轮绕着O'A旋转而不是OX旋转。O'X3与O'A共线。在工件坐标系下，点O'位置记作(x',y',z')，点A位置记作(xA,yA,zA)，O'A的单位向量是I＝(Ix,Iy,Iz)，空间的任意一点用P(x,y,z)表示。工件坐标系与分度装置坐标系之间的关系，通过坐标系的连续平移和旋转来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体叶轮多个叶片自动测量方法，其特征在于包括以下步骤：1)在CAD数模上对第一个叶片进行测量规划，获得测量头的角度和测量路径，生成DMIS文件；2)将整体叶轮装夹在分度装置上，放置于三坐标测量机工作台上，定位整体叶轮工件坐标系O‑XYZ和分度装置坐标系O'‑X3Y3Z3；3)测量该装置的轴线方向，计算工件坐标系O‑XYZ上与测量装置坐标系O'‑X3Y3Z3之间的坐标变换关系，计算偏心补偿，生成其他各个叶片的DMIS文件；计算测量装置的轴线方向与工件坐标系X轴的偏心误差，将该偏心误差通过坐标变换补偿至测量点上。4)利用DMIS文件测量第一个叶片；5)利用分度装置将其他叶片旋转至第一个叶片的位置，利用该叶片的DMIS文件进行测量，直至所有叶片测量完成；6)对测量结果进行处理，获得各个叶片的测量数据。

【技术特征摘要】
1.一种整体叶轮多个叶片自动测量方法，其特征在于包括以下步骤：1)在CAD数模上对第一个叶片进行测量规划，获得测量头的角度和测量路径，生成DMIS文件；2)将整体叶轮装夹在分度装置上，放置于三坐标测量机工作台上，定位整体叶轮工件坐标系O-XYZ和分度装置坐标系O'-X3Y3Z3；3)测量分度装置的轴线方向，计算工件坐标系O-XYZ上与测量装置坐标系O'-X3Y3Z3之间的坐标变换关系，计算偏心补偿，生成其他各个叶片的DMIS文件；计算测量装置的轴线方向与工件坐标系X轴的偏心误差，将该偏心误差通过坐标变换补偿至测量点上；4)利用DMIS文件测量第一个叶片；5)利用分度装置将其他叶片旋转至第一个叶片的位置，利用其他叶片的DMIS文件进行测量，直至所有叶片测量完成；6)对测量结果进行处理，获得各个叶片的测量数据。2.根据权利要求1所述的整体叶轮多个叶片自动测量方法，其特征在于：步骤2)所述的工件坐标系O-XYZ以整体叶轮轮毂平面的平面法矢为X轴正向，以外缘圆柱的圆心在轮毂平面上的投影为原点，以键槽侧向平面构建的中心点与原点的连线为Z轴。3.根据权利要求1所述的整体叶轮多个叶片自动测量方法，其特征在于：步骤3)所述的计算O-XYZ与O'-X3Y3Z3之间的坐标变换关系包括以下步骤：1)将工件坐标系的原点平移至O'点，得到O'-X1Y1Z1坐标系，点O'位置记作(x',y',z')，设任意一点P坐标为(x,y,z)，P在O'-X1Y1Z1坐标系下的位置为(x1,y1,z1)，坐标变换关系为2)O'X整体叶轮端面的交点记为点A(xA,yA,zA)，O'A的单位向量是I＝(Ix,Iy,Iz)，令O'-X1Y1Z1坐标系绕Z1轴旋转θ角，使X1轴与O'A在X1Y1平面的投影线O'A'重合，得到新的坐标系O'-X2Y2Z2，坐标变换关系为：其中3)令O'...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜兰，叶南，张丽艳，潘金川，汪哲，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32