[發明專利]一種非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法

有效

• 申請號: 201310577676.2
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103557802A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王呈;穆軒;王東;劉鵬;周永兆
• 申請（專利權）人: 沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08;G01B11/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于空間曲面薄壁微小孔直徑和空間坐標幾何尺寸的測量領域，具體為一種非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，特別是將遠心光學鏡頭與五軸坐標測量機復合設計及應用、測量葉片葉身空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法。

背景技術

現有技術中，測量孔的直徑和坐標位置的主要方法及存在問題：

(1)三坐標測量法

用三坐標測量機及其配裝的雙軸精密轉臺（即五軸三坐標測量機），可以實現對直徑大于Φ1mm以上空間曲面孔直徑和坐標位置的測量，而且具有精度高、智能化等特點。但是，由于測針測球直徑(最小的為Φ0.5mm)限制，對于小于Φ1mm的孔，測球伸入內孔探測孔的內壁存在很大困難，特別是等于或小于Φ0.5mm的孔，不能深入內孔接觸到孔的內壁，而無法探測取得數據，三坐標測量機無能為力。

(2)光學坐標測量法

傳統的光學坐標測量機是以萬能工具顯微鏡為典型代表，對于測量平面上的Φ0.25mm～Φ0.5mm微小孔直徑和坐標位置，具有絕對優勢，精度高，操作簡便。但是，在測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置時，存在著孔的定位和影像模糊，難以瞄準、評價直徑和坐標位置的問題，因此也無法實現測量，見圖1。

現代光學坐標測量機是以光學復合坐標測量機為代表，它是在三坐標測量機的基礎上，增加了光學鏡頭和激光探頭，將接觸測量與非接觸測量融為一體。因此，其功能比萬能工具顯微鏡更強大，智能化水平更高。但是，在測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置時，同樣存在著孔的影像模糊，難以瞄準、評價直徑和坐標位置的問題，因此也無法實現測量，見圖1。

在透平機械中裝有大量的葉片，這些葉片需要在高溫高速條件下保持良好的機械性能，以保證透平能持續的提供動力。因此，需要提高葉片的承溫能力，其主要措施一是選用耐高溫合金材料及特殊熱處理工藝；二是在葉片葉身曲面上設計加工大量的結構復雜、分布不等的微小的冷卻氣膜孔。葉身曲面既是空間曲面，又是薄壁的，微小孔直徑一般在Φ0.25mm～Φ0.5mm，空間角度復雜，每排氣膜孔的角度都不盡相同。因此，功能強大的三坐標測量機因測針測球最小直徑Φ0.5mm大于或等于被測孔的直徑，無法探測提取數據。國內可見到的光學坐標測量設備，因構成空間曲面微小孔曲線的各要素點，不在同一平面上，呈現在光學鏡頭下的圖像不完整不清晰，無法評價微小孔的直徑和中心坐標位置。

發明內容

本發明的目的是提供一種非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，應用雙軸精密轉臺和葉片定位裝置實現了葉片空間的準確定位，通過遠心光學鏡頭與五軸坐標測量機復合設計及應用，解決微小孔影像模糊不能提取數據和評價的技術難題，實現對測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的數字化精密測量，為有效控制航空發動機葉片氣膜孔等加工質量，提供一種可行的測量方法。

本發明的技術方案是：

一種非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，將遠心光學鏡頭與帶二維轉臺工作臺的三坐標測量機進行復合，形成五軸光學復合坐標測量機；應用接觸式探頭建立空間曲面微小孔直徑和坐標位置工件的測量基準，應用二維轉臺工作臺按照空間曲面微小孔軸線方向確定空間姿態，應用遠心光學鏡頭提取空間曲面微小孔圖像。

所述的非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，二維轉臺工作臺為雙軸精密轉臺。

所述的非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，微小孔為航空發動機葉片氣膜孔，通過使用葉片定位裝置和葉片榫齒接觸實現對葉片的定位。

所述的非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，航空發動機葉片氣膜孔測量基準和坐標系的建立如下：

1)葉片O-O軸線的建立

在二維轉臺工作臺上設置葉片定位裝置，葉片定位裝置的兩定位塊：固定定位塊和活動定位塊，相對設置于葉片的榫齒兩側，葉片定位裝置的頂部表面為定位裝置平面；兩定位塊與榫齒無縫隙接觸，所述無縫隙接觸的圓弧柱面中心即為葉片F基準平面；葉片定位裝置在垂直于葉片O-O軸線的榫齒方向的一端設有定位球，與葉片T基準平面接觸，實現該方向的定位，使葉片O-O軸線與葉片定位裝置中心軸線和二維轉臺工作臺水平回轉軸重合；

根據葉片O-O軸的位置調整定位球，使定位球的一端至葉片定位裝置中心回轉軸的距離為L，與葉片T基準平面在至葉片O-O軸線的距離相等，以保證葉片在榫齒長度方向上的準確定位；

2)葉片F基準的建立