[發明專利]一種基于數控加工裝置的渦輪葉片加工及在線檢測系統

在審

• 申請號: 201410765502.3
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104503367A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 周軍;梁齊龍;廖華麗;劉向偉;谷長坤
• 申請（專利權）人: 常州奧凡威爾智能技術有限公司
• 主分類號: G05B19/41
• 分類號: G05B19/41
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 路接洲

技術領域

本發明涉及渦輪葉片的加工及檢測領域，尤其是利用電路切換模塊將以激光位移傳感器作為檢測元件的葉片檢測系統集成到葉片的加工系統中，從而實現了葉片加工及檢測的一體化。

背景技術

渦輪葉片的型面是根據空氣動力學及流體力學理論經過復雜的數值計算而設計出的空間型面，其精度直接影響到相應設備的能量轉換效率，因此葉片的加工及檢測精度是保證葉片質量的關鍵。目前，葉片的加工及檢測為兩個相互獨立的系統，即在加工系統中完成一批葉片的加工后，再在檢測系統中對其進行抽樣檢測。常用的加工系統為五軸數控機床，檢測系統有三坐標接觸式檢測系統、雙目立體視覺檢測系統及非接觸式激光檢測系統等。

(1)現實操作中，由于葉片的加工及檢測為兩個相互獨立的系統，一片葉片需要兩次裝夾、定位，引入了誤差。特別是在檢測系統中，為了保證檢測的精度，每一片葉片均需要重新裝夾、定位，耗時很多。往往一片葉片從裝夾到檢測完畢需要近一個小時，而常用的三坐標接觸式檢測系統價格昂貴，不可能大量購置，所以只能對一批葉片進行隨機抽樣檢測，檢測結果存在一定的偶然性。

(2)在葉片加工過程中，由于葉片的型面很復雜，一般均是借助UG、MasterCAM等數控編程軟件，參照葉片的理論輪廓曲線生成相應的數控加工G代碼，再將生成的G代碼導入數控系統驅動機床進行加工。但由于編程軟件、數控系統及檢測系統的封閉性，在獲取葉片理論輪廓曲線及特征點的算法上存在差異，即由于加工與檢測的參照基準不統一而導致獲取的檢測點存在誤差，進而造成了后期葉片截面各項參數的求取存在誤差。

(3)常用的三坐標接觸式檢測系統由于采用接觸式檢測，觸頭在檢測過程中需要始終和葉片相接觸。當對粗加工、半精加工的葉片進行檢測時，觸頭的磨損較大，不僅增大了成本而且隨著磨損量的增大會影響到后續的檢測精度。所以常常用于精加工的葉片檢測，檢測范圍較小。

(4)雙目立體視覺檢測系統對環境的要求較高，容易引入誤差點，需要對數以萬計的點云數據進行分析、計算，誤差較大、精度較低。

(5)三坐標接觸式檢測系統，雙目立體視覺檢測系統等操作復雜，尤其是對葉片進行裝夾、定位時需要專門的設備，對操作人員要求較高，且系統維護昂貴，增加了成本，不易于大量購置、運用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種基于數控加工裝置的渦輪葉片加工及在線檢測系統，克服了上述葉片加工及檢測實際中的不足，將由激光位移傳感器、數字量I/O卡及工控機等組成的葉片檢測系統，通過在數控機床操作面板與冷卻系統的連接電路之間外接一個電路切換模塊，實現了葉片加工及檢測的一體化。

本發明所采用的技術方案為：一種基于數控加工裝置的渦輪葉片加工及在線檢測系統，包括外接在數控機床操作面板與機床冷卻系統之間的電路切換模塊；所述的電路切換模塊一路連接葉片加工系統，另一路連接葉片在線檢測系統；所述的葉片在線檢測系統依據檢測要求，在葉片指定截面曲線上，生成指定數量的理論待檢測點；并輸出理論待檢測點的坐標值后按照各點的法線方向生成檢測G代碼；運行葉片檢測G代碼，所述的機床冷卻系統輸出的電平經過轉接電路后通過數字量I/O卡連接至工控機；所述的工控機連接激光位移傳感器；工控機在接受到信號后，通過串口以激光位移傳感器指定的通訊協議向其發送開啟、檢測指令，并按照設定的檢測周期獲取激光位移傳感器測量的數值從而獲得實際檢測點的坐標值。

本發明所述的激光位移傳感器與葉片所測截面垂直，并在每個待檢測點的位置插入一行冷卻關控制指令。

為了以便激光位移傳感器測得的數據點和理論點相匹配，本發明所述的檢測G代碼的首點坐標設為基準點，將輸出的理論待檢測點按照G代碼的生成順序進行排序。

本發明所述的激光位移傳感器通過夾具設置在刀架上；葉片加工完成后，在保證機床停止狀態下，將冷卻系統的輸出口調至葉片檢測狀態。取下加工刀具，將裝夾有激光位移傳感器的夾具裝至刀架上，按照激光位移傳感器的測量范圍設置刀補、對刀以保證激光位移傳感器的激光束與對刀點重合。

本發明所述的獲得實際檢測點的坐標值的方法是：激光位移傳感器測得的各點的距離數值減去激光位移傳感器的測量范圍，以得到葉片實際檢測點相對于理論點在法線方向上的偏移量；所述的將偏移量沿法線方向累加到對應的理論檢測點，從而得到實際檢測點的坐標值。

本發明的有益效果是：

a、將葉片加工及檢測集成到一個系統中，葉片只需一次裝夾、定位便能完成加工、檢測兩道工序。避免了現實操作中，葉片檢測時由于二次裝夾、定位所引入的誤差。