[發明專利]一種渦輪葉片氣膜孔空間方位角誤差測量方法

在審

• 申請號: 202010731752.0
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111982029A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 陳龍;蔣其麟;馮朝鵬;曹凱強;賈天卿;孫真榮
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種渦輪葉片氣膜孔空間方位角誤差測量方法，其特點是采用定位裝置把渦輪葉片固定到五軸精密平移臺上，根據UG模型將葉片旋轉至加工姿態并移動到CCD視場中心位置，將光纖末端作為照明光源從氣膜孔入口較均勻射入插入渦輪葉片內部通道，使得葉片內部孔口輪廓清晰，外部孔口使用環形冷光源照明，然后通過軟件模擬氣膜孔內、外孔口的輪廓并記錄坐標，便可精密測量出氣膜孔空間方位角的誤差。本發明與現有技術相比具有方法簡便，檢測精度高的特點，為有效控制航空發動機葉片氣膜孔等加工質量，提供了一種可靠的測量方法，可廣泛應用在其他類似結構的機械產品的精密測量。

技術領域

本發明涉及光學測量技術領域，具體的說是一種渦輪葉片氣膜孔空間方位角誤差測量方法。

背景技術

航空發動機是推動飛機和整個航空工業發展的關鍵。如今，航空發動機不斷向更高水平發展，其效率和推重比持續提高，這對渦輪葉片的服役溫度提出了更高的要求。目前，渦輪葉片主要選擇鎳基單晶高溫合金材料，同時在葉片結構設計上采用氣膜孔冷卻的方式來提高葉片的耐高溫性，即通過在單晶葉片葉身開若干排氣孔，將冷卻介質以冷箱射流的形式注入到主氣流中并覆蓋于葉身表面，形成溫度較低的冷氣膜，從而實現隔熱和冷卻的作用。因此氣膜冷的加工精度與質量對于渦輪葉片的使用壽命顯得尤其重要，提高氣膜孔的加工精度，就必須具有精密的檢測系統。

目前，國內在渦輪葉片氣膜孔的空間方位角誤差測量的研究基本是空白，還沒有一套成熟的檢測方法和測量系統，這對我國加工精度的提高帶來了巨大的困難。所以，設計一種渦輪葉片氣膜孔的空間方位角誤差測量方法尤為重要。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足而提供的一種渦輪葉片氣膜孔空間方位角誤差測量方法，采用定位裝置和五軸精密平移臺對葉片空間進行準確定位，通過CCD對氣膜孔內外孔口進行清晰成像，借助軟件擬合實現渦輪壓片氣膜孔方位角誤差的精確檢測，為有效控制航空發動機葉片氣膜孔等加工質量，提供了一種可行的測量方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種渦輪葉片氣膜孔空間方位角誤差測量方法，采用定位裝置把渦輪葉片固定到五軸精密平移臺上，根據UG模型將葉片旋轉至加工姿態并移動到CCD視場中心位置，將光纖末端作為照明光源插入渦輪葉片內部通道，調整光纖將照明光能從氣膜孔入口較均勻射入，使得葉片內部孔口輪廓清晰，外部孔口使用環形冷光源照明，通過軟件模擬氣膜孔內、外孔口的輪廓并記錄坐標，便可以精密測量出氣膜孔空間方位角的誤差。

所述五軸精密平移臺為X/Y/Z三維直線平移臺加上A軸與B軸兩個旋轉平移臺，通過控制器來進行精密的空間移動。

所述定位裝置包括葉片夾具和三維掃描儀，葉片夾具的主要作用是將渦輪葉片與五軸平移臺固定，三維掃描儀的作用是調節葉片旋轉中軸與葉片中心，使之重合，這樣為之后的葉片空間方位角誤差的精密測量提供了保障。

所述調節葉片旋轉中軸與葉片中心的具體調節方法如下：

使用三維掃描儀垂直于葉片端面多次掃描：360度掃描n次，每次旋轉360/n度，得到每個旋轉角度的點云，集合點云后做對比分析得出旋轉圓心，在垂直維度上與已知葉片幾何中心對比，得到誤差后進行調節，調節后的誤差極限約50um。

所講述的渦輪葉片氣膜孔的空間方位角誤差測量的方法，將CCD安裝在行程300mm的Z軸上，調節CCD焦平面與平移臺XOY平面平行；所述n10次。

所述UG模型將葉片旋轉至理論方位角的姿態并移動到CCD視場中心位置，將光纖末端作為照明光源插入渦輪葉片內部通道，調整光纖使得照明光能從氣膜孔入口較均勻射入，使得葉片內部孔口輪廓清晰，外部孔口使用環形照明冷光源照明，通過軟件模擬氣膜孔內、外孔口的輪廓并記錄坐標，便可以精密測量氣膜孔空間方位角的誤差。

所述渦輪葉片氣膜孔空間方位角誤差的測量過程如下：

1）利用定位裝置將渦輪葉片固定到五軸精密平移臺上。