一种叶片型面精密测头系统技术方案

本发明专利技术公开了一种叶片型面精密测头系统，属于叶片型面精密测量技术领域。该测头系统基于同步规划测量思想设计，由路径规划传感器、型面精测传感器、三轴精密调整滑台、转接板、转接板、转接板和测控电路等组成。其中，测控电路集成在叶片测量平台的内部，负责路径规划传感器、型面精测传感器测量数据的采集和三轴精密调整滑台的调整和控制。该测头系统充分考虑了叶片型面特点，很好的克服了上述现有技术的缺点，具有高精度、高效率、免形状等优点；结构简单、可靠性强、加装和系统集成方便；测量和规划同步进行，且不需输入理论数据用于路径规划，大大提高了测量的效率和灵活性。

A precision head measuring system for blade surface

The invention discloses a blade profile precision probe system, which belongs to the technical field of blade profile precision measurement. The system is based on the design of synchronous planning measurement, which consists of path planning sensor, precision measuring sensor, three axis precision adjusting slide table, transfer board, connecting plate, switch board and measurement and control circuit. The measurement and control circuit is integrated in the interior of the blade measurement platform, which is responsible for the path planning sensor, the acquisition of the measurement data of the precision measuring sensor and the adjustment and control of the three axis precision adjustment slide table. The head system fully takes into account the features of the blade profile and overcomes the shortcomings of the existing technology. It has the advantages of high precision, high efficiency and free shape. It is simple in structure, strong in reliability, and convenient in installation and system integration; it is synchronized with the measurement and planning, and does not need to input theoretical data for path planning. The efficiency and flexibility of the measurement are higher.

【技术实现步骤摘要】
一种叶片型面精密测头系统
本专利技术属于叶片型面精密测量
，尤其涉及一种叶片型面精密测头系统。
技术介绍
测头是叶片测量和加工装备的重要组成部件，其测量精度和工作性能对提高叶片加工质量具有重要意义。目前常用的叶片测量测头按照原理不同可分为接触式和非接触式两类，其中接触式测头又分为触发式测头和扫描式测头。触发式测头具有结构简单、高精度等优点，是最早应用于叶片量仪的测头系统。但是受工作原理限制，触发式测头测量效率低，无法实现叶片的高速、全信息测量；扫描式测头测量效率有较大提升。但是，扫描式测头结构复杂、制造成本高、容易造成工件表面划伤，且测量存在死角；非接触式测头一般采用光学的方法进行测量，具有动态响应快、不存在测量力、可集成在制造系统中实现在线测量等优点。但算法复杂、工程实现难度大，且该类测头受被测物体的形貌特征、表面反射情况等外界影响因素较多，测量精度还有待进一步提高。通过分析不难发现，目前的叶片型面测量测头各有优缺点。存在的主要问题有：①无法兼顾精度和效率的矛盾，无法适应现场级、高精度、快速叶片测量的需求；②测量前需要做大量的准备工作，如姿态精调、理论数据输入等等，测头的灵活性差，测量约束条件多。针对目前叶片型面测量测头存在的主要问题，提出了一种高精度、免形状测头系统的技术方案。该测头的实质是基于同步规划测量思想设计的复合测头，主要由路径规划传感器和型面精测传感器组成。该测头在无需输入叶片理论模型数据和姿态精调的情况下，自动进行路径规划并同步完成叶片型面数据的采集。测点数据采集全部在0点附近完成，可以极大的限制倾角误差，提高测量的精度。该测头具有高精度、高效率、免形状等特点。
技术实现思路
本专利技术提出了一种叶片型面精密测头系统。该测头系统基于同步规划测量思想设计，由路径规划传感器1、型面精测传感器2、三轴精密调整滑台3、转接板4、转接板5、转接板6和测控电路7等组成，测头系统总体结构如图1所示。其中，测控电路7集成在叶片测量平台的内部，负责路径规划传感器1、型面精测传感器2测量数据的采集和三轴精密调整滑台3的调整和控制，测控电路7与测头系统的关系如图2所示。该测头系统充分考虑了叶片型面特点，很好的克服了上述现有技术的缺点，具有高精度、高效率、免形状等优点。本专利技术采用的技术方案如下：一种叶片型面精密测头系统，路径规划传感器1为光学非接触式位移传感器，工作距离50mm，测量范围-15mm～+15mm。路径规划传感器1的测量结果用于路径规划、采样策略分析和几何形状识别。路径规划传感器1通过转接板a4与三轴精密调整滑台3的滑台301相连。通过滑台301调整路径规划传感器1的0点光斑位置。型面精测传感器2为光学非接触式位移传感器，工作距离42mm，测量范围-1mm～+1mm。依据路径规划传感器1得到的规划路径和采样策略，完成叶片型面的精密测量。型面精测传感器2通过螺丝固定在转接板b5上；用于路径规划传感器1、型面精测传感器2相对位置调整和精确数学关系模型建立的三轴精密调整滑台3。三轴精密调整滑台3上设有滑台301和底座302。底座302通过转接板c6固定在转接板b5上；用于与叶片测量平台相连的转接板b5。转接板b5通过螺丝固定在叶片测量平台的三轴滑台上，实现测头系统与测量平台的连接与安装；用于测头系统与测量平台之间电信号交互的测控电路7，测控电路7集成在测量平台内部，并通过信号线与测头系统相连，负责传感器信号的采集和三轴位置调整。一种叶片型面精密测头系统，包括路径规划传感器1、型面精测传感器2、三轴精密调整滑台3、转接板a4、转接板b5、转接板c6和测控电路7。路径规划传感器1通过转接板a4与三轴精密调整滑台3的滑台301相连。通过滑台301的调整，调整路径规划传感器1的0点光斑位置。路径规划传感器1为光学非接触式位移传感器，负责路径规划、采样策略分析和几何形状识别等。型面精测传感器2为光学非接触式位移传感器，型面精测传感器2通过螺丝固定在转接板b5上。依据路径规划传感器1得到的规划路径和采样策略，完成叶片型面的精密测量。三轴精密调整滑台3，通过转接板c6固定在转接板b5上。用于路径规划传感器1、型面精测传感器2相对位置调整和精确数学关系模型建立。转接板b5通过螺丝固定在叶片测量平台的三轴滑台上，实现测头系统与测量平台的连接与安装。测控电路7分别和路径规划传感器1、型面精测传感器2以及三轴精密调整滑台3连接，路径规划传感器1、型面精测传感器2测量数据的采集和三轴精密调整滑台3的调整和控制通过测控电路7的控制进行实现。测头系统在无需输入叶片理论模型数据和姿态精调的情况下，自动进行路径规划并同步完成叶片型面数据的采集。测点的数据采集全部在0点附近完成，限制倾角误差，提高测量的精度。路径规划传感器1和型面精测传感器2的0点光斑P1和P2应满足如图4所示的位置关系。设P1点坐标为(X1，Y1，Z1)，P2点坐标为(X2，Y2，Z2)，则两者的坐标满足如下关系：X2＝X1Y2＝Y1Z2＝Z1-ΔZ路径规划传感器1和型面精测传感器2的0点光斑在Z方向的偏差ΔZ，根据叶片型面的截面间距大小，由测控电路7程控调节。型面精测传感器2的型面精测与路径规划传感器1的路径规划和采样策略分析同步进行。测头系统工作的原理和过程为：首先，路径规划传感器1对截面1进行规划测量，得到规划坐标P1Gi(X1Gi,Y1Gi,Z1Gi)；然后，型面精测传感器2依据规划坐标P1Gi和采样策略对截面1进行型面精测，得到型面精测坐标P1Mi(X1Mi,Y1Mi,Z1Mi)。截面1型面精测的同时，路径规划传感器1对截面2进行规划测量，得到规划坐标P2Gi(X2Gi,Y2Gi,Z2Gi)，以同步的方式完成型面测量。由于测量和规划同步进行，且不需输入理论数据用于路径规划，因此提高测量的效率和灵活性。型面精测全部在0点附近完成，测量景深小于1mm。限制倾角误差，提高测量精度。测控电路内置路径规划传感器1和型面精测传感器2标定曲线，根据标定曲线求解被测物面相对0点的位移大小。测头系统结构支撑部件采用7075超硬铝设计，以提高系统的刚度，减小结构震颤和变形引入的测量误差。本专利技术的优点：1、结构简单、可靠性强、加装和系统集成方便；2、测量和规划同步进行，且不需输入理论数据用于路径规划，大大提高了测量的效率和灵活性；3、型面精测传感器测点数据的采集全部在0点附近完成，极大的限制了倾角误差，大大提高了测量的精度；4、路径规划传感器1和型面精测传感器2的0点光斑在Z方向的偏差ΔZ，可以根据叶片型面的截面间距大小，由测控电路程控调节。满足各型叶片的测量需求。附图说明图1测头系统总体结构示意图。图2测控电路与测头系统的关系图。图3三轴精密调整滑台示意图。图4路径规划传感器和型面精测传感器的0点光斑位置关系图。图5同步规划测量原理示意图。图a是截面1规划测量，图b是截面1型面精测、截面2规划测量。图6路径规划传感器标定曲线。具体实施方式下面结合具体叶片测量案例对本专利技术进行详细说明：参照图1-6所示，一种叶片型面精密测头系统，包括路径规划传感器1、型面精测传感器2、三轴精密调整滑台3、转接板a4、转接板b5、转接板c6和测控电路7。路径规划传感器1通过转接板a4与三轴精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶片型面精密测头系统，其特征在于：包括路径规划传感器(1)、型面精测传感器(2)、三轴精密调整滑台(3)、转接板a(4)、转接板b(5)、转接板c(6)和测控电路(7)；路径规划传感器(1)通过转接板a(4)与三轴精密调整滑台(3)的滑台301相连；通过滑台301的调整，调整路径规划传感器(1)的0点光斑位置；路径规划传感器(1)为光学非接触式位移传感器，负责路径规划、采样策略分析和几何形状识别等；型面精测传感器(2)为光学非接触式位移传感器，型面精测传感器(2)通过螺丝固定在转接板b(5)上；依据路径规划传感器(1)得到的规划路径和采样策略，完成叶片型面的精密测量；三轴精密调整滑台(3)，通过转接板c(6)固定在转接板b(5)上；用于路径规划传感器(1)、型面精测传感器(2)相对位置调整和精确数学关系模型建立；转接板b(5)通过螺丝固定在叶片测量平台的三轴滑台上，实现测头系统与测量平台的连接与安装；测控电路(7)分别和路径规划传感器(1)、型面精测传感器(2)以及三轴精密调整滑台(3)连接，路径规划传感器(1)、型面精测传感器(2)测量数据的采集和三轴精密调整滑台(3)的调整和控制通过测控电路(7)的控制进行实现；测头系统在无需输入叶片理论模型数据和姿态精调的情况下，自动进行路径规划并同步完成叶片型面数据的采集；测点的数据采集全部在0点附近完成，限制倾角误差，提高测量的精度；路径规划传感器(1)和型面精测传感器(2)的0点光斑P1和P2应满足如图4所示的位置关系；设P1点坐标为(X1，Y1，Z1)，P2点坐标为(X2，Y2，Z2)，则两者的坐标满足如下关系：X2＝X1Y2＝Y1Z2＝Z1‑ΔZ路径规划传感器(1)和型面精测传感器(2)的0点光斑在Z方向的偏差ΔZ，根据叶片型面的截面间距大小，由测控电路(7)程控调节；型面精测传感器(2)的型面精测与路径规划传感器(1)的路径规划和采样策略分析同步进行；测头系统工作的原理和过程为：首先，路径规划传感器(1)对截面1进行规划测量，得到规划坐标P1Gi(X1Gi,Y1Gi,Z1Gi)；然后，型面精测传感器(2)依据规划坐标P1Gi和采样策略对截面1进行型面精测，得到型面精测坐标P1Mi(X1Mi,Y1Mi,Z1Mi)；截面1型面精测的同时，路径规划传感器(1)对截面2进行规划测量，得到规划坐标P2Gi(X2Gi,Y2Gi,Z2Gi)，以同步的方式完成型面测量；由于测量和规划同步进行，且不需输入理论数据用于路径规划，因此提高测量的效率和灵活性。...

【技术特征摘要】
1.一种叶片型面精密测头系统，其特征在于：包括路径规划传感器(1)、型面精测传感器(2)、三轴精密调整滑台(3)、转接板a(4)、转接板b(5)、转接板c(6)和测控电路(7)；路径规划传感器(1)通过转接板a(4)与三轴精密调整滑台(3)的滑台301相连；通过滑台301的调整，调整路径规划传感器(1)的0点光斑位置；路径规划传感器(1)为光学非接触式位移传感器，负责路径规划、采样策略分析和几何形状识别等；型面精测传感器(2)为光学非接触式位移传感器，型面精测传感器(2)通过螺丝固定在转接板b(5)上；依据路径规划传感器(1)得到的规划路径和采样策略，完成叶片型面的精密测量；三轴精密调整滑台(3)，通过转接板c(6)固定在转接板b(5)上；用于路径规划传感器(1)、型面精测传感器(2)相对位置调整和精确数学关系模型建立；转接板b(5)通过螺丝固定在叶片测量平台的三轴滑台上，实现测头系统与测量平台的连接与安装；测控电路(7)分别和路径规划传感器(1)、型面精测传感器(2)以及三轴精密调整滑台(3)连接，路径规划传感器(1)、型面精测传感器(2)测量数据的采集和三轴精密调整滑台(3)的调整和控制通过测控电路(7)的控制进行实现；测头系统在无需输入叶片理论模型数据和姿态精调的情况下，自动进行路径规划并同步完成叶片型面数据的采集；测点的数据采集全部在0点附近完成，限制倾角误差，提高测量的精度；路径规划传感器(1)和型面精测传感器(2)的0点光斑P1和P2应满足如图4所示的位置关系；设P1点坐标为(X1，Y1，Z1)，P2点坐标为(X2，Y2，Z2)，则两者的坐标满足如下关系：X2＝X1Y2＝Y1Z2＝Z1-ΔZ路径规划传感器(1)和型面精测传感器(2)的0点光斑在Z方向的偏差ΔZ，根据叶片型面的截面间距大小，由测控电路(7)程控调节；型面精测传感器(2)的型面精测与路径规划传感器(1)的路径规划和采样策略分析同步进行；测头系统工作的原理和过程为：首先，路径规划传感器(1)对截面1进行规划测量，得到规划坐标P1Gi(X1Gi,Y1Gi,Z1Gi)；然后，型面精测传感器(2)依据规划坐标P1Gi和采样策略对截面1进行型面精测，得到型面精测坐标P1Mi(X1Mi,Y1Mi,Z1Mi)；截面1型面精测的同时，路...

【专利技术属性】
技术研发人员：石照耀，李学哲，李昱坤，李珂，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11