一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法技术

本发明专利技术属于空间曲面薄壁微小孔直径和空间坐标几何尺寸的测量领域，具体为一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，特别是将远心光学镜头与五轴坐标测量机复合设计及应用、测量叶片叶身空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法。应用五轴光学复合坐标测量机的接触式探头建立空间曲面微小孔直径和坐标位置工件的测量基准，应用二维转台按照空间曲面微小孔轴线方向确定空间姿态，应用远心光学镜头提取空间曲面微小孔图像。本发明专利技术可以解决微小孔影像模糊不能提取数据和评价的技术难题，实现对测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的数字化精密测量，为有效控制航空发动机叶片气膜孔等加工质量，提供一种可行的测量方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于空间曲面薄壁微小孔直径和空间坐标几何尺寸的测量领域，具体为，特别是将远心光学镜头与五轴坐标测量机复合设计及应用、测量叶片叶身空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法。应用五轴光学复合坐标测量机的接触式探头建立空间曲面微小孔直径和坐标位置工件的测量基准，应用二维转台按照空间曲面微小孔轴线方向确定空间姿态，应用远心光学镜头提取空间曲面微小孔图像。本专利技术可以解决微小孔影像模糊不能提取数据和评价的技术难题，实现对测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的数字化精密测量，为有效控制航空发动机叶片气膜孔等加工质量，提供一种可行的测量方法。【专利说明】
本专利技术属于空间曲面薄壁微小孔直径和空间坐标几何尺寸的测量领域，具体为，特别是将远心光学镜头与五轴坐标测量机复合设计及应用、测量叶片叶身空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法。
技术介绍
现有技术中，测量孔的直径和坐标位置的主要方法及存在问题:(I)三坐标测量法用三坐标测量机及其配装的双轴精密转台(即五轴三坐标测量机)，可以实现对直径大于Φ?πιπι以上空间曲面孔直径和坐标位置的测量，而且具有精度高、智能化等特点。但是，由于测针测球直径(最小的为Φ0.5mm)限制，对于小于Φ?πιπι的孔，测球伸入内孔探测孔的内壁存在很大困难，特别是等于或小于Φ0.5mm的孔，不能深入内孔接触到孔的内壁，而无法探测取得数据，三坐标测量机无能为力。(2)光学坐标测量法传统的光学坐标测量机是以万能工具显微镜为典型代表，对于测量平面上的Φ0.25_~Φ0.5_微小孔直径和坐标位置，具有绝对优势，精度高，操作简便。但是，在测量空间曲面微小孔直径和坐标位置时，存在着孔的定位和影像模糊，难以瞄准、评价直径和坐标位置的问题，因此也无法实现测量，见图1。现代光学坐标测量机是以光学复合坐标测量机为代表，它是在三坐标测量机的基础上，增加了光学镜头和激光探头，将接触测量与非接触测量融为一体。因此，其功能比万能工具显微镜更强大，智能化水平更高。但是，在测量空间曲面微小孔直径和坐标位置时，同样存在着孔的影像模糊，难以瞄准、评价直径和坐标位置的问题，因此也无法实现测量，见图1。在透平机械中装有大量的叶片，这些叶片需要在高温高速条件下保持良好的机械性能，以保证透平能持续的提供动力。因此，需要提高叶片的承温能力，其主要措施一是选用耐高温合金材料及特殊热处理工艺；二是在叶片叶身曲面上设计加工大量的结构复杂、分布不等的微小的冷却气膜孔。叶身曲面既是空间曲面，又是薄壁的，微小孔直径一般在Φ0.25mm~Φ0.5mm，空间角度复杂，每排气膜孔的角度都不尽相同。因此，功能强大的三坐标测量机因测针测球最小直径Φ0.5mm大于或等于被测孔的直径，无法探测提取数据。国内可见到的光学坐标测量设备，因构成空间曲面微小孔曲线的各要素点，不在同一平面上，呈现在光学镜头下的图像不完整不清晰，无法评价微小孔的直径和中心坐标位置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，应用双轴精密转台和叶片定位装置实现了叶片空间的准确定位，通过远心光学镜头与五轴坐标测量机复合设计及应用，解决微小孔影像模糊不能提取数据和评价的技术难题，实现对测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的数字化精密测量，为有效控制航空发动机叶片气膜孔等加工质量，提供一种可行的测量方法。本专利技术的技术方案是:，将远心光学镜头与带二维转台工作台的三坐标测量机进行复合，形成五轴光学复合坐标测量机；应用接触式探头建立空间曲面微小孔直径和坐标位置工件的测量基准，应用二维转台工作台按照空间曲面微小孔轴线方向确定空间姿态，应用远心光学镜头提取空间曲面微小孔图像。所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，二维转台工作台为双轴精密转台。所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，微小孔为航空发动机叶片气膜孔，通过使用叶片定位装置和叶片榫齿接触实现对叶片的定位。所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，航空发动机叶片气膜孔测量基准和坐标系的建立如下:I)叶片0-0轴线的建立在二维转台工作台上设置叶片定位装置，叶片定位装置的两定位块:固定定位块和活动定位块，相对设置于叶片的榫齿两侧，叶片定位装置的顶部表面为定位装置平面；两定位块与榫齿无缝隙接触，所述无缝隙接触的圆弧柱面中心即为叶片F基准平面；叶片定位装置在垂直于叶片0-0轴线的榫齿方向的一端设有定位球，与叶片T基准平面接触，实现该方向的定位，使叶片0-0轴线与叶片定位装置中心轴线和二维转台工作台水平回转轴重合；根据叶片0-0轴的位置调整定位球，使定位球的一端至叶片定位装置中心回转轴的距离为L，与叶片T基准平面在至叶片0-0轴线的距离相等，以保证叶片在榫齿长度方向上的准确定位；2)叶片F基准的建立与叶片榫齿无缝隙接触的两定位块圆弧柱面的中心在叶片F基准平面内；建立F基准平面实际操作中，使叶片定位装置处于夹紧状态的两定位块圆弧柱面的中心所构成的平面与叶片F基准平面重合，并测出该平面到定位装置平面的距离，完成叶片F基准的建立；3)建立叶片测量基准坐标系由叶片F基准平面、叶片0-0轴线、X轴线建立坐标系，其中:坐标系的Z轴为叶片0-0轴线，坐标系的X轴和Y轴设在叶片F基准平面内，坐标系的X轴与叶片榫齿对称面平行。所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，航空发动机叶片气膜孔测量用的装置由两部分组成:远心光学镜头与带二维转台工作台的三坐标测量机，光学镜头位于接触式探头的一侧，光学镜头与三坐标测量机复合设计构成空间曲面气膜孔直径和坐标位置的测量装置。所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，二维转台工作台可绕相互垂直的两个转轴旋转，既可绕垂直于水平面的回转轴旋转，又可绕平行于水平面的回转轴旋转，通过二维转台工作台在二维方向的转动，带动叶片定位装置上的被测叶片，以调整气膜孔与光轴上光学镜头的相互位置关系；二维转台工作台与叶片定位装置一起构成控制叶片的气膜孔空间位置的机构，使气膜孔中心轴线与远心光学镜头同轴或平行，以保证摄像机通过远心光学镜头提取气膜孔轮廓图像；远心光学镜头是在气膜孔中心轴线方向上，获取相对于物镜距离不同的点构成孔轮廓空间线的像，并在摄像机靶面上清晰地显示成孔的二维图像。所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，摄像机将气膜孔二维图像数据送测量软件进行评价，得到气膜孔的直径和两维坐标位置尺寸，气膜孔的角度由双轴精密转台确定并给出。所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，测量航空发动机叶片空间曲面气膜孔直径和位置尺寸的过程，具体如下:(I)将普通测针安装在三坐标测量机接触式探头上校准三坐标标准球，满足测量要求后与吸盘一起放到测针库的指定位置；(2)将叶片装夹在叶片定位装置上，并用指示表调整找正，使叶片定位装置中心、叶片0-0轴线和双轴精密转台中心轴线同轴；(3)调用普通测针，按照图纸要求建立测量基准和坐标系；(4)按照图纸要求给定的气膜孔空间角度，键盘输入双轴精密转台应转的角度，使气膜孔中心轴线与远心光学镜头同轴或平行；(5)使用远心光学镜头瞄准被测叶片气膜孔，提取气膜孔空间轮廓曲线，摄像机将经远心光学镜头获得的该气膜孔二维图像数据送测量软件进行评价，得到气膜孔的直径和两维坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其特征在于，将远心光学镜头与带二维转台工作台的三坐标测量机进行复合，形成五轴光学复合坐标测量机；应用接触式探头建立空间曲面微小孔直径和坐标位置工件的测量基准，应用二维转台工作台按照空间曲面微小孔轴线方向确定空间姿态，应用远心光学镜头提取空间曲面微小孔图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王呈，穆轩，王东，刘鹏，周永兆，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：