一種非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法
【專利摘要】本發(fā)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。應用五軸光學復合坐標測量機的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，應用二維轉臺按照空間曲面微小孔軸線方向確定空間姿態(tài)，應用遠心光學鏡頭提取空間曲面微小孔圖像。本發(fā)明可以解決微小孔影像模糊不能提取數(shù)據(jù)和評價的技術難題，實現(xiàn)對測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的數(shù)字化精密測量，為有效控制航空發(fā)動機葉片氣膜孔等加工質量，提供一種可行的測量方法。
【專利說明】一種非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)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】
[0002]現(xiàn)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:
[0003](I)三坐標測量法
[0004]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(xiàn)對直徑大于Φ?πιπι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Φ?πιπι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(shù)據(jù)，三坐標測量機無能為力。
[0005](2)光學坐標測量法
[0006]傳統(tǒng)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Φ0.25_~Φ0.5_微小孔直徑和坐標位置，具有絕對優(yōu)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(xiàn)測量，見圖1。
[0007]現(xiàn)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(xiàn)測量，見圖1。
[0008]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(xù)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(shù)據(jù)。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(xiàn)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(fā)明內容】

[0009]本發(fā)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(xiàn)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(shù)據(jù)和評價的技術難題，實現(xiàn)對測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的數(shù)字化精密測量，為有效控制航空發(fā)動機葉片氣膜孔等加工質量，提供一種可行的測量方法。
[0010]本發(fā)明的技術方案是:
[0011]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(tài)，應用遠心光學鏡頭提取空間曲面微小孔圖像。
[0012]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。
[0013]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(fā)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(xiàn)對葉片的定位。
[0014]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(fā)動機葉片氣膜孔測量基準和坐標系的建立如下:
[0015]I)葉片0-0軸線的建立
[0016]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(xiàn)基準平面；葉片定位裝置在垂直于葉片0-0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(xiàn)該方向的定位，使葉片0-0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；
[0017]根據(jù)葉片0-0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0-0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；
[0018]2)葉片F(xiàn)基準的建立
[0019]與葉片榫齒無縫隙接觸的兩定位塊圓弧柱面的中心在葉片F(xiàn)基準平面內；建立F基準平面實際操作中，使葉片定位裝置處于夾緊狀態(tài)的兩定位塊圓弧柱面的中心所構成的平面與葉片F(xiàn)基準平面重合，并測出該平面到定位裝置平面的距離，完成葉片F(xiàn)基準的建立；
[0020]3)建立葉片測量基準坐標系
[0021]由葉片F(xiàn)基準平面、葉片0-0軸線、X軸線建立坐標系，其中:坐標系的Z軸為葉片0-0軸線，坐標系的X軸和Y軸設在葉片F(xiàn)基準平面內，坐標系的X軸與葉片榫齒對稱面平行。
[0022]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(fā)動機葉片氣膜孔測量用的裝置由兩部分組成:遠心光學鏡頭與帶二維轉臺工作臺的三坐標測量機，光學鏡頭位于接觸式探頭的一側，光學鏡頭與三坐標測量機復合設計構成空間曲面氣膜孔直徑和坐標位置的測量裝置。
[0023]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，二維轉臺工作臺可繞相互垂直的兩個轉軸旋轉，既可繞垂直于水平面的回轉軸旋轉，又可繞平行于水平面的回轉軸旋轉，通過二維轉臺工作臺在二維方向的轉動，帶動葉片定位裝置上的被測葉片，以調整氣膜孔與光軸上光學鏡頭的相互位置關系；二維轉臺工作臺與葉片定位裝置一起構成控制葉片的氣膜孔空間位置的機構，使氣膜孔中心軸線與遠心光學鏡頭同軸或平行，以保證攝像機通過遠心光學鏡頭提取氣膜孔輪廓圖像；遠心光學鏡頭是在氣膜孔中心軸線方向上，獲取相對于物鏡距離不同的點構成孔輪廓空間線的像，并在攝像機靶面上清晰地顯示成孔的二維圖像。
[0024]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，攝像機將氣膜孔二維圖像數(shù)據(jù)送測量軟件進行評價，得到氣膜孔的直徑和兩維坐標位置尺寸，氣膜孔的角度由雙軸精密轉臺確定并給出。
[0025]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，測量航空發(fā)動機葉片空間曲面氣膜孔直徑和位置尺寸的過程，具體如下:
[0026](I)將普通測針安裝在三坐標測量機接觸式探頭上校準三坐標標準球，滿足測量要求后與吸盤一起放到測針庫的指定位置；
[0027](2)將葉片裝夾在葉片定位裝置上，并用指示表調整找正，使葉片定位裝置中心、葉片0-0軸線和雙軸精密轉臺中心軸線同軸；
[0028](3)調用普通測針，按照圖紙要求建立測量基準和坐標系；
[0029](4)按照圖紙要求給定的氣膜孔空間角度，鍵盤輸入雙軸精密轉臺應轉的角度，使氣膜孔中心軸線與遠心光學鏡頭同軸或平行；
[0030](5)使用遠心光學鏡頭瞄準被測葉片氣膜孔，提取氣膜孔空間輪廓曲線，攝像機將經(jīng)遠心光學鏡頭獲得的該氣膜孔二維圖像數(shù)據(jù)送測量軟件進行評價，得到氣膜孔的直徑和兩維坐標位置尺寸，獲得測量結果。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是:
[0032]1、本發(fā)明將遠心光學鏡頭與五軸坐標測量機的復合設計，解決了空間曲面微小孔輪廓空間曲線圖像的提取問題，為測量軟件評價微小孔直徑和中心坐標提供關鍵重要必要條件。
[0033]2、本發(fā)明選擇雙軸精密轉臺作為非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置方法的輔助設備，解決了微小孔空間角度的旋轉定位問題，使微小孔中心軸線與遠心光學鏡頭的光軸同軸或平行，為提取微小孔真實直徑提供了理想條件。
[0034]3、本發(fā)明以測量航空發(fā)動機葉片為例，使用葉片定位裝置與葉片榫齒接觸實現(xiàn)對葉片的定位，介紹了一種空間曲面微小孔工件的定位裝置，解決了空間曲面微小孔類工件的裝夾定位問題。
[0035]4、本發(fā)明以測量航空發(fā)動機葉片為例，介紹了一種在五軸光學復合坐標測量機上建立空間曲面微小孔工件測量基準和坐標系的方法，解決了建立測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的基準和坐標系問題。
[0036]5、本發(fā)明在測量空間曲面微小孔直徑和坐標領域具有創(chuàng)新性，不僅適合透平機械葉片氣膜孔的測量，也可在其它類似結構的機械產(chǎn)品中得到廣泛應用。航空發(fā)動機葉片氣膜孔的測量，能夠定量分析驗證葉片氣膜孔技術狀態(tài)，提高航空發(fā)動機葉片氣膜孔加工工藝技術水平，其社會效益和經(jīng)濟效益難以估算。
[0037]總之，本發(fā)明遠心光學鏡頭與五軸坐標測量機復合設計及應用、測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，研制的帶有雙軸精密轉臺和遠心光學鏡頭的五軸坐標測量機，使用光學影像測量技術，實現(xiàn)了對葉片葉身空間曲面微小氣膜孔直徑和坐標位置的非接觸測量，結束了葉片氣膜孔不能測量的歷史。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為空間曲面微小孔放大影像圖。
[0039]圖2本發(fā)明葉片在定位裝置上的定位方法示意圖。
[0040]圖3為本發(fā)明活動定位塊和固定定位塊的示意圖。
[0041]圖4為本發(fā)明測量裝置結構示意圖。
[0042]圖5為本發(fā)明氣膜孔軸線與鏡頭光軸同軸(或平行)示意圖。
[0043]圖6為本發(fā)明測量氣膜孔的坐標系統(tǒng)示意圖。
[0044]圖中，I榫齒；2固定定位塊；3葉片F(xiàn)基準平面；4葉片定位裝置；5 二維轉臺工作臺；6定位球；7定位裝置平面；8葉片T基準平面；9光學鏡頭；10接觸式探頭；11活動定位塊；12三坐標測量機；13氣膜孔；14標準葉片；15光軸；16轉臺回轉中心；17定位塊與榫齒接觸面。
【具體實施方式】
[0045]如圖1-圖6所示，本發(fā)明非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，具體如下:
[0046](I)遠心光學鏡頭的復合設計及應用
[0047]本發(fā)明將遠心光學鏡頭與帶雙軸精密轉臺的三坐標測量機進行復合(即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，應用雙軸精密轉臺按照空間曲面微小孔軸線方向確定空間姿態(tài)，應用遠心光學鏡頭提取空間曲面微小孔圖像(圖1)，解決一般鏡頭下圖像模糊不能測量的問題。
[0048](2)工件定位方法
[0049]空間曲面微小孔直徑和坐標位置工件的定位，需要依據(jù)被測工件圖紙要求選擇適當?shù)亩ㄎ环椒?或設計葉片定位裝置)，本發(fā)明以測量航空發(fā)動機葉片氣膜孔為例，介紹空間曲面微小孔直徑和坐標位置工件的定位方法，通過使用葉片定位裝置和葉片榫齒接觸實現(xiàn)對葉片的定位。
[0050](3)測量基準和坐標系的建立
[0051]建立測量基準的方法是:
[0052]I)葉片0-0軸線的建立
[0053]如圖2、圖3所示，在二維轉臺工作臺5上設置葉片定位裝置4，葉片定位裝置4的固定定位塊2和活動定位塊11相對設置于葉片的榫齒I兩側，葉片定位裝置4的頂部表面為定位裝置平面7 ;固定定位塊2、活動定位塊11通過定位塊與榫齒接觸面17，實現(xiàn)與榫齒I無縫隙接觸，所述無縫隙接觸的圓弧柱面中心即為葉片F(xiàn)基準平面3 ;葉片定位裝置4在垂直于葉片0-0軸線的榫齒方向的一端設有定位球6，與豎向的葉片T基準平面8接觸，圖中，葉片0-0軸線與葉片定位裝置4 (夾具)中心軸線和二維轉臺工作臺水平回轉軸重合。
[0054]根據(jù)葉片0-0軸的位置調整定位球6,使定位球6的一端至葉片定位裝置4中心回轉軸的距離為L，與葉片T基準平面8在至葉片0-0軸線的距離相等，以保證葉片在榫齒I長度方向上的準確定位。
[0055]2)葉片F(xiàn)基準的建立
[0056]按照葉片零件圖或工藝規(guī)程設計的定位塊，理論上其與榫齒I無縫隙接觸的圓弧柱面的中心即為葉片F(xiàn)基準平面3。建立F基準平面實際操作中，使葉片定位裝置4的固定定位塊2和處于夾緊狀態(tài)的活動定位塊11兩圓弧柱面的中心所構成的平面與葉片F(xiàn)基準平面3重合，完成葉片F(xiàn)基準的建立。
[0057]3)建立葉片測量基準坐標系
[0058]由葉片F(xiàn)基準平面3、葉片0-0軸線、X軸線建立坐標系，其中:坐標系的Z軸為葉片0-0軸線，坐標系的X軸和Y軸設在葉片F(xiàn)基準平面3內，坐標系的X軸與葉片榫齒對稱面平行。
[0059]本發(fā)明中，空間曲面微小孔直徑和坐標的測量基準和坐標系的建立方法,具體如下:
[0060](I)測量裝置
[0061]如圖4所示，本發(fā)明測量裝置由兩部分組成:遠心光學鏡頭9與帶二維轉臺工作臺5 (雙軸精密轉臺)的三坐標測量機12，光學鏡頭9位于接觸式探頭10的一側，光學鏡頭9與三坐標測量機12復合設計構成了空間曲面微小孔直徑和坐標位置的測量裝置。
[0062]各部分的功能是:
[0063]三坐標測量機12是數(shù)字化、自動化、智能化測量的主體,完成各坐標軸的驅動、工件坐標的建立、處理和評價提取的微小孔圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對微小孔的測量。
[0064]如圖5所示，二維轉臺工作臺5 (雙軸精密轉臺)可繞相互垂直的兩個轉軸旋轉，既可繞垂直于水平面的回轉軸(B軸)旋轉，又可繞平行于水平面的回轉軸(A軸)旋轉，通過二維轉臺工作臺5 (雙軸精密轉臺)在二維方向的轉動，帶動葉片定位裝置4上的葉片14，以調整氣膜孔13軸線與光學鏡頭9上的光軸15的相互位置關系。
[0065]二維轉臺工作臺5 (雙軸精密轉臺)與葉片定位裝置4 一起構成控制微小孔(如:葉片的氣膜孔13)工件空間位置的機構，可按照微小孔圖紙要求，確定工件姿態(tài)，使微小孔中心軸線與遠心光學鏡頭9的光軸同軸或平行(見圖5)，以保證攝像機通過遠心光學鏡頭提取微小孔輪廓圖像。
[0066]遠心光學鏡頭9的作用是在微小孔中心軸線方向上，獲取相對于物鏡距離不同的點構成孔輪廓空間線的像，并能夠在攝像機靶面上清晰地顯示成孔的二維圖像。
[0067](2)定位裝置及工件定位
[0068]空間曲面微小孔工件一般都有設計和工藝基準，根據(jù)基準結構不同可設計加工不同夾具，本發(fā)明以航空發(fā)動機葉片為例，使用所設計的葉片定位裝置4 (夾具)對葉片氣膜孔13(葉身空間曲面微小孔)進行定位，結合雙軸精密轉臺，即可實現(xiàn)按照葉片圖紙要求確定工件姿態(tài)，使微小孔中心軸線與遠心光學鏡頭同軸或平行。
[0069](3)空間曲面微小孔的測量
[0070]以葉片為例，建立測量基準和坐標系后，使用遠心光學鏡頭9提取葉片葉身氣膜孔13(空間曲面微小孔)空間輪廓曲線，將圖像投影到攝像機靶面上，攝像機將氣膜孔二維圖像數(shù)據(jù)送現(xiàn)有五軸三坐標測量機測量軟件進行評價，得到微小孔的直徑和兩維坐標位置尺寸，氣膜孔13的角度由雙軸精密轉臺確定并給出。[0071]本發(fā)明以航空發(fā)動機葉片氣膜孔為例介紹測量空間曲面微小孔直徑和位置尺寸的過程，具體如下:
[0072](I)將桿長適當?shù)钠胀y針安裝在三坐標測量機接觸式探頭10上校準三坐標標準球，滿足測量要求后與吸盤一起放到測針庫的指定位置。
[0073](2)按圖2所示方法將葉片裝夾在葉片定位裝置4上，并用指示表調整找正，使葉片定位裝置4中心、葉片回轉軸0-0軸線和雙軸精密轉臺中心軸線同軸。
[0074](3)調用普通測針，按照圖紙要求建立測量基準和坐標系。
[0075](4)按照圖紙要求給定的氣膜孔空間角度，鍵盤輸入雙軸精密轉臺應轉的角度，使氣膜孔13中心軸線與遠心光學鏡頭9同軸或平行，見圖5。
[0076](5)使用遠心光學鏡頭9提取葉片葉身氣膜孔13(空間曲面微小孔)空間輪廓曲線，將圖像投影到攝像機靶面上，攝像機將氣膜孔二維圖像數(shù)據(jù)送現(xiàn)有五軸三坐標測量機測量軟件進行評價，得到微小孔的直徑和兩維坐標位置尺寸。使用遠心光學鏡頭9瞄準被測葉片氣膜孔，提取氣膜孔13 (空間曲面微小孔)空間輪廓曲線，攝像機將經(jīng)遠心光學鏡頭獲得的該微小孔二維圖像數(shù)據(jù)送五軸三坐標測量機測量軟件進行評價，得到微小孔的直徑和兩維坐標位置尺寸，獲得測量結果。
[0077]實施例
[0078]航空發(fā)動機高壓渦輪葉片氣膜孔是葉身的微小孔，一般在Φ 0.3mm?Φ 0.5mm,是典型的空間曲面微小孔。因此，本發(fā)明以高壓渦輪葉片氣膜孔直徑及坐標位置尺寸的檢測作為本發(fā)明的實施例。
[0079](I)葉片0-0軸線的建立
[0080]根據(jù)葉片0-0軸的位置調整定位球6，使定位球6至葉片定位裝置4中心回轉軸的距離為L，與葉片T基準平面8在至葉片0-0軸線的距離相等，以保證葉片在榫齒I長度方向上的準確定位。
[0081]葉片定位裝置4的夾緊機構在設計時采用了微變形原理，避免夾緊造成的定位誤差，定位塊分為固定定位塊2和可微調的活動定位塊11，活動定位塊11嵌在溝槽內，活動定位塊11與葉片榫齒I穩(wěn)固接觸，活動定位塊11的長度大于葉片榫齒I長度。葉片通過定位塊(固定定位塊2和活動定位塊11)裝夾在葉片定位裝置4上，保證了葉片在水平方向上不偏擺，同時也保證了在豎直方向上不旋轉、不偏擺。
[0082]由于定位球6和定位塊可以保證葉片的完全定位，從而葉片安裝在葉片定位裝置上以后，葉片0-0軸線與葉片定位裝置4的中心軸線重合，如圖5。再通過安裝和找正，使葉片定位裝置4 (夾具)的中心軸線與二維轉臺工作臺水平回轉軸線重合。
[0083](2)葉片F(xiàn)基準的轉換
[0084]按照葉片設計圖或工藝規(guī)程設計的定位塊，理論上其圓弧柱面與榫齒I無縫隙接觸，兩圓弧柱面的中心構成的平面即為葉片的F基準平面。在建立F基準平面實際操作中，使葉片定位裝置4的固定定位塊2和處于夾緊狀態(tài)的活動定位塊11兩圓弧柱面所構成的平面與葉片F(xiàn)基準平面3重合，見圖2。測量定位塊的中心到葉片定位裝置4的定位裝置平面7的距離尺寸，使隱形的F基準轉換成接觸式探頭10能夠直接測量的定位裝置平面7，完成葉片F(xiàn)基準的建立。
[0085](3)建立葉片F(xiàn)基準平面[0086]實測出葉片定位裝置平面7至定位塊中心的平面距離，再測量定位裝置平面7，向下偏置該距離至定位塊中心平面，即葉片F(xiàn)基準平面，此平面為坐標系Z零平面。
[0087](4)建立 X 軸
[0088]在葉片定位裝置4的定位塊鉛垂面內選擇一條直線確定X軸方向,這條直線應與榫齒I對稱面平行。
[0089](5)建立測量氣膜孔的坐標系
[0090]在測量氣膜孔13的過程中，坐標系方向不發(fā)生變化，而坐標系原點位置隨著孔位標準葉片14的氣膜孔13空間角度不同而發(fā)生變化。葉片在圍繞轉臺回轉中心16旋轉過程中，在繞B軸旋轉時，坐標系原點坐標不變；在繞A軸旋轉時，由于轉臺回轉中心16至葉片坐標原點距離為156.562mm，測量定位塊的中心到葉片定位裝置4的定位裝置平面7的距離尺寸為78_ (見圖6)，旋轉后X坐標不變，Y坐標發(fā)生變化。由于旋轉后的氣膜孔13為投影坐標，故不考慮旋轉后的Z坐標。
[0091]假設原坐標系原點為X、Y,繞A軸、B軸分別旋轉A1角、B1角后的坐標系原點為XpY1，則:
[0092]X1=X
[0093]Y1=Y + 156.562cos A1
[0094](6)氣膜孔測量
[0095]通過鍵盤輸入葉片氣膜孔圖紙給出的理論角度，雙軸精密轉臺旋轉至待測氣膜孔13的空間位置，使微小孔中心軸線與遠心光學鏡頭9同軸或平行，如圖5。使用遠心光學鏡頭提取葉片氣膜孔輪廓圖像，通過三坐標測量軟件進行評價，即可得到氣膜孔的直徑和坐標位置。
【權利要求】
1.一種非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標位置的方法，其特征在于，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(tài)，應用遠心光學鏡頭提取空間曲面微小孔圖像。
2.按照權利要求1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，其特征在于，二維轉臺工作臺為雙軸精密轉臺。
3.按照權利要求1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，其特征在于，微小孔為航空發(fā)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(xiàn)對葉片的定位。
4.按照權利要求3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，其特征在于，航空發(fā)動機葉片氣膜孔測量基準和坐標系的建立如下: 1)葉片0-0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(xiàn)基準平面；葉片定位裝置在垂直于葉片0-0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(xiàn)該方向的定位，使葉片0-0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(jù)葉片0-0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0-0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(xiàn)基準的建立` 與葉片榫齒無縫隙接觸的兩定位塊圓弧柱面的中心在葉片F(xiàn)基準平面內；建立F基準平面實際操作中，使葉片定位裝置處于夾緊狀態(tài)的兩定位塊圓弧柱面的中心所構成的平面與葉片F(xiàn)基準平面重合，并測出該平面到定位裝置平面的距離，完成葉片F(xiàn)基準的建立； 3)建立葉片測量基準坐標系 由葉片F(xiàn)基準平面、葉片0-0軸線、X軸線建立坐標系，其中:坐標系的Z軸為葉片0-0軸線，坐標系的X軸和Y軸設在葉片F(xiàn)基準平面內，坐標系的X軸與葉片榫齒對稱面平行。
5.按照權利要求3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，其特征在于，航空發(fā)動機葉片氣膜孔測量用的裝置由兩部分組成:遠心光學鏡頭與帶二維轉臺工作臺的三坐標測量機，光學鏡頭位于接觸式探頭的一側，光學鏡頭與三坐標測量機復合設計構成空間曲面氣膜孔直徑和坐標位置的測量裝置。
6.按照權利要求5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，其特征在于，二維轉臺工作臺可繞相互垂直的兩個轉軸旋轉，既可繞垂直于水平面的回轉軸旋轉，又可繞平行于水平面的回轉軸旋轉，通過二維轉臺工作臺在二維方向的轉動，帶動葉片定位裝置上的被測葉片，以調整氣膜孔與光軸上光學鏡頭的相互位置關系；二維轉臺工作臺與葉片定位裝置一起構成控制葉片的氣膜孔空間位置的機構，使氣膜孔中心軸線與遠心光學鏡頭同軸或平行，以保證攝像機通過遠心光學鏡頭提取氣膜孔輪廓圖像；遠心光學鏡頭是在氣膜孔中心軸線方向上，獲取相對于物鏡距離不同的點構成孔輪廓空間線的像，并在攝像機靶面上清晰地顯示成孔的二維圖像。
7.按照權利要求6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，其特征在于，攝像機將氣膜孔二維圖像數(shù)據(jù)送測量軟件進行評價，得到氣膜孔的直徑和兩維坐標位置尺寸，氣膜孔的角度由雙軸精密轉臺確定并給出。
8.按照權利要求6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，其特征在于，測量航空發(fā)動機葉片空間曲面氣膜孔直徑和位置尺寸的過程，具體如下: (1)將普通測針安裝在三坐標測量機接觸式探頭上校準三坐標標準球，滿足測量要求后與吸盤一起放到測針庫的指定位置； (2)將葉片裝夾在葉片定位裝置上，并用指示表調整找正，使葉片定位裝置中心、葉片0-0軸線和雙軸精密轉臺中心軸線同軸； (3)調用普通測針，按照圖紙要求建立測量基準和坐標系； (4)按照圖紙要求給定的氣膜孔空間角度，鍵盤輸入雙軸精密轉臺應轉的角度，使氣膜孔中心軸線與遠心光學鏡頭同軸或平行； (5)使用遠心光學鏡頭瞄準被 測葉片氣膜孔，提取氣膜孔空間輪廓曲線，攝像機將經(jīng)遠心光學鏡頭獲得的該氣膜孔二維圖像數(shù)據(jù)送測量軟件進行評價，得到氣膜孔的直徑和兩維坐標位置尺寸，獲得測量結果。
【文檔編號】G01B11/08GK103557802SQ201310577676
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權日:2013年11月18日
【發(fā)明者】王呈, 穆軒, 王東, 劉鵬, 周永兆 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司