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汽轮机叶片接触式三坐标测量的精度问题及解决方法

日期: 2023-03-22 11:26:57
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  长期以来,接触式三坐标测量机以其通用性和高精度成为测量几何尺寸和形位公差的首选设备。到目前为止,还没有任何一种测量装置能在几何测量领域有如此广泛的应用。在涡轮叶片加工行业,接触式三坐标测量机长期以来一直作为一种质量控制检验方法,广泛应用于航空航天和发电设备涡轮叶片的形状和根部尺寸及形状公差的检测。
 
  不可否认的是,对于廓形公差一般设定为80-200μm的翼型,一般接触式三坐标测量机的测量精度在2μm左右是完全能够胜任测量工作的。对于精度要求高的叶根装配尺寸,5~10μm的公差也可以用1.5μm以上甚至是亚微米级的高精度三坐标测量。叶片作为叶轮机械的关键部件之一,有着非常显著的特点和独特的测试要求。然而,作为一种通用的测量设备,三坐标测量机能否完全满足涡轮叶片检测的特点,一直是一个被忽视的课题。也就是说,从三坐标测量的原理来看,还没有找到一个完美的解决方案来解决叶片测量中遇到的问题。
  叶片型面测量一般通过特征截面(控制截面)的轮廓偏差和位置偏差来评价。这些特征截面是基于一定的平面,并具有特定的截面高度。截面与翼型廓线的交点形成一组封闭的平面三维曲线,这组封闭曲线就是翼型廓线,它是叶片廓线测量的对象。虽然每个轮廓线都在平面上,但由于轮廓线上每个测量点的法线方向在三维空间中是变化的,因此不能将它们视为二维曲线。正是由于这个原因,造成了叶片型面测量中的一个难点,即测针半径补偿误差(余弦误差)的引入。
  叶片型面的测量方法有两种,一种是作为未知曲线扫描型面,另一种是作为已知曲线扫描型面,但这两种方法都有各自的缺点。当扫描叶片轮廓为未知曲线时,软件可以锁定扫描段的高度,同时设置矢量方向的k分量I,I,j,k的测量点为0,并输出具有固定Z值的测量点。当用球笔扫描轮廓时,红宝石球与3D表面的实际接触点不是预期的接触点(如图所示)。测量软件记录红宝石球中心的空间坐标,然后根据测针的半径进行补偿,得到实际点的坐标。在这种情况下,触笔在击中预期的接触点之前已触发,因此补偿的接触点将具有半径补偿的余弦误差。
  

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