專利名稱：一種螺旋槳型面輪廓誤差測量儀及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種螺旋槳型面輪廓誤差測量儀及測量方法，尤其適用于大型船舶和水下航行器的螺旋槳葉片面型誤差的檢測，也可用于汽輪機(jī)葉片、水輪機(jī)葉片、航空螺旋槳等大尺寸回轉(zhuǎn)類零部件的精密測量。
背景技術(shù)：
螺旋槳作為一種應(yīng)用廣泛的推進(jìn)器，是船舶和水下航行器動力系統(tǒng)的核心部件，其葉面呈螺旋曲面形，葉片薄、厚不均，槳葉的幾何形狀特點(diǎn)使其成為典型性的具有復(fù)雜曲面的大型機(jī)械零件。其面型的加工精度是影響螺旋槳使用壽命、機(jī)械效率和噪聲高低的重要因素。但由于其形狀為復(fù)雜的自由曲面，體積和重量較大，因此在制造和加工的過程中，對槳葉型面及相關(guān)尺寸和參數(shù)的測量一直是業(yè)內(nèi)的一個難題。目前常用的檢測方法包括樣板法、三坐標(biāo)測量機(jī)法、激光跟蹤儀法、光電經(jīng)緯儀法和機(jī)器視覺攝像法等。樣板法所使用的樣板均是手工制造、面型精度難以保證、剛性差易變形；三坐標(biāo)測量機(jī)雖然測量精度高，但對環(huán)境要求高、測量范圍?。唤陙碇饾u發(fā)展成熟的激光跟蹤儀法、光電經(jīng)緯儀法可以實現(xiàn)對葉片的高精度檢測，都是通過儀器測量空間內(nèi)單點(diǎn)的角度和距離，實時獲取目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，用軟件管理和處理數(shù)據(jù)來獲取葉片面型的空間幾何信息。這些方法需要人工參與，比如調(diào)整靶鏡、間隔性地移動靶鏡位置來實現(xiàn)逐點(diǎn)測量，測量效率偏低，無法達(dá)到生產(chǎn)、檢測所需要的密集點(diǎn)云采集要求。目前流行的采用柔性關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機(jī)和掃描測頭的測量模式日益受到市場注視和歡迎，它可以快速獲得密集點(diǎn)云的三維面型數(shù)據(jù)，但仍需要人工操作，測量效率比較低，測量精度也有待于進(jìn)一步提聞。

發(fā)明內(nèi)容
針對螺旋槳槳葉在加工過程中的面型檢測問題，如何在保證精度的前提下，提高測量速度，降低成本，如何實現(xiàn)現(xiàn)場檢測并減小大型儀器的受力變形和受溫變形對測量精度的干擾，為此，本發(fā)明提供一種螺旋槳型面輪廓誤差測量儀及測量方法，以實現(xiàn)螺旋槳槳葉型面誤差參數(shù)高效、自動和準(zhǔn)確的測量。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明螺旋槳型面輪廓誤差測量儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用龍門式結(jié)構(gòu)，在底座上設(shè)置等高的左立柱和右立柱，并在所述左立柱和右立柱的頂部架設(shè)橫梁，在所述橫梁的中部沿Z向通過支承結(jié)構(gòu)設(shè)置回轉(zhuǎn)主軸，第一步進(jìn)電機(jī)通過第一柔性聯(lián)軸器驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)主軸回轉(zhuǎn)；在所述回轉(zhuǎn)主軸上設(shè)置用于測量回轉(zhuǎn)主軸回轉(zhuǎn)角度的圓光柵；在所述回轉(zhuǎn)主軸的下端呈水平固聯(lián)一測量臂，測量臂與主軸共同繞Z軸回轉(zhuǎn)；在所述測量臂的底面沿測量臂回轉(zhuǎn)平面的徑向設(shè)置一直線導(dǎo)軌，在所述直線導(dǎo)軌上設(shè)置可沿直線導(dǎo)軌作直線移動的工作臺，所述工作臺是以設(shè)置在測量臂上的第二步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動件，以第二滾珠絲桿為傳動件；在所述工作臺上分別固定設(shè)置有激光位移傳感器和電感位移傳感器；所述激光位移傳感器的光軸與Z向平行，所述電感位移傳感器的測量軸線與主軸的回轉(zhuǎn)軸線正交；在所述底座上疊加設(shè)置Y向工作臺和X向工作臺，所述Y向工作臺是以底座為支撐平臺，可沿設(shè)置在所述底座的上平面上的Y向滾動導(dǎo)軌作Y向移動，所述Y向工作臺是以設(shè)置在底座上的第三步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動件，以第三滾珠絲桿為傳動件；所述X向工作臺是以Y向工作臺為支撐平臺，可沿設(shè)置在Y向工作臺的上平面上的X向?qū)к壸鱔向移動，X向工作臺是以設(shè)置在Y向工作臺上的第四步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動件，以短絲杠為傳動件；被測螺旋槳槳葉上的隨行夾具設(shè)置在所述X向工作臺的頂面上定位凹槽中，被測螺旋槳槳葉夾持在所述隨行夾具上。本發(fā)明螺旋槳型面輪廓誤差測量儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述隨行夾具為一可漲芯軸，所述可漲芯軸的頂部固定設(shè)置為吊裝孔，可漲芯軸 的中段為底徑大、頂徑小的外圓錐面，被測螺旋槳槳葉以其內(nèi)孔套裝在圓錐面上，在所述被測螺旋槳槳葉的內(nèi)孔與外圓錐面之間裝入有彈性開口錐套，以壓緊螺母通過壓板抵壓在所述彈性開口錐套的頂面，使被測螺旋槳槳葉和可漲芯軸緊配合，且被測螺旋槳槳葉的內(nèi)孔軸線與可漲芯軸的軸線重合。設(shè)置所述回轉(zhuǎn)主軸的支承結(jié)構(gòu)是2套頂部角接觸球軸承在回轉(zhuǎn)主軸頂端同向配置，I套底部角接觸球軸承在所述回轉(zhuǎn)主軸的底端與所述頂部角接觸球軸承成背靠背設(shè)置；在所述頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承之間分別設(shè)置套裝在回轉(zhuǎn)主軸上的內(nèi)隔套和外隔套，以所述內(nèi)隔套抵在所述頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的內(nèi)圈上，以所述外隔套抵在所述頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的外圈上，并且所述內(nèi)隔套的高度小于外隔套的高度；在所述主軸上設(shè)置多路導(dǎo)電滑環(huán)，所述第二步進(jìn)電機(jī)、電感位移傳感器及激光位移傳感器的檢測信號和驅(qū)動信號分別通過多路導(dǎo)電滑環(huán)進(jìn)行傳輸。本發(fā)明螺旋槳型面輪廓誤差測量儀的測量方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行a、將被測螺旋槳槳葉連同隨行夾具放置在工作臺上的定位凹槽中，使工作臺位于回轉(zhuǎn)主軸的正下方；b、調(diào)整電感位移傳感器的位置，使電感位移傳感器的測頭抵于隨行夾具作為初始位置，調(diào)整電感位移傳感器的初始位置讀數(shù)為零；啟動第一步進(jìn)電機(jī)，由測量臂帶動電感位移傳感器旋轉(zhuǎn)一周，針對由所述電感位移傳感器測得的被測螺旋槳槳葉的軸線與主軸之間的偏心量，分別移動所述Y向工作臺和X向工作臺，使被測螺旋槳槳葉定位在與主軸的軸線重合的位置上，并保持被測螺旋槳槳葉的定位位置不變；C、以主軸的回轉(zhuǎn)軸線為起點(diǎn)，第二步進(jìn)電機(jī)帶動工作臺按照設(shè)定的步距往半徑擴(kuò)大的方向移動一個步距后停止，得到相應(yīng)位置下的激光位移傳感器的回轉(zhuǎn)半徑^，然后第一步進(jìn)電機(jī)啟動，帶動主軸、測量臂和激光位移傳感器一起等角度間隔進(jìn)行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)；同時圓光柵捕捉主軸旋轉(zhuǎn)角度的信息，每轉(zhuǎn)動一個間隔角度，激光位移傳感器獲得被測螺旋槳槳葉上一個點(diǎn)的Z向坐標(biāo)Zli，計算機(jī)同步鎖存每點(diǎn)的(ri，Zli，Ctli),主軸回轉(zhuǎn)一周，獲得數(shù)組(r1； Z11, n)、(r1； z12, 12)......(r” zlm, lm)；
d、第二步進(jìn)電機(jī)(20)帶動工作臺(23)繼續(xù)下一個步距的移動，得到相應(yīng)位置下的激光位移傳感器(13)的回轉(zhuǎn)半徑r2，按照步驟c相同的方式獲得數(shù)組(r2, Z21, 4)21)，(r2, z22, 4>22)......(r2, z2m, 4>2m)；e、繼續(xù)改變和增大激光位移傳感器(13)的回轉(zhuǎn)半徑分別呈r3……rn，按步驟c相同的方式共獲得數(shù)組(r1； Z11, n)、(r1； z2, 12)…(r” zlm, lm)；(r2, Z21, 4> 21) I (r2, Z22, 4*22)…(r2，Z2m，小 2m);(rn, Znl, <j521), (rn, Zn2, ^n2)…(rn, Znm, J ；
其中ri為被測螺旋槳槳葉的葉根處的最小半徑，rn為被測螺旋槳槳葉的葉尖處的最大半徑。e、根據(jù)采集數(shù)據(jù)對被測螺旋漿槳葉面型進(jìn)行面輪廓度誤差評定，并給出評定結(jié)果，同時給出包括槳葉螺距角、螺距、縱斜角和展開面上各型值點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)的定位值在內(nèi)的各結(jié)構(gòu)參數(shù)。本發(fā)明利用激光位移傳感器，用精密回轉(zhuǎn)軸系和一維工作臺的運(yùn)動配合來構(gòu)建圓柱坐標(biāo)系，在圓柱坐標(biāo)系下獲取螺旋槳槳葉面型的原始測量數(shù)據(jù)，再經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和坐標(biāo)變換得出螺旋槳槳葉型面輪廓度誤差數(shù)據(jù)并給出誤差評定結(jié)果。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在I、采用圓柱坐標(biāo)構(gòu)建測量系統(tǒng)，便于獲得密集點(diǎn)云的三維面型數(shù)據(jù)，且采集點(diǎn)數(shù)可根據(jù)被測件的精度要求不同而調(diào)整，易于實現(xiàn)槳葉型面的三維重構(gòu)。2、本發(fā)明采用激光位移傳感器直接自動讀數(shù)，避免了三坐標(biāo)測量機(jī)測量中的測頭半徑補(bǔ)償問題，也不需要人工設(shè)置靶鏡等輔助器件有利于提高測量精度。3、本發(fā)明采用三套角接觸球軸承組合來設(shè)計回轉(zhuǎn)軸系，具有回轉(zhuǎn)精度高，剛性好的特點(diǎn)，很好地消除了主軸運(yùn)動誤差對測量精度的影響。4、本發(fā)明所涉及的測量裝置，運(yùn)動簡單，并易于實現(xiàn)精確控制，提高了測量效率。5、本發(fā)明所涉及的測量裝置采用熱對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計，橫梁的熱變形不導(dǎo)致主軸熱偏離。立柱及底座采用花崗巖材料，旋轉(zhuǎn)臂采用殷鋼材料可以進(jìn)一步減小環(huán)境溫度變化對測量精度的影響，該儀器可直接放置在車間內(nèi)使用。6、本發(fā)明采用X-Y雙向運(yùn)動工作臺定位工件，儀器具備自動調(diào)心的功能，便于實現(xiàn)工件快速精確定位，有利于提高測量效率。7、本發(fā)明還可用于其他類型的具有復(fù)雜三維形貌的回轉(zhuǎn)類零件的形位誤差檢測和誤差評定，檢測重復(fù)性好、精度聞、檢測效率聞。


圖I是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)測量臂結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5的A向視 圖7是本發(fā)明中工裝夾具圖；圖8是本發(fā)明 中主軸結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明中X-Y工作臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明測量原理圖；圖11是本發(fā)明的被測對象吊裝粗定位示意圖；圖中標(biāo)號1第三步進(jìn)電機(jī)；2為Y向滾動導(dǎo)軌；3右立柱；4為Y向工作臺；5為X向工作臺；6隨行夾具；7被測螺旋槳槳葉；8橫梁；9轉(zhuǎn)接套；10第一步進(jìn)電機(jī)；11滑環(huán)；12測量臂；13激光位移傳感器；14電感位移傳感器；15第四步進(jìn)電機(jī)；16左立柱；17底座；18可調(diào)墊腳；20第二步進(jìn)電機(jī)；21圓光柵；22第一柔性聯(lián)軸器；23工作臺；24電感座；25X向工作臺傳動螺母；26短絲杠；27彈性聯(lián)軸器；28絲杠前軸承座；29第三轉(zhuǎn)接板；30絲杠后軸承座；31第三滾珠絲杠；32第三柔性聯(lián)軸器；33Y向工作臺滑塊；34為Y向工作臺傳動螺母；35主軸；36后軸承座；37第二柔性聯(lián)軸器；38前軸承座；39第二滾珠絲杠；40前導(dǎo)軌；41滑塊；42底部螺栓；43底部壓板；45電感安裝夾；46鎖緊螺釘；47電感夾持螺釘；48第二轉(zhuǎn)接板；49后導(dǎo)軌；50上端蓋；51預(yù)緊扁螺母；52下端蓋；53a頂部角接觸球軸承；53b底部角接觸球軸承；54a外隔套；54b內(nèi)隔套；55軸承端蓋；56角接觸球軸承；57軸承壓緊螺母；58彈性開口錐套；59壓板；60錐套壓緊螺母。
具體實施例方式參見圖I、圖2，儀器總體上采用龍門式結(jié)構(gòu)，花崗巖底座17以八只可調(diào)墊腳18支撐在地基上。在花崗巖底座17上，設(shè)置等高的左立柱16和右立柱3，在兩立柱上方架設(shè)橫梁8，在橫梁8中部沿Z方向配置一精密回轉(zhuǎn)主軸35，第一步進(jìn)電機(jī)10通過轉(zhuǎn)接套9固連在橫梁8上，電機(jī)的主軸通過第一柔性聯(lián)軸器22驅(qū)動主軸35回轉(zhuǎn)，在回轉(zhuǎn)主軸上設(shè)置用于測量回轉(zhuǎn)主軸回轉(zhuǎn)角度的圓光柵21 ；參見圖2、圖5和圖6，在主軸35下端固聯(lián)測量臂12，測量臂12與回轉(zhuǎn)軸線垂直配置，二者共同繞軸線Z回轉(zhuǎn)。在測量臂12下底平面上設(shè)置一直線導(dǎo)軌，工作臺23通過兩只長滑塊41分別與前導(dǎo)軌40和后導(dǎo)軌49相聯(lián)接，前導(dǎo)軌40和后導(dǎo)軌49固聯(lián)在測量臂12下底面上。第二滾珠絲杠39通過前軸承座38和后軸承座36固聯(lián)在測量臂12的下底面上，導(dǎo)軌和絲杠保持平行。第二步進(jìn)電機(jī)20通過第二轉(zhuǎn)接板48固定在測量臂12的尾端，它通過第二柔性聯(lián)軸器37驅(qū)動第二滾珠絲杠39回轉(zhuǎn)，帶動工作臺23沿導(dǎo)軌移動，在工作臺23上固定設(shè)置激光位移傳感器13激光位移傳感器，13的光軸與Z方向平行；電感位移傳感器14橫插在電感安裝夾45上的孔內(nèi)，并由電感夾持螺釘47鎖緊。電感安裝夾45本質(zhì)上是一小段圓軸，設(shè)置在電感座24的長孔內(nèi)，并可沿Z向伸縮調(diào)整，以便電感位移傳感器14抵在隨行夾具6上的圓柱面b上，位置調(diào)整好后由其鎖緊螺釘46實現(xiàn)鎖緊，通過上述設(shè)置保證了電感位移傳感器14的測量軸線與主軸35的回轉(zhuǎn)軸線正交。參見圖3、圖4和圖9，設(shè)置在底座17上的X-Y移動工作臺用于被測螺旋槳槳葉7的安裝和精確定位。在底座17上設(shè)置兩條精密滾動導(dǎo)軌2，Y向工作臺4通過兩只Y向工作臺滑塊33裝配在滾動導(dǎo)軌2上，第三滾珠絲杠31通過絲杠前軸承座28和絲杠后軸承座30固聯(lián)在底座17上，導(dǎo)軌和絲杠保持平行。第三步進(jìn)電機(jī)I通過第三轉(zhuǎn)接板29用螺栓固定在底座17上，并可通過第三柔性聯(lián)軸器32驅(qū)動第三滾珠絲杠31回轉(zhuǎn)，第三滾珠絲杠31與Y向工作臺傳動螺母34旋合，Y向工作臺傳動螺母34固連在Y向工作臺4的下方，當(dāng)?shù)谌凉L珠絲杠31旋轉(zhuǎn)時將可帶動Y向工作臺4移動。在工作臺4上面疊加設(shè)置X向工作臺5，儀器工作時，該方向行程很小用來實現(xiàn)被測件的精確定位，因此采用簡單的矩形滑動導(dǎo)軌。第四步進(jìn)電機(jī)15固聯(lián)在工作臺4的左筋板上，它通過彈性聯(lián)軸器27驅(qū)動短絲杠26、短絲杠26與X向工作臺傳動螺母25旋合，X向工作臺傳動螺母25固連在X向工作臺5上，從而帶動X向工作臺5微動，短絲杠26由兩只角接觸球軸承56實現(xiàn)支撐回轉(zhuǎn)，兩只角接觸球軸承56面對面套裝在短絲杠26的前端軸上并通過軸承壓緊螺母57實現(xiàn)預(yù)緊。兩只角接觸球軸承56連同短絲杠26裝配在Y向工作臺4上設(shè)置的內(nèi)孔中，由軸承端蓋55實現(xiàn)壓緊 定位。在工作臺5上設(shè)置一個直徑為0D的定位凹槽，此槽用于被測螺旋槳槳葉7連帶它的隨行夾具6在儀器上的粗定位。參見圖7，隨行夾具6為一可漲芯軸，可漲芯軸的頂部固定設(shè)置為吊裝孔(a)，可漲芯軸的中段為底徑大、頂徑小的外圓錐面C，被測螺旋槳槳葉7以其內(nèi)孔套裝在圓錐面c上，在被測螺旋槳槳葉7的內(nèi)孔與外圓錐面之間裝入彈性開口錐套58，以壓緊螺母60通過壓板59抵壓在彈性開口錐套58的頂面，使被測螺旋槳槳葉7和可漲芯軸緊配合，從而保證被測螺旋槳槳葉7的內(nèi)孔軸線與可漲芯軸的軸線重合。在壓緊螺母60的上方有一環(huán)形校正圓柱面b，圓柱面b的軸線與錐芯軸嚴(yán)格同心。圓柱面b用于被測螺旋槳槳葉7的精確定位時使用。在可漲芯軸6下端設(shè)置一直徑0D的薄圓盤，行車吊裝時，該薄圓盤可卡入X向工作臺5的頂面上定位凹槽中，實現(xiàn)粗定位。參見圖I、圖8，回轉(zhuǎn)主軸35是精密回轉(zhuǎn)的運(yùn)動基準(zhǔn)，其上配置三套精密角接觸球軸承，兩套頂部角接觸球軸承53a在回轉(zhuǎn)主軸頂端同向配置，以提高軸系承受軸向向下的載荷的能力，一套底部角接觸球軸承53b在回轉(zhuǎn)主軸的底端與頂部角接觸球軸承53a成背靠背設(shè)置，便于軸系預(yù)緊和提高剛度及旋轉(zhuǎn)精度。三套軸承連同主軸35共同安裝在預(yù)先鏜削加工好的橫梁8上的軸承座孔中。上端蓋50和下端蓋52分別壓在頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的外圈上，上端蓋和下端蓋分別通過螺栓固聯(lián)在橫梁8上。在頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承之間分別設(shè)置套裝在回轉(zhuǎn)主軸上的內(nèi)隔套54b和外隔套54a，以內(nèi)隔套抵在頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的內(nèi)圈上，以外隔套抵在所述頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的外圈上，并且內(nèi)隔套54b的高度略小于外隔套54a的高度，高度差一般設(shè)置在50-100微米，具體數(shù)值應(yīng)該根據(jù)所用軸承的剛度指標(biāo)進(jìn)行確定。主軸裝配后，壓緊上端蓋和下端蓋，頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的外圈端面與外隔套54a即被壓緊在一起。內(nèi)隔套與頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的內(nèi)圈端面之間仍有間隙，旋轉(zhuǎn)預(yù)緊扁螺母51壓緊頂部角接觸球軸承53a的內(nèi)圈，從而逐漸預(yù)緊該軸系，直至頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的內(nèi)圈端面與內(nèi)隔套54b完全壓緊，此時軸系已處于良好的預(yù)緊狀態(tài)，因此本質(zhì)上內(nèi)隔套和外隔套的高度差就是軸系的預(yù)緊量，實際使用中應(yīng)根據(jù)軸承剛度合理確定內(nèi)隔套與外隔套的高度差，進(jìn)而實現(xiàn)最佳預(yù)緊效果。主軸35的上端穿過圓光柵21的中空軸，兩者同心裝配，圓光柵21外殼同心設(shè)置在上端蓋50上，這樣圓光柵將能實現(xiàn)對主軸回轉(zhuǎn)角度的檢測。主軸35上端穿過圓光柵21后繼續(xù)向上延伸并與第一柔性聯(lián)軸器22固聯(lián),第一步進(jìn)電機(jī)10與聯(lián)軸器22的另一端相聯(lián),進(jìn)而實現(xiàn)驅(qū)動。參見圖I、圖2和圖5，在測量臂12共布置了有第二步進(jìn)電機(jī)20、電感位移傳感器14及激光位移傳感器13，各器件均需要接插線纜，但測量臂的旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致線纜纏繞甚至損壞，鑒于此采用滑環(huán)解決，滑環(huán)原理類似于多路電刷。主軸35下端穿過滑環(huán)11的內(nèi)圈，兩者同心裝配、同步回轉(zhuǎn)，所有需要接插的線纜接在內(nèi)圈的接線柱上，通過滑環(huán)內(nèi)部的多路電刷將信號傳輸?shù)交h(huán)11外圈的接線柱上輸出。滑環(huán)11外圈靜止不動、同心固聯(lián)在下端蓋52的外端面上。主軸35穿過滑環(huán)11后繼續(xù)向下延伸，與測量臂12上預(yù)留的內(nèi)孔過盈配合，旋轉(zhuǎn)底部螺栓42帶動底部壓板43實現(xiàn)主軸35與測量臂12的可靠聯(lián)接。加工裝配中必須保證主軸35軸線與測量臂12的下底面垂直。計算機(jī)處理單元硬件部分具有數(shù)據(jù)采集卡、運(yùn)動控制卡和調(diào)理電路；軟件部件包括測量軟件和界面操作軟件，測量軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、坐標(biāo)變化處理和測量結(jié)果評定；操作
界面主要包括自動調(diào)心及電機(jī)運(yùn)動控制設(shè)置，測量過程操作控制等部分。測量過程I、參見圖11，將被測螺旋槳槳葉7連同隨行夾具6用行車吊裝在工作臺5上的定位凹槽中，此時被測螺旋槳槳葉7的位置如圖11所示，啟動第三步進(jìn)電機(jī)1，X-Y工作臺將被測螺旋漿槳葉7移至被測工位，位于回轉(zhuǎn)主軸35的正下方，實現(xiàn)粗定位，如圖I、圖4所示；2、調(diào)整電感位移傳感器14的位置，使電感位移傳感器14的測頭抵于隨行夾具6的外圓柱面b作為初始位置，調(diào)整電感位移傳感器的初始位置讀數(shù)為零；啟動第一步進(jìn)電機(jī)10，由測量臂12帶動電感位移傳感器14旋轉(zhuǎn)一周，針對由電感位移傳感器14測得的被測螺旋槳槳葉7的軸線與主軸35之間的偏心量，分別移動Y向工作臺4和X向工作臺5，使被測螺旋槳槳葉7定位在與主軸35的軸線重合的位置上，并保持被測螺旋槳槳葉7的定位位置不變，實現(xiàn)精定位；3、被測螺旋槳槳葉7精確定位后，電感位移傳感器14人工手動收回，以免干擾測量過程。測試開始時，如圖I、圖10所示，以主軸35的回轉(zhuǎn)軸線為起點(diǎn)，第二步進(jìn)電機(jī)20帶動工作臺23按照設(shè)定的步距往半徑擴(kuò)大的方向移動一個步距后停止，得到相應(yīng)位置下的激光位移傳感器13的回轉(zhuǎn)半徑^，然后第一步進(jìn)電機(jī)10啟動，帶動主軸35、測量臂12和激光位移傳感器13 —起等角度間隔進(jìn)行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。同時圓光柵21捕捉主軸旋轉(zhuǎn)角度的信息Ctli，每轉(zhuǎn)動一個間隔角度，激光位移傳感器獲得槳葉上一個點(diǎn)的Z向坐標(biāo)Zli，計算機(jī)同步鎖存每點(diǎn)的Ctli),主軸回轉(zhuǎn)一周，獲得數(shù)組(r” Z11, 4) n)、Cr1, z12, 12)......Cr1, zlm, lm)；4、第二步進(jìn)電機(jī)20帶動工作臺23繼續(xù)下一個步距的移動，得到相應(yīng)位置下的激光位移傳感器13的回轉(zhuǎn)半徑r2，按照步驟3相同的方式獲得數(shù)組(r2, Z21, 4)21)，(r2, z22, 4>22)......(r2, z2m, 4>2m)；5、繼續(xù)改變和增大激光位移傳感器13的回轉(zhuǎn)半徑分別呈r3……rn，按步驟3相同的方式獲得數(shù)組，直至被測螺旋槳槳葉7全部型面測量完畢。(r” Z11, 4) n)、Cr1, Z12, 12)…Cr1, zlm, lm)；(r2, z21, 4)21)，(r2, z22, 4>22)…(r2, z2m, 4>2m)；(rn, Znl, 4)21)，(rn, Zn2, ^n2)…(rn, Znm, J ；其中ri為待測螺旋槳槳葉7的葉根處的最小半徑，rn為待測螺旋槳槳葉7的葉尖處的最大半徑。
6、根據(jù)采集數(shù)據(jù)對被測螺旋漿槳葉面型進(jìn)行面輪廓度誤差評定，并給出評定結(jié) 果，同時給出包括槳葉螺距角、螺距、縱斜角和展開面上各型值點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)的定位值在內(nèi)的各結(jié)構(gòu)參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種螺旋槳型面輪廓誤差測量儀，其特征是 采用龍門式結(jié)構(gòu)，在底座(17)上設(shè)置等高的左立柱(16)和右立柱(3)，并在所述左立柱(16)和右立柱(3)的頂部架設(shè)橫梁(8)，在所述橫梁⑶的中部沿Z向通過支承結(jié)構(gòu)設(shè)置回轉(zhuǎn)主軸(35)，第一步進(jìn)電機(jī)(10)通過第一柔性聯(lián)軸器(22)驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)主軸(35)回轉(zhuǎn)；在所述回轉(zhuǎn)主軸(35)上設(shè)置用于測量回轉(zhuǎn)主軸回轉(zhuǎn)角度的圓光柵(21)； 在所述回轉(zhuǎn)主軸(35)的下端呈水平固聯(lián)一測量臂(12)，測量臂(12)與主軸(35)共同繞Z軸回轉(zhuǎn)；在所述測量臂(12)的底面沿測量臂回轉(zhuǎn)平面的徑向設(shè)置一直線導(dǎo)軌，在所述直線導(dǎo)軌上設(shè)置可沿直線導(dǎo)軌作直線移動的工作臺(23)，所述工作臺(23)是以設(shè)置在測量臂(12)上的第二步進(jìn)電機(jī)(20)為驅(qū)動件，以第二滾珠絲桿(39)為傳動件；在所述工作臺(23)上分別固定設(shè)置有激光位移傳感器(13)和電感位移傳感器(14);所述激光位移傳感器(13)的光軸與Z向平行，所述電感位移傳感器(14)的測量軸線與主軸(35)的回轉(zhuǎn)軸線正交； 在所述底座(17)上疊加設(shè)置Y向工作臺(4)和X向工作臺(5)，所述Y向工作臺(4)是以底座(17)為支撐平臺，可沿設(shè)置在所述底座(17)的上平面上的Y向滾動導(dǎo)軌(2)作Y向移動，所述Y向工作臺⑷是以設(shè)置在底座(17)上的第三步進(jìn)電機(jī)⑴為驅(qū)動件，以第三滾珠絲桿(31)為傳動件；所述X向工作臺(5)是以Y向工作臺(4)為支撐平臺，可沿設(shè)置在Y向工作臺⑷的上平面上的X向?qū)к壸鱔向移動，X向工作臺(5)是以設(shè)置在Y向工作臺(4)上的第四步進(jìn)電機(jī)(15)為驅(qū)動件，以短絲杠(26)為傳動件；被測螺旋槳槳葉(7)上的隨行夾具(6)設(shè)置在所述X向工作臺(5)的頂面上定位凹槽中，被測螺旋槳槳葉(7)夾持在所述隨行夾具(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的螺旋槳型面輪廓誤差測量儀，其特征是所述隨行夾具(6)為一可漲芯軸，所述可漲芯軸的頂部固定設(shè)置為吊裝孔(a)，可漲芯軸的中段為底徑大、頂徑小的外圓錐面(C)，被測螺旋槳槳葉(7)以其內(nèi)孔套裝在圓錐面(c)上，在所述被測螺旋槳槳葉(7)的內(nèi)孔與外圓錐面之間裝入有彈性開口錐套(58)，以壓緊螺母￠0)通過壓板(59)抵壓在所述彈性開口錐套(58)的頂面，使被測螺旋槳槳葉(7)和可漲芯軸緊配合，且被測螺旋槳槳葉(7)的內(nèi)孔軸線與可漲芯軸的軸線重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的螺旋槳型面輪廓誤差測量儀，其特征在于設(shè)置所述回轉(zhuǎn)主軸(35)的支承結(jié)構(gòu)是2套頂部角接觸球軸承(53a)在回轉(zhuǎn)主軸頂端同向配置，I套底部角接觸球軸承(53b)在所述回轉(zhuǎn)主軸的底端與所述頂部角接觸球軸承(53a)成背靠背設(shè)置；在所述頂部角接觸球軸承(53a)和底部角接觸球軸承(53b)之間分別設(shè)置套裝在回轉(zhuǎn)主軸上的內(nèi)隔套(54b)和外隔套(54a)，以所述內(nèi)隔套抵在所述頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的內(nèi)圈上，以所述外隔套抵在所述頂部角接觸球軸承和底部角接觸球軸承的外圈上，并且所述內(nèi)隔套(54b)的高度小于外隔套(54a)的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的螺旋槳型面輪廓誤差測量儀，其特征在于在所述主軸(35)上設(shè)置多路導(dǎo)電滑環(huán)(11)，所述第二步進(jìn)電機(jī)(20)、電感位移傳感器(14)及激光位移傳感器(13)的檢測信號和驅(qū)動信號分別通過多路導(dǎo)電滑環(huán)(11)進(jìn)行傳輸。
5.一種權(quán)利要求I所述的螺旋槳型面輪廓誤差測量儀的測量方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行 a、將被測螺旋槳槳葉連同隨行夾具(6)放置在工作臺(5)上的定位凹槽中，使工作臺(5)位于回轉(zhuǎn)主軸的正下方； b、調(diào)整電感位移傳感器(14)的位置，使電感位移傳感器(14)的測頭抵于隨行夾具(6)作為初始位置，調(diào)整電感位移傳感器的初始位置讀數(shù)為零；啟動第一步進(jìn)電機(jī)(10)，由測量臂(12)帶動電感位移傳感器(14)旋轉(zhuǎn)一周，針對由所述電感位移傳感器(14)測得的被測螺旋槳槳葉(7)的軸線與主軸(35)之間的偏心量，分別移動所述Y向工作臺(4)和X向工作臺(5)，使被測螺旋槳槳葉(7)定位在與主軸(35)的軸線重合的位置上，并保持被測螺旋槳槳葉(7)的定位位置不變； C、以主軸(35)的回轉(zhuǎn)軸線為起點(diǎn)，第二步進(jìn)電機(jī)(20)帶動工作臺(23)按照設(shè)定的步距往半徑擴(kuò)大的方向移動一個步距后停止，得到相應(yīng)位置下的激光位移傳感器(13)的回轉(zhuǎn)半徑A，然后第一步進(jìn)電機(jī)(10)啟動，帶動主軸(35)、測量臂(12)和激光位移傳感器(13)一起等角度間隔進(jìn)行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)；同時圓光柵(21)捕捉主軸旋轉(zhuǎn)角度的信息Ctli，每轉(zhuǎn)動一個間隔角度，激光位移傳感器獲得被測螺旋槳槳葉(7)上一個點(diǎn)的Z向坐標(biāo)Zli，計算機(jī)同步鎖存每點(diǎn)的Ctli),主軸回轉(zhuǎn)一周，獲得數(shù)組(ri，Zll)小 11)、(ri，Z12> 小 12)......(ri，Zlm)小 lm); d、第二步進(jìn)電機(jī)(20)帶動工作臺(23)繼續(xù)下一個步距的移動，得到相應(yīng)位置下的激光位移傳感器(13)的回轉(zhuǎn)半徑r2，按照步驟c相同的方式獲得數(shù)組 (1*2，z21> 小 21)，(獷2，Z22> 小 22)......(^2) Z2m，^ 2m); e、繼續(xù)改變和增大激光位移傳感器(13)的回轉(zhuǎn)半徑分別呈r3……rn，按步驟c相同的方式共獲得數(shù)組 (ri，Zll，小 11)、(ri，Z12> 小 12)…(ri，Zlm)小 Im); (1*2，z21> 小 21)，(獷2，Z22> 小22).“ (^2) Z2m，^ 2m); (rn，znl,小21)，(rn, zn2, <j5n2)— (rn, Znm, J ； 其中A為被測螺旋槳槳葉(7)的葉根處的最小半徑，rn為被測螺旋槳槳葉(7)的葉尖處的最大半徑； e、根據(jù)采集數(shù)據(jù)對被測螺旋漿槳葉面型進(jìn)行面輪廓度誤差評定，并給出評定結(jié)果，同時給出包括槳葉螺距角、螺距、縱斜角和展開面上各型值點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)的定位值在內(nèi)的各結(jié)構(gòu)參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋槳型面輪廓誤差測量儀及測量方法，其特征是采用龍門式結(jié)構(gòu)，在底座上設(shè)置左立柱、右立柱及頂部橫梁，在橫梁上設(shè)置回轉(zhuǎn)主軸；在回轉(zhuǎn)主軸的下端呈水平固聯(lián)測量臂；在測量臂的底面沿測量臂回轉(zhuǎn)平面的徑向設(shè)置一直線導(dǎo)軌，在直線導(dǎo)軌上設(shè)置可沿直線導(dǎo)軌作直線移動的工作臺，在工作臺上設(shè)置位移傳感器；在底座上疊加設(shè)置Y向工作臺和X向工作臺，被測螺旋槳槳葉設(shè)置在X向工作臺的頂面上定位凹槽中。本發(fā)明是根據(jù)螺旋槳槳葉的軸對稱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用圓柱坐標(biāo)系構(gòu)建測量裝置和測量方法。獲取數(shù)據(jù)快速，無操作人員主觀誤差；后續(xù)誤差處理和分析簡單?？捎糜诖笮突剞D(zhuǎn)類零部件的尺寸參數(shù)和形位誤差參數(shù)的精密測量。
文檔編號G01B11/24GK102749041SQ20121024329
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者劉善林, 胡悅?cè)? 胡鵬浩 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)