一种导向叶片排气面积的数字化扫描测量方法与流程

1.本发明属于航空发动机的压气机叶片测量技术领域，具体涉及一种导向叶片排气面积的数字化扫描测量方法。


背景技术：

2.涡轮导向叶片排气面积是叶片设计和加工中的重要参数，能够显著影响整机性能，为了精确测量导向叶片排气面积数值，对三坐标测量机测量叶片排气面积的方法进行进一步研究。目前，使用三坐标测量机测量涡轮叶片排气面积时，主要采用触测法进行测量，触测法测量时，测针依据理论点的位置和矢量方向进行测量，鉴于铸造叶片工艺的特点，叶片实物与叶片理论模型会存在0.1～0.3mm不等的误差，矢量方向也会存在偏差，测针触测的实际点法向方向与理论法向无法完全重合，造成测量点产生余弦误差，需要进一步对三坐标检验策略进行分析，最大程度避免各种测量误差带来的影响。


技术实现要素：

3.导向器叶片本身是一个扭曲的空间型面，它使喉道排气面积成为一个不规则截面，这对真实测量面积大小带来很大困难。因此本发明提出一种导向叶片排气面积的数字化扫描测量方法，利用某一个位置上测量当量面积来代替真实面积，采用触测法的数字化方式进行测量时，由于触测法产生的余弦误差等因素，为了提高测量精度，在测量过程中，采用固定截面扫描的方式，提取截面的全部坐标要素，然后通过截取的方式找出最符合设计文件要求的测量点，满足排气面积的测量要求。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种导向叶片排气面积的数字化扫描测量方法，包括以下步骤：
6.步骤1，按设计图纸规定的排气面积坐标要求，并根据叶片设计图纸基准与坐标系的位置关系，分别对叶片基准面进行触测，建立叶片坐标系，将中间腔道测量时的叶片积叠线方向作为测量坐标系z方向，在实物与模型之间建立关系；当需要测量其余腔道时，根据设计图纸规定的各腔道之间的角度对应旋转坐标系测量其余腔道；
7.步骤2，测量腔道截面点时，采用测量机曲线扫描的方式，在叶型坐标系下的xy平面，按设计图纸规定的截面的截面高度值扫描各高度叶片叶盆、叶背侧，形成各腔道截面点对应的扫描形线，进而得到各型线的实际坐标点云；扫描时其扫描指令的z值确保与设计图纸规定的截面高度值一致，扫描后应注意实际扫描点的z方向的余弦误差，并通过叶型z方向的斜度计算余弦误差值修正扫描线的z值；确定扫描线起始点与截止点的位置，确保能够包容测量点位置；
8.步骤3，完成腔道截面点对应截面的扫描指令后，根据设计图纸规定的理论坐标x、y值，建立基准平面，利用穿刺指令，将平面与各扫描线相交即可得到z值固定的测量点实际坐标值，该测量点的矢量方向为叶型的法向方向；
9.步骤4，测量腔道高度点时，测量平面变为叶型坐标系下的xz平面，将步骤2中各截
面的z坐标改为腔道高度点的y坐标，扫描时确保y值不变；扫描得到腔道高度点所在扫描形线后，按步骤3，根据设计图纸规定的理论坐标x、z值，建立基准平面，同样采用穿刺指令，将基准平面与腔道高度点所在的扫描形线相交，即可得到y值固定的测量点的实际坐标值，当前后两点之间存在数值关系的情况，在提取具体坐标值后将坐标系按提取值进行偏置，在偏置后的坐标下进行扫面，建立两点之间的数值关系；
10.步骤5，在评价全腔道时，将测量点之间连线，计算实际距离，按设计图纸提供的公式要求计算即可得到排气面积值；在评价半腔道时，由于实测点另一半并无实物，因此对另一半应采用理论腔道坐标值进行实际距离计算。
11.本发明的技术效果为：
12.针对不同的设计要求均能够进行检验策略的适应性转变，有效提高了排气面积的测量精度与测量效率，具有广阔的市场开发前景。同时每年可节省两套排气面积测具的制造成本4万元。
附图说明
13.图1本发明实施例涡轮导向叶片排气面积各截面测量示意图；
14.图2本发明实施例涡轮导向叶片排气面积腔道及高度示意图；
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
16.一种导向叶片排气面积的数字化扫描测量方法，包括以下步骤：
17.步骤1，按设计图纸规定的排气面积坐标要求，并根据叶片设计图纸基准与坐标系的位置关系，分别对叶片基准面进行触测，建立叶片坐标系，将中间腔道测量时的叶片积叠线方向作为测量坐标系z方向，在实物与模型之间建立关系；当需要测量其余腔道时，根据设计图纸规定的各腔道之间的角度对应旋转坐标系测量其余腔道；
18.步骤2，测量腔道截面点g、e、k时，采用三坐标测量机曲线扫描的方式，在叶型坐标系下的xy平面，按设计图纸规定的腔道截面点所在截面m、n、p的截面高度值扫描各高度叶片叶盆、叶背侧，形成个腔道截面点对应的扫描形线，进而得到各型线的实际坐标点云；扫描时其扫描指令的z值确保与设计图纸规定的截面高度值一致，扫描后应注意实际扫描点的z方向的余弦误差，并通过叶型z方向的斜度计算余弦误差值修正扫描线的z值；确定扫描线起始点与截止点的位置，确保能够包容测量点位置，如图1所示；
19.步骤3，完成腔道截面点g、e、k点对应截面的扫描指令后，根据设计图纸规定的理论坐标x、y值，建立基准平面，利用穿刺等指令，将平面与扫描线相交即可得到z值固定的测量点实际坐标值，该测量点的矢量方向为叶型的法向方向；
20.步骤4，测量腔道高度点g、d时，测量平面变为叶型坐标系下的xz平面，将步骤2中m、n、p的z坐标改为腔道高度点g、d的y坐标，扫描时确保y值不变，扫描得到腔道高度点所在扫描形线后，按步骤3，根据设计图纸规定的理论坐标x、z值，建立基准平面，同样采用穿刺指令，将基准平面与腔道高度点所在的扫描形线相交，即可得到y值固定的测量点的实际坐标值；当前后两点之间存在数值关系的情况，例如某叶片g点的某一坐标值为另一e点的实测坐标值，可以在提取具体坐标值后将坐标系按提取值进行偏置，在偏置后的坐标下进行
扫面，建立两点之间的数值关系，如图2所示；
21.步骤5，在评价全腔道时，k点仅输出实际坐标值，不参与实际距离计算，将腔道截面点g、e连线，腔道高度点g、d连线，计算实际距离，按设计图纸提供的公式要求计算即可得到排气面积值。
22.通过围绕排气面积测量的原理与计算方式，依托quindows三坐标测量软件，重新制定检测策略，将型面扫描与矢量方向相结合，替代原有的逼近点和扫描方式，实现了排气面积的数字化精准测量。本发明能够应用在各种多联结构导向叶片的排气面积测量过程中，针对不同的设计要求均能够进行检验策略的适应性转变，有效提高了排气面积的测量精度与测量效率，具有广阔的市场开发前景。


技术特征：
1.一种导向叶片排气面积的数字化扫描测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，按设计图纸规定的排气面积坐标要求，并根据叶片设计图纸基准与坐标系的位置关系，分别对叶片基准面进行触测，建立叶片坐标系，将中间腔道测量时的叶片积叠线方向作为测量坐标系z方向，在实物与模型之间建立关系；当需要测量其余腔道时，根据设计图纸规定的各腔道之间的角度对应旋转坐标系测量其余腔道；步骤2，测量腔道截面点时，采用测量机曲线扫描的方式，在叶型坐标系下的xy平面，按设计图纸规定的截面的截面高度值扫描各高度叶片叶盆、叶背侧，形成各腔道截面点对应的扫描形线，进而得到各型线的实际坐标点云；扫描时其扫描指令的z值确保与设计图纸规定的截面高度值一致，扫描后应注意实际扫描点的z方向的余弦误差，并通过叶型z方向的斜度计算余弦误差值修正扫描线的z值；确定扫描线起始点与截止点的位置，确保能够包容测量点位置；步骤3，完成腔道截面点对应截面的扫描指令后，根据设计图纸规定的理论坐标x、y值，建立基准平面，利用穿刺指令，将平面与各扫描线相交即可得到z值固定的测量点实际坐标值，该测量点的矢量方向为叶型的法向方向；步骤4，测量腔道高度点时，测量平面变为叶型坐标系下的xz平面，将步骤2中各截面的z坐标改为腔道高度点的y坐标，扫描时确保y值不变；扫描得到腔道高度点所在扫描形线后，按步骤3，根据设计图纸规定的理论坐标x、z值，建立基准平面，同样采用穿刺指令，将基准平面与腔道高度点所在的扫描形线相交，即可得到y值固定的测量点的实际坐标值，当前后两点之间存在数值关系的情况，在提取具体坐标值后将坐标系按提取值进行偏置，在偏置后的坐标下进行扫面，建立两点之间的数值关系；步骤5，在评价全腔道时，将测量点之间连线，计算实际距离，按设计图纸提供的公式要求计算即可得到排气面积值；在评价半腔道时，由于实测点另一半并无实物，因此对另一半应采用理论腔道坐标值进行实际距离计算。

技术总结
一种导向叶片排气面积的数字化扫描测量方法，包括以下步骤：步骤1，按设计图纸规定的排气面积坐标要求及叶片基准与坐标系的位置关系，建立叶片坐标系；步骤2，测量腔道截面点时，采用测量机曲线扫描的方式，扫描各高度叶片叶盆、叶背侧，形成各腔道截面点对应的扫描形线；步骤3，完成腔道截面点对应截面的扫描指令后，根据设计图纸规定的理论坐标X、Y值，建立基准平面；步骤4，测量腔道高度点时，测量平面变为叶型坐标系下的XZ平面，将步骤2中各截面的Z坐标改为腔道高度点的Y坐标，扫描时确保Y值不变；步骤5，在评价全腔道时，将测量点之间连线，计算实际距离。本发明测量方法有效提高了排气面积的测量精度与测量效率。了排气面积的测量精度与测量效率。了排气面积的测量精度与测量效率。


技术研发人员：刘天晔 刘伊梅 应腾芳 郭彦东 张平
受保护的技术使用者：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司
技术研发日：2021.08.27
技术公布日：2021/11/28