[发明专利]一种螺旋桨型面轮廓误差测量仪及测量方法

权利要求书

1.一种螺旋桨型面轮廓误差测量仪，其特征是：

采用龙门式结构，在底座(17)上设置等高的左立柱(16)和右立柱(3)，并在所述左立柱(16)和右立柱(3)的顶部架设横梁(8)，在所述横梁(8)的中部沿Z向通过支承结构设置回转主轴(35)，第一步进电机(10)通过第一柔性联轴器(22)驱动所述回转主轴(35)回转；在所述回转主轴(35)上设置用于测量回转主轴回转角度的圆光栅(21)；

在所述回转主轴(35)的下端呈水平固联一测量臂(12)，测量臂(12)与主轴(35)共同绕Z轴回转；在所述测量臂(12)的底面沿测量臂回转平面的径向设置一直线导轨，在所述直线导轨上设置可沿直线导轨作直线移动的工作台(23)，所述工作台(23)是以设置在测量臂(12)上的第二步进电机(20)为驱动件，以第二滚珠丝杆(39)为传动件；在所述工作台(23)上分别固定设置有激光位移传感器(13)和电感位移传感器(14)；所述激光位移传感器(13)的光轴与Z向平行，所述电感位移传感器(14)的测量轴线与主轴(35)的回转轴线正交；

在所述底座(17)上叠加设置Y向工作台(4)和X向工作台(5)，所述Y向工作台(4)是以底座(17)为支撑平台，可沿设置在所述底座(17)的上平面上的Y向滚动导轨(2)作Y向移动，所述Y向工作台(4)是以设置在底座(17)上的第三步进电机(1)为驱动件，以第三滚珠丝杆(31)为传动件；所述X向工作台(5)是以Y向工作台(4)为支撑平台，可沿设置在Y向工作台(4)的上平面上的X向导轨作X向移动，X向工作台(5)是以设置在Y向工作台(4)上的第四步进电机(15)为驱动件，以短丝杠(26)为传动件；被测螺旋桨桨叶(7)上的随行夹具(6)设置在所述X向工作台(5)的顶面上定位凹槽中，被测螺旋桨桨叶(7)夹持在所述随行夹具(6)上。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨型面轮廓误差测量仪，其特征是：所述随行夹具(6)为一可涨芯轴，所述可涨芯轴的顶部固定设置为吊装孔(a)，可涨芯轴的中段为底径大、顶径小的外圆锥面(c)，被测螺旋桨桨叶(7)以其内孔套装在圆锥面(c)上，在所述被测螺旋桨桨叶(7)的内孔与外圆锥面之间装入有弹性开口锥套(58)，以压紧螺母(60)通过压板(59)抵压在所述弹性开口锥套(58)的顶面，使被测螺旋桨桨叶(7)和可涨芯轴紧配合，且被测螺旋桨桨叶(7)的内孔轴线与可涨芯轴的轴线重合。

3.根据权利要求1所述的螺旋桨型面轮廓误差测量仪，其特征在于：设置所述回转主轴(35)的支承结构是：2套顶部角接触球轴承(53a)在回转主轴顶端同向配置，1套底部角接触球轴承(53b)在所述回转主轴的底端与所述顶部角接触球轴承(53a)成背靠背设置；在所述顶部角接触球轴承(53a)和底部角接触球轴承(53b)之间分别设置套装在回转主轴上的内隔套(54b)和外隔套(54a)，以所述内隔套抵在所述顶部角接触球轴承和底部角接触球轴承的内圈上，以所述外隔套抵在所述顶部角接触球轴承和底部角接触球轴承的外圈上，并且所述内隔套(54b)的高度小于外隔套(54a)的高度。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨型面轮廓误差测量仪，其特征在于：在所述主轴(35)上设置多路导电滑环(11)，所述第二步进电机(20)、电感位移传感器(14)及激光位移传感器(13)的检测信号和驱动信号分别通过多路导电滑环(11)进行传输。

5.一种权利要求1所述的螺旋桨型面轮廓误差测量仪的测量方法，其特征是按如下步骤进行：

a、将被测螺旋桨桨叶连同随行夹具(6)放置在工作台(5)上的定位凹槽中，使工作台(5)位于回转主轴的正下方；

b、调整电感位移传感器(14)的位置，使电感位移传感器(14)的测头抵于随行夹具(6)作为初始位置，调整电感位移传感器的初始位置读数为零；启动第一步进电机(10)，由测量臂(12)带动电感位移传感器(14)旋转一周，针对由所述电感位移传感器(14)测得的被测螺旋桨桨叶(7)的轴线与主轴(35)之间的偏心量，分别移动所述Y向工作台(4)和X向工作台(5)，使被测螺旋桨桨叶(7)定位在与主轴(35)的轴线重合的位置上，并保持被测螺旋桨桨叶(7)的定位位置不变；

c、以主轴(35)的回转轴线为起点，第二步进电机(20)带动工作台(23)按照设定的步距往半径扩大的方向移动一个步距后停止，得到相应位置下的激光位移传感器(13)的回转半径r₁，然后第一步进电机(10)启动，带动主轴(35)、测量臂(12)和激光位移传感器(13)一起等角度间隔进行步进旋转；同时圆光栅(21)捕捉主轴旋转角度的信息φ_1i，每转动一个间隔角度，激光位移传感器获得被测螺旋桨桨叶(7)上一个点的Z向坐标Z_1i，计算机同步锁存每点的(r₁,z_li,φ_1i)，主轴回转一周，获得数组：

(r₁,z₁₁,φ₁₁)、(r₁,z₁₂,φ₁₂)……(r₁,z_1m,φ_1m)；

d、第二步进电机(20)带动工作台(23)继续下一个步距的移动，得到相应位置下的激光位移传感器(13)的回转半径r₂，按照步骤c相同的方式获得数组：

(r₂,z₂₁,φ₂₁)，(r₂,z₂₂,φ₂₂)……(r₂,z_2m,φ_2m)；

e、继续改变和增大激光位移传感器(13)的回转半径分别呈r₃……r_n，按步骤c相同的方式共获得数组：

(r₁,z₁₁,φ₁₁)、(r₁,z₁₂,φ₁₂)…(r₁,z_1m,φ_1m)；

(r₂,z₂₁,φ₂₁)，(r₂,z₂₂,φ₂₂)…(r₂,z_2m,φ_2m)；

(r_n,z_n1,φ₂₁)，(r_n,z_n2,φ_n2)…(r_n,z_nm,φ_nm)；

其中：r₁为被测螺旋桨桨叶(7)的叶根处的最小半径，r_n为被测螺旋桨桨叶(7)的叶尖处的最大半径；

e、根据采集数据对被测螺旋浆桨叶面型进行面轮廓度误差评定，并给出评定结果，同时给出包括桨叶螺距角、螺距、纵斜角和展开面上各型值点相对基准点的定位值在内的各结构参数。