[发明专利]一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法

说明书

技术领域

本发明属于空间曲面薄壁微小孔直径和空间坐标几何尺寸的测量领域，具体为一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，特别是将远心光学镜头与五轴坐标测量机复合设计及应用、测量叶片叶身空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法。

背景技术

现有技术中，测量孔的直径和坐标位置的主要方法及存在问题：

(1)三坐标测量法

用三坐标测量机及其配装的双轴精密转台（即五轴三坐标测量机），可以实现对直径大于Φ1mm以上空间曲面孔直径和坐标位置的测量，而且具有精度高、智能化等特点。但是，由于测针测球直径(最小的为Φ0.5mm)限制，对于小于Φ1mm的孔，测球伸入内孔探测孔的内壁存在很大困难，特别是等于或小于Φ0.5mm的孔，不能深入内孔接触到孔的内壁，而无法探测取得数据，三坐标测量机无能为力。

(2)光学坐标测量法

传统的光学坐标测量机是以万能工具显微镜为典型代表，对于测量平面上的Φ0.25mm～Φ0.5mm微小孔直径和坐标位置，具有绝对优势，精度高，操作简便。但是，在测量空间曲面微小孔直径和坐标位置时，存在着孔的定位和影像模糊，难以瞄准、评价直径和坐标位置的问题，因此也无法实现测量，见图1。

现代光学坐标测量机是以光学复合坐标测量机为代表，它是在三坐标测量机的基础上，增加了光学镜头和激光探头，将接触测量与非接触测量融为一体。因此，其功能比万能工具显微镜更强大，智能化水平更高。但是，在测量空间曲面微小孔直径和坐标位置时，同样存在着孔的影像模糊，难以瞄准、评价直径和坐标位置的问题，因此也无法实现测量，见图1。

在透平机械中装有大量的叶片，这些叶片需要在高温高速条件下保持良好的机械性能，以保证透平能持续的提供动力。因此，需要提高叶片的承温能力，其主要措施一是选用耐高温合金材料及特殊热处理工艺；二是在叶片叶身曲面上设计加工大量的结构复杂、分布不等的微小的冷却气膜孔。叶身曲面既是空间曲面，又是薄壁的，微小孔直径一般在Φ0.25mm～Φ0.5mm，空间角度复杂，每排气膜孔的角度都不尽相同。因此，功能强大的三坐标测量机因测针测球最小直径Φ0.5mm大于或等于被测孔的直径，无法探测提取数据。国内可见到的光学坐标测量设备，因构成空间曲面微小孔曲线的各要素点，不在同一平面上，呈现在光学镜头下的图像不完整不清晰，无法评价微小孔的直径和中心坐标位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，应用双轴精密转台和叶片定位装置实现了叶片空间的准确定位，通过远心光学镜头与五轴坐标测量机复合设计及应用，解决微小孔影像模糊不能提取数据和评价的技术难题，实现对测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的数字化精密测量，为有效控制航空发动机叶片气膜孔等加工质量，提供一种可行的测量方法。

本发明的技术方案是：

一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，将远心光学镜头与带二维转台工作台的三坐标测量机进行复合，形成五轴光学复合坐标测量机；应用接触式探头建立空间曲面微小孔直径和坐标位置工件的测量基准，应用二维转台工作台按照空间曲面微小孔轴线方向确定空间姿态，应用远心光学镜头提取空间曲面微小孔图像。

所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，二维转台工作台为双轴精密转台。

所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，微小孔为航空发动机叶片气膜孔，通过使用叶片定位装置和叶片榫齿接触实现对叶片的定位。

所述的非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，航空发动机叶片气膜孔测量基准和坐标系的建立如下：

1)叶片O-O轴线的建立

在二维转台工作台上设置叶片定位装置，叶片定位装置的两定位块：固定定位块和活动定位块，相对设置于叶片的榫齿两侧，叶片定位装置的顶部表面为定位装置平面；两定位块与榫齿无缝隙接触，所述无缝隙接触的圆弧柱面中心即为叶片F基准平面；叶片定位装置在垂直于叶片O-O轴线的榫齿方向的一端设有定位球，与叶片T基准平面接触，实现该方向的定位，使叶片O-O轴线与叶片定位装置中心轴线和二维转台工作台水平回转轴重合；

根据叶片O-O轴的位置调整定位球，使定位球的一端至叶片定位装置中心回转轴的距离为L，与叶片T基准平面在至叶片O-O轴线的距离相等，以保证叶片在榫齿长度方向上的准确定位；

2)叶片F基准的建立