一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法
阅读说明：本技术 一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法 (Automatic detection and measurement method for final inspection of turbine working blade ) 是由 田灿 孙维彬 查继林 李扬 杨劲松 韩丹 于 2020-06-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法,所述测量方法基于三坐标测量机和计算机实现,所述计算机用于控制三坐标测量机和处理测量数据,测量方法包括有确定测量尺寸、坐标系建立、坐标数据读取、测量稳定性评价、测量系统分析、测量程序编制、测量不确定度分析与评价和测量数据一致性验证。采用本发明所述的测量方法,可有效地降低操作者的劳动强度,减少了测具的设计与制造费用,降低了加工测量的成本,提高了测量精度,减少了测量误差,提高了测量效率,满足批量生产的需求；具有自动测量、测量精度高、测量成本低、无需辅助设备及二次操作等优点,实现测量精度高和测量效率高的双重优势。(The invention discloses an automatic detection and measurement method for final inspection of a turbine working blade, which is realized based on a three-coordinate measuring machine and a computer, wherein the computer is used for controlling the three-coordinate measuring machine and processing measurement data, and the measurement method comprises the steps of determining measurement size, establishing a coordinate system, reading coordinate data, evaluating measurement stability, analyzing a measurement system, compiling a measurement program, analyzing and evaluating measurement uncertainty and verifying consistency of the measurement data. By adopting the measuring method, the labor intensity of an operator can be effectively reduced, the design and manufacturing cost of a measuring tool is reduced, the processing and measuring cost is reduced, the measuring precision is improved, the measuring error is reduced, the measuring efficiency is improved, and the requirement of batch production is met; the method has the advantages of automatic measurement, high measurement precision, low measurement cost, no need of auxiliary equipment and secondary operation and the like, and has the dual advantages of high measurement precision and high measurement efficiency.)
技术领域
本发明属于航空发动机测量技术领域，具体涉及一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法。
背景技术
航空航天技术的发展对发动机的性能要求越来越高，航空发动机涡轮工作叶片是涡轮部件的重要组成部分，也是整个发动机的重要关键零件，其精密加工装备与工艺已成为国家制造领域的前沿课题。由于其零件数量多、加工尺寸精度要求高，加工角度多且复杂，其最终检验工序主要依靠多套专用测具、样板、通用量具进行人工检验，具有对检验员的技能水平要求高、劳动强度大、人数多的特点。对其工作叶片的测量技术是逆向工程、质量检测、叶片设计以及维修指导等作业的重要步骤，叶片测量是分析叶片加工余量和检测成品质量的重要手段，但由于测量效率和测量精度之间的内在矛盾，叶片高效精确测量一直是叶片加工过程的难点之一。
随着涡轮工作叶片的结构以及型面复杂程度的增加，在保证工作叶片形状精度的前提下实现叶片高效快速测量的难度也随之增大。因此，如何高效准确检测是保证叶片制造质量和交付质量的重要手段，但是叶片检测存在着一系列的难题，基于三坐标测量机的测量优势，如何实现快速测量，不仅具有测量精度高和测量效率高，还能降低操作者的劳动强度，减少测具的设计与制造费用，降低加工测量的成本，提高测量精度，减少测量误差，提高测量效率的测量方法是研究的热点。有鉴于此，本发明提供一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够更直接、方便的快速测量方法，以解决传统涡轮工作叶片最终检验过程中存在的测量精度提高困难、测量效率和可靠性低的问题，以此满足批量生产的需求，具体地说是一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，所述测量方法基于三坐标测量机和计算机实现，所述计算机用于控制三坐标测量机和处理测量数据，测量方法包括有确定测量尺寸、坐标系建立、坐标数据读取、测量稳定性评价、测量系统分析、测量程序编制、测量不确定度分析与评价和测量数据一致性验证，具体包括以下步骤：
(1)确定测量尺寸：通过三坐标测量机识别预先编制好的工艺规程中涡轮工作叶片最终检验测量尺寸；
(2)坐标系建立：在三坐标测量机中建立专用测量夹头上的坐标系通过相应的换算转换至叶片坐标系；
(3)坐标数据读取：将基准测量坐标数据、尺寸测量点坐标数据、尺寸公差数据通过计算机高级编程软件进行循环读取；
(4)测量程序编制：使用计算机高级编程赋值语句进行测量点测量和尺寸评价、以及测量结果数据的输出；
(5)测量系统分析：对编制的测量程序选取3名操作者所加工的10个件零件，进行测量系统分析对比；
(6)测量稳定性评价：对符合使用要求测量系统，并根据最终检验测量尺寸情况，对测量不稳定的尺寸进行统计过程稳定性评价；
(7)测量不确定度分析与评价：选取公差要求控制最严的尺寸进行测量不确定度分析及评价，包括A类和B类测量不确定度的评价；
(8)测量数据一致性验证：选取小批量零件验证自动检测测量数据与传统测量方法数据的一致性。
进一步，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，其中在所述(1)确定测量尺寸过程中，通过三坐标测量机识别预先编制好的工艺规程中涡轮工作叶片最终检验测量尺寸，除涡轮工作叶片中的齿形和转接半径外，需要对叶片缘板、榫头、叶冠、叶身的所有尺寸进行识别，其中所述齿形部分尺寸需用于装夹定位，不需进行检测；转接半径尺寸不能通过三坐标测量机中测量软件中实时检测。
进一步，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，其中在所述(2)坐标系建立过程中，在建立基准坐标系时，需要通过定位块基准A面和上端面找正，以此实现对叶片Y轴和Z轴的方向限制，即可以限制XYZ轴三个方向的自由度，根据定位块基准A面和上端面测量值偏置相应的值至YZ中心，即可以限制Y轴、Z轴的位置，通过叶片榫头方向的基准，构造相应的基准点，将基准点X轴偏置相应的计算值至X轴中心，六个自由度均限制，即叶片的坐标系建立完毕；在进行批量检测时，需要将叶片装入专用测量夹头中，前后位置不超过2mm即可，以便三坐标测量机中的程序可实现自动误差补偿和测量。
进一步，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，其中在所述(3)坐标数据读取过程中，叶片测量的尺寸测量点坐标、基准测量点坐标、尺寸理论值和公差数据分别存储至相应的数据文件HIT.TXT、JZHIT.TXT、NOMTOL.TXT中，在计算机中采用DMIS测量软件中进行赋值编程，将相应数据文件所在的路径赋值给相应变量，再进行打开文件进行读取的命令，利用WHILE/END WHILE流程控制命令对数据文件进行循环逐行读取，直到读取所有的数据结束。
进一步，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，其中在所述(4)测量程序编制过程中，采用计算机高级编程赋值语句进行测量点测量和尺寸评价、以及测量结果数据的输出；对叶片在整个测量过程中，程序开始时只需执行一次循环读取文件和赋值变量的高级语句，相应的数据坐标即已输入至相应测量元素，即可批量检测运行；另外程序语句清晰，稳定可靠，需要修改时只能进入数据文件修改，以防止程序误操作。
进一步，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，其中在所述(5)测量系统分析过程中，对编制的测量程序选取3名操作者分别对10件零件，分别进行测量3次，同时根据叶片自身结构的特点，选取榫头部位、叶身部位、叶冠部位的典型尺寸进行测量系统的分析，利用Minitab软件，并按如下步骤操作：统计/质量工具/量具研究/量具R&R研究，分析方法选取方差分析，同时设置相应尺寸的过程公差和选取部件号、操作员、测量数据，点击确定生成相应的分析结果。
进一步，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，其中在所述(6)测量稳定性评价过程中，对符合使用要求测量系统，根据最终检验测量尺寸情况，对测量不稳定的尺寸进行统计过程稳定性评价；验证测量系统、环境相关因素对数据的影响程度情况：选取一件零件，每天测量2个数据，分早于上、下午进行，测量期间的温湿度要求符合规定即可，用10天的测量数据来说明其稳定性情况，进行均值—极差控制图分析，要求样本均值和样本极差所有点均在控制限内，且控制图稳定，要求无较大波动。
进一步，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，其中在所述(7)测量不确定度分析与评价过程中，选取公差控制最严的尺寸进行测量不确定度分析及评价，包括A类和B类测量不确定度的评价：根据测量数据计算其测量不确定，由于结果数据可用概率统计法计算出来，可进行标准不确定度的A类评定，当次数足够多时，测量值分布应满足正态分布，但实际试验测量过程中，次数有限使得测量值不能够完全满足正态分布，而是遵循t分布，为达到同样的置信概率，应把测量偏差范围扩大，乘以上相应的t分布t因子；其中标准不确定度的A类评定为：
平均值：
平均值标准偏差采用贝塞尔公式:
遵循t分布，置信概率为95％，次数9次，查表得t0.95＝2.26
A类不确定度：
其中标准不确定度的B类评定：
B类评定取测量机的示值误差来计算，该类型测量机具有温度补偿功能，温度的影响对不确定度的影响微小，可以忽略不计；
合成标准不确定度的表示:
当验证B类不确定度与公差比值符相关要求，其中规定计量器具测量不确定度应满足被测零件公差的1/4、1/6、1/10三个档次；
验证产品公差与合成标准测量不确定度的比值符合相关要求，其中要求产品公差与测量不确定度之比应大于4:1。
进一步，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，其中在所述(8)测量数据一致性验证过程中，选取小批量零件用自动检测方法测量最终检验尺寸，验证自动检测测量数据与传统测量方法数据的一致性，并分析两种测量方式的偏差值分布情况。
采用本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，与现有技术相比，其有益效果在于：利用三坐标测量机和计算机实现自动检测，通过对涡轮工作叶片进行最终检验全尺寸测量，能够有效提升测量效率，保证测量程序运行稳定、可靠，其测量结果重复性、再现性、一致性均优于传统测量方法，满足批量生产的需求。同时，通过大量的论证分析、试验、总结，摸索出此种测量方法，解决了涡轮工作叶片靠大量的检验员进行检验的方式，检验员人数从5～6人减少至只需1～2人，测量效率提升至少70％。采用本发明所述的测量方法，可有效地降低操作者的劳动强度，减少了测具的设计与制造费用，降低了加工测量的成本，提高了测量精度，减少了测量误差，提高了测量效率，满足批量生产的需求。具有自动测量、测量精度高、测量成本低、无需辅助设备及二次操作等优点，实现测量精度高和测量效率高的双重优势。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步详细说明。
图1为本发明的测量方法流程图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，以下结合具体实施例来进一步说明本发明。所举实例只用于解释本发明，而不是限定本发明的范围。
如图1所示，本发明所述的一种涡轮工作叶片最终检验自动检测测量方法，是基于三坐标测量机和计算机实现，所述计算机用于控制三坐标测量机和处理测量数据，测量方法包括有确定测量尺寸、坐标系建立、坐标数据读取、测量稳定性评价、测量系统分析、测量程序编制、测量不确定度分析与评价和测量数据一致性验证，具体测量方法包括以下步骤：
(1)确定测量尺寸：通过三坐标测量机识别预先编制好的工艺规程中涡轮工作叶片最终检验测量尺寸，除涡轮工作叶片中的齿形和转接半径外，需要对叶片缘板、榫头、叶冠、叶身的所有尺寸进行识别，其中所述齿形部分尺寸需用于装夹定位，不需进行检测；转接半径尺寸不能通过三坐标测量机中测量软件中实时检测。
(2)坐标系建立：在三坐标测量机中建立专用测量夹头上的坐标系通过相应的换算转换至叶片坐标系，在建立基准坐标系时，需要通过定位块基准A面和上端面找正，以此实现对叶片Y轴和Z轴的方向限制，即可以限制XYZ轴三个方向的自由度，根据定位块基准A面和上端面测量值偏置相应的值至YZ中心，即可以限制Y轴、Z轴的位置，通过叶片榫头方向的基准，构造相应的基准点，将基准点X轴偏置相应的计算值至X轴中心，六个自由度均限制，即叶片的坐标系建立完毕；在进行批量检测时，需要将叶片装入专用测量夹头中，前后位置不超过2mm即可，以便三坐标测量机中的程序可实现自动误差补偿和测量。
(3)坐标数据读取：将基准测量坐标数据、尺寸测量点坐标数据、尺寸公差数据通过计算机高级编程软件进行循环读取，即叶片测量的尺寸测量点坐标、基准测量点坐标、尺寸理论值和公差数据分别存储至相应的数据文件HIT.TXT、JZHIT.TXT、NOMTOL.TXT中，在计算机中采用DMIS测量软件进行赋值编程，将相应数据文件所在的路径赋值给相应变量，再进行打开文件进行读取的命令，利用WHILE/END WHILE流程控制命令对数据文件进行循环逐行读取，直到读取所有的数据结束。
(4)测量程序编制：使用计算机高级编程赋值语句进行测量点测量和尺寸评价、以及测量结果数据的输出；即采用计算机高级编程赋值语句进行测量点测量和尺寸评价、以及测量结果数据的输出；对叶片在整个测量过程中，程序开始时只需执行一次循环读取文件和赋值变量的高级语句，相应的数据坐标即已输入至相应测量元素，即可批量检测运行；另外程序语句清晰，稳定可靠，需要修改时只能进入数据文件修改，以防止程序误操作。
(5)测量系统分析：对编制的测量程序选取3名操作者分别对10件零件，分别进行测量3次，同时根据叶片自身结构的特点，选取榫头部位、叶身部位、叶冠部位的典型尺寸进行测量系统的分析，利用Minitab软件，并按如下步骤操作：统计/质量工具/量具研究/量具R&R研究，分析方法选取方差分析，同时设置相应尺寸的过程公差和选取部件号、操作员、测量数据，点击确定生成相应的分析结果。
(6)测量稳定性评价：对符合使用要求测量系统，并根据最终检验测量尺寸情况，对测量不稳定的尺寸进行统计过程稳定性评价；验证测量系统、环境相关因素对数据的影响程度情况：选取一件零件，每天测量2个数据，分早于上、下午进行，测量期间的温湿度要求符合规定即可，用10天的测量数据来说明其稳定性情况，进行均值—极差控制图分析，要求样本均值和样本极差所有点均在控制限内，且控制图稳定，要求无较大波动。对符合使用要求测量系统，并根据最终检验测量尺寸情况，对测量不稳定的尺寸进行统计过程稳定性评价；
(7)测量不确定度分析与评价：选取公差要求控制最严的尺寸进行测量不确定度分析及评价，包括A类和B类测量不确定度的评价：根据测量数据计算其测量不确定，由于结果数据可用概率统计法计算出来，可进行标准不确定度的A类评定，当次数足够多时，测量值分布应满足正态分布，但实际试验测量过程中，次数有限使得测量值不能够完全满足正态分布，而是遵循t分布，为达到同样的置信概率，应把测量偏差范围扩大，乘以上相应的t分布t因子；其中标准不确定度的A类评定为：
平均值：
平均值标准偏差采用贝塞尔公式:
遵循t分布，置信概率为95％，次数9次，查表得t0.95＝2.26
A类不确定度：
其中标准不确定度的B类评定：
B类评定取测量机的示值误差来计算，该类型测量机具有温度补偿功能，温度的影响对不确定度的影响微小，可以忽略不计；
合成标准不确定度的表示:
当验证B类不确定度与公差比值符相关要求，其中规定计量器具测量不确定度应满足被测零件公差的1/4、1/6、1/10三个档次；
验证产品公差与合成标准测量不确定度的比值符合相关要求，其中要求产品公差与测量不确定度之比应大于4:1。
(8)测量数据一致性验证：选取小批量零件用自动检测方法测量最终检验尺寸，验证自动检测测量数据与传统测量方法数据的一致性，并分析两种测量方式的偏差值分布情况。
本发明的保护范围不仅限于具体实施方式所公开的技术方案，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不限制本发明，凡是依据本发明的技术方案所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
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