[发明专利]一种螺旋桨型面轮廓误差测量仪及测量方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种螺旋桨型面轮廓误差测量仪及测量方法，尤其适用于大型船舶和水下航行器的螺旋桨叶片面型误差的检测，也可用于汽轮机叶片、水轮机叶片、航空螺旋桨等大尺寸回转类零部件的精密测量。

背景技术

螺旋桨作为一种应用广泛的推进器，是船舶和水下航行器动力系统的核心部件，其叶面呈螺旋曲面形，叶片薄、厚不均，桨叶的几何形状特点使其成为典型性的具有复杂曲面的大型机械零件。其面型的加工精度是影响螺旋桨使用寿命、机械效率和噪声高低的重要因素。但由于其形状为复杂的自由曲面，体积和重量较大，因此在制造和加工的过程中，对桨叶型面及相关尺寸和参数的测量一直是业内的一个难题。

目前常用的检测方法包括：样板法、三坐标测量机法、激光跟踪仪法、光电经纬仪法和机器视觉摄像法等。样板法所使用的样板均是手工制造、面型精度难以保证、刚性差易变形；三坐标测量机虽然测量精度高，但对环境要求高、测量范围小；近年来逐渐发展成熟的激光跟踪仪法、光电经纬仪法可以实现对叶片的高精度检测，都是通过仪器测量空间内单点的角度和距离，实时获取目标点的三维坐标，用软件管理和处理数据来获取叶片面型的空间几何信息。这些方法需要人工参与，比如调整靶镜、间隔性地移动靶镜位置来实现逐点测量，测量效率偏低，无法达到生产、检测所需要的密集点云采集要求。目前流行的采用柔性关节坐标测量机和扫描测头的测量模式日益受到市场注视和欢迎，它可以快速获得密集点云的三维面型数据，但仍需要人工操作，测量效率比较低，测量精度也有待于进一步提高。

发明内容

针对螺旋桨桨叶在加工过程中的面型检测问题，如何在保证精度的前提下，提高测量速度，降低成本，如何实现现场检测并减小大型仪器的受力变形和受温变形对测量精度的干扰，为此，本发明提供一种螺旋桨型面轮廓误差测量仪及测量方法，以实现螺旋桨桨叶型面误差参数高效、自动和准确的测量。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明螺旋桨型面轮廓误差测量仪的结构特点是：

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

在所述回转主轴的下端呈水平固联一测量臂，测量臂与主轴共同绕Z轴回转；在所述测量臂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，所述工作台是以设置在测量臂上的第二步进电机为驱动件，以第二滚珠丝杆为传动件；在所述工作台上分别固定设置有激光位移传感器和电感位移传感器；所述激光位移传感器的光轴与Z向平行，所述电感位移传感器的测量轴线与主轴的回转轴线正交；

在所述底座上叠加设置Y向工作台和X向工作台，所述Y向工作台是以底座为支撑平台，可沿设置在所述底座的上平面上的Y向滚动导轨作Y向移动，所述Y向工作台是以设置在底座上的第三步进电机为驱动件，以第三滚珠丝杆为传动件；所述X向工作台是以Y向工作台为支撑平台，可沿设置在Y向工作台的上平面上的X向导轨作X向移动，X向工作台是以设置在Y向工作台上的第四步进电机为驱动件，以短丝杠为传动件；被测螺旋桨桨叶上的随行夹具设置在所述X向工作台的顶面上定位凹槽中，被测螺旋桨桨叶夹持在所述随行夹具上。

本发明螺旋桨型面轮廓误差测量仪的结构特点也在于：

所述随行夹具为一可涨芯轴，所述可涨芯轴的顶部固定设置为吊装孔，可涨芯轴的中段为底径大、顶径小的外圆锥面，被测螺旋桨桨叶以其内孔套装在圆锥面上，在所述被测螺旋桨桨叶的内孔与外圆锥面之间装入有弹性开口锥套，以压紧螺母通过压板抵压在所述弹性开口锥套的顶面，使被测螺旋桨桨叶和可涨芯轴紧配合，且被测螺旋桨桨叶的内孔轴线与可涨芯轴的轴线重合。

设置所述回转主轴的支承结构是：2套顶部角接触球轴承在回转主轴顶端同向配置，1套底部角接触球轴承在所述回转主轴的底端与所述顶部角接触球轴承成背靠背设置；在所述顶部角接触球轴承和底部角接触球轴承之间分别设置套装在回转主轴上的内隔套和外隔套，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，并且所述内隔套的高度小于外隔套的高度；

在所述主轴上设置多路导电滑环，所述第二步进电机、电感位移传感器及激光位移传感器的检测信号和驱动信号分别通过多路导电滑环进行传输。

本发明螺旋桨型面轮廓误差测量仪的测量方法的特点是按如下步骤进行：