無(wú)人機(jī)垂直起降系統(tǒng)關(guān)鍵零部件離心葉輪檢測(cè)方法的研究

劉廣東，劉心宇，韋晶

（1.黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院，哈爾濱 150040；2.黑龍江省中醫(yī)藥科學(xué)院 南崗分院，哈爾濱 150006）

1 三坐標(biāo)工作原理及離心葉輪檢測(cè)難點(diǎn)分析

1.1 三坐標(biāo)工作原理

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是基于坐標(biāo)值記錄原理進(jìn)行三維構(gòu)造來(lái)檢測(cè)形體空間立體關(guān)系的數(shù)字測(cè)量設(shè)備，通過(guò)光柵尺記錄有限及無(wú)限點(diǎn)位可計(jì)算出被測(cè)元素的坐標(biāo)，再根據(jù)被測(cè)元素的坐標(biāo)又可計(jì)算出被測(cè)元素的形位公差，還可計(jì)算出被測(cè)元素的位置度誤差[1]。由此可見(jiàn)，三坐標(biāo)測(cè)量在具體的生產(chǎn)制造檢測(cè)工作中，有著精準(zhǔn)度高和還原度高的優(yōu)點(diǎn)。從原理上說(shuō)，它可以滿(mǎn)足幾乎所有工件尺寸、構(gòu)造參數(shù)的檢測(cè)工作。

1.2 離心葉輪難點(diǎn)分析

本文分析的離心葉輪為國(guó)產(chǎn)某民用無(wú)人機(jī)所使用的動(dòng)力設(shè)備關(guān)鍵零部件，由于是飛行器零部件，采用的材質(zhì)為航空鋁材，加工表面對(duì)光潔度要求較高，以至于對(duì)于基本尺寸的檢測(cè)都不推薦使用各基礎(chǔ)量具完成，以免造成劃傷。所以對(duì)于此離心葉輪產(chǎn)品的檢測(cè)完全依賴(lài)于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)完成，由于此種離心葉輪產(chǎn)品總體高度較大，葉輪葉片長(zhǎng)度較長(zhǎng)，葉片擁有多個(gè)朝向不一的弧面（如圖1），三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在測(cè)量中需要依照數(shù)字模型，在掃描同一型線時(shí)多次變換角度[2]，這就需要配置相對(duì)高的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，至少需要自動(dòng)轉(zhuǎn)角測(cè)頭和測(cè)量變向模塊，這幾項(xiàng)功能將檢測(cè)離心葉輪的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)價(jià)值都在60萬(wàn)以上的價(jià)位，給企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較大。為解決這些問(wèn)題，使基礎(chǔ)配置的三坐標(biāo)也可以完成離心葉輪的檢測(cè)工作現(xiàn)將離心葉輪檢測(cè)工作中的技術(shù)難點(diǎn)分析如下。

圖1 離心葉輪葉片

1）型線弧度多變。為了解決三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭無(wú)測(cè)量變向功能的問(wèn)題，在使用基礎(chǔ)版本三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)離心葉輪時(shí)，在編輯檢測(cè)程序時(shí)，必須使用數(shù)字模型在一條曲線上分段測(cè)量，在數(shù)字模型上取點(diǎn)的時(shí)候，要精確定位每個(gè)角度逼近和回退的極限，這樣做可以減少變換的角度和分段的數(shù)量，縮減檢測(cè)時(shí)間以提高效率，在同一條曲線分段掃描的時(shí)候，多個(gè)掃描線段要盡量做到無(wú)縫銜接，盡量減少丟失兩條線段質(zhì)檢的觸測(cè)點(diǎn)，由此方法可以做到使用基礎(chǔ)版本的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)掃描離心葉輪的長(zhǎng)曲線，并且避免了觸測(cè)曲線失真[3]。

2）中心孔銷(xiāo)槽過(guò)小，誤差偏大。此離心葉輪中心孔的4個(gè)銷(xiāo)槽其實(shí)是加工過(guò)程中的4個(gè)直徑為2 mm的深孔（如圖2、圖3），經(jīng)過(guò)中心孔擴(kuò)孔工序后，原來(lái)完整的4個(gè)小孔僅剩余最初加工的一半，為半圓銷(xiāo)子槽。由于孔徑本身偏小，所測(cè)直徑元素只有一半，其有效測(cè)量部分只有1/3的圓，在使用基礎(chǔ)版本三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量時(shí)，常常發(fā)生元素誤判，在使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)軟件自帶的替代推測(cè)功能后，誤差較大，不能滿(mǎn)足此銷(xiāo)槽的圖樣要求精度。針對(duì)以上問(wèn)題，在測(cè)量中采取以柱體代替圓的方法檢測(cè)，以增加被測(cè)銷(xiāo)槽的測(cè)量點(diǎn)數(shù)，保證測(cè)量精度，在測(cè)量手段上，采用數(shù)模取點(diǎn)的方式，在銷(xiāo)槽內(nèi)，以槽直徑為依據(jù)，依次取三層半圓陣型的點(diǎn)，利用二次構(gòu)造法，每層測(cè)點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)圓，再以三層測(cè)點(diǎn)構(gòu)造的3個(gè)圓構(gòu)造1個(gè)圓柱，用位置評(píng)價(jià)此構(gòu)造圓柱的直徑，這種方法避免了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)軟件的誤判，準(zhǔn)確度高。

圖2 離心葉輪銷(xiāo)槽

圖3 離心葉輪數(shù)字模型

2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)葉片檢測(cè)程序示例

2.1 離心葉輪檢測(cè)程序初始坐標(biāo)系的建立

由于離心葉輪葉片呈均布狀態(tài)，所以初始坐標(biāo)系無(wú)需建立角向，取上端面為平面1，中心孔為圓1，建立一個(gè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自判角向的坐標(biāo)系，如圖4所示，具體程序如下：

圖4 離心葉輪葉片掃描程序坐標(biāo)系

2.2 離心葉輪檢測(cè)程序精確坐標(biāo)系的建立

在精確建立坐標(biāo)系的過(guò)程中，考慮后續(xù)自動(dòng)測(cè)量的便捷性，需要添加角向[4]，取上端面為平面2，中心孔為圓2，長(zhǎng)葉片頂端任意一點(diǎn)為點(diǎn)1，建立與數(shù)字模型一致的精確坐標(biāo)系，程序如下：

2.3 離心葉輪檢測(cè)程序葉片型線的掃描

由于掃描型線點(diǎn)數(shù)過(guò)多，本文以單一線段的一部分作為展示，程序如下：-0.332254>,<65.186,-49.119,-11.287>,T=0

如圖5所示，以此程序掃描的離心葉輪型線，與數(shù)字模型擬合完美，型線比對(duì)準(zhǔn)確且效率在使用基礎(chǔ)版本的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)時(shí)達(dá)到了最大化。

圖5 離心葉輪葉片掃描程序掃描型線

2.4 離心葉輪檢測(cè)程序中心孔銷(xiāo)槽的測(cè)量

前文所提離心葉輪銷(xiāo)槽孔的測(cè)量方法再此不再贅述，具體編制程序如下。

2.4.1 離心葉輪中心孔銷(xiāo)槽檢測(cè)程序坐標(biāo)系的建立

作為測(cè)量均布孔位的檢測(cè)程序，建立坐標(biāo)系的方法相對(duì)簡(jiǎn)單，在此只做簡(jiǎn)單展示如下：

以上程序所展示的參數(shù)設(shè)定較多，但是皆為必須設(shè)置項(xiàng)目，以此圓3為藍(lán)本，使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)軟件的基礎(chǔ)功能陣列粘貼，使用圓形陣列即可完成其他3個(gè)銷(xiāo)槽的測(cè)量，在此程序檢測(cè)中，可以確保測(cè)量銷(xiāo)孔的準(zhǔn)確性，與基礎(chǔ)測(cè)量相比，效率稍低但避免了使用基礎(chǔ)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)造成的精度失真和圖形誤判。

3 結(jié)語(yǔ)

以上對(duì)離心葉輪的檢測(cè)工作中面臨的兩大難點(diǎn)的解決辦法，經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證和批量生產(chǎn)以確定準(zhǔn)確性和效率都可以得到保證，解決了企業(yè)在不購(gòu)置高端三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的情況下，也能檢測(cè)如離心葉輪這類(lèi)的長(zhǎng)幅葉片產(chǎn)品。