专利名称：一种叶片全尺寸快速检测方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及叶片的检测方法与设备，尤其涉及一种叶片全尺寸快速检测方法与设备。
背景技术：
叶片是涡轮发电机的关键零件之一，在发电设备中，叶片是能量转化的核心元件，与三维复杂叶轮一起并称发电设备的“心脏”。叶片设计与制造的好坏直接决定着涡轮机械设备的性能、安全与寿命，其质量对涡轮机械的性能有着重大的影响。由于叶片的工作环境十分恶劣，导致无论是研制过程，还是在役使用的涡轮机械，叶片故障率相对较高。影响叶 片质量的因素很多，其中包括叶片的几何形状、表面粗糙度等。由于工业的不断发展，对设备的性能和效率要求越来越高。各种复杂自由曲面的叶片被设计出来，它们具有弯、宽、掠、扭等特点。由于叶片的特殊造型、空间角度和尺寸多，技术要求严格，所以描绘叶片型线的参数没有确切的规律。叶片型线的复杂性和多样性给叶片的测量带来了相当大的困难。一个叶片的故障有可能导致整个机组数十天的无法正常运转。因此，在研制和生产过程中严格控制叶片质量显得尤为必要。为了保证叶片的质量，叶片生产的不同阶段，从毛料到机械加工直到叶片组装，均需对叶片的几何形状和尺寸进行测量。现行的叶片型面参数测量方法主要有标准样板测量和三坐标测量机测量。标准样板测量用于叶片加工过程的质量控制，测量精度低、工人劳动强度大。三坐标测量机测量常用于产品终检，为接触式测量，一般只能测量有限个叶片截面，获得信息有限，无法得到型面的完整数据，且测量周期长。大型叶片的测量往往需要数小时，很难满足叶片生产企业对出厂产品进行全检的要求。日益增长的叶片需求与测量设备、测量手段不足的矛盾尤显突出。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术中的叶片测试方法极大地影响了测量效率和精度的缺点，提供了一种叶片全尺寸快速检测方法。本发明的第二目的在于克服现有技术中的针对叶片进行的标准样板和接触式测量，存在测量时间长、人为误差大、效率低、无法获得更多的信息等缺点，提供了一种叶片生产制造过程中全尺寸快速检测设备。本发明实现第一发明目的采用的技术方案是一种叶片全尺寸快速检测的方法，基于三维光学测量系统和面结构光投影轮廓术对叶片进行检测，检测方法包括以下步骤
A.建立与测量系统光学三维扫描测量头相对位置可调的叶片支架，在叶片支架上设置标志点，基于摄影测量原理和光束平差优化方法获得标志点坐标；
B.将步骤A中获得到的标志点坐标输入到三维测量软件，在计算机上建立叶片支架正反面的原始模型及基础坐标系；
C.将被测叶片安装在叶片支架上；D.光学三维扫描测量头对叶片支架和叶片一起进行测量，计算机通过识别叶片支架的标志点特征将测量得到的标志点坐标和步骤B所述的标志点坐标对齐,将测量数据载入到步骤B所述的原始模型中，完成单次测量；
E.计算机将步骤D的测量结果在步骤B建立的基础坐标系中拼合；
F.计算机判断步骤E的拼合结果是否为完整的叶片型面数据；
G.如果完整，则优化测量结果，测量结束；如果不完整，则调整叶片支架的位置，返回步骤D。本发明实现第二发明目的采用的技术方案是一种叶片全尺寸快速检测的设备，根据如上所述的一种叶片全尺寸快速检测的方法对叶片进行检测，包括由步进电机、高精 密丝杆导轨和光学三维扫描测量头组成的测量组件，步进电机通过控制系统带动光学三维扫描测量头在高精密丝杆导轨上沿垂直方向运动，高精密丝杆导轨和底座平台固定连接，还包括叶片支架、两轴转台和滑道，所述的叶片支架包括框式标志点支架和叶片夹具，框式标志点支架为一面开口的框形结构，框架四周粘贴有标志点，叶片夹具位于框式标志点支架的两侧边框之间，框式标志点支架和叶片夹具分别和两轴转台的上表面固定连接，两轴转台和滑道形成两轴转台既能在两轴方向旋转又能沿滑道滑动的连接结构，滑道和底座平台固定连接。叶片夹具为气动夹持装置。本发明的有益效果是将待测的叶片安装在叶片支架上，通过光学三维扫描测量头对叶片表面数据进行测量，避免了接触式测量给叶片带来的不良影响，如获得的数据量有限、效率低等问题，得到的数据更精确、更完整。同时，光学测量需要的标志点设置在叶片支架上，不会影响叶片的精度，也避免了每次测量都要重新粘贴标志点带来的麻烦。在测量时首先通过叶片支架确定一个基础坐标系，为多视数据拼合提供了基础、提高了多视拼合的精度与效率。下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
图I为本发明的检测方法的流程图。图2为本发明的检测装置的结构示意图。图3为图2的A向视图。附图中，I为底座平台、2为高精密丝杆导轨、3为光学三维扫描测量头、4为步进电机、5为框式标志点支架、5-1为上边框、5-2为侧边框、6为叶片、7为叶片夹具、8为两轴转台、9为滑道。
具体实施例方式如附图I所示，本实施例的一种叶片全尺寸快速检测的方法，基于三维光学测量系统和面结构光投影轮廓术对叶片进行检测，光学三维扫描测量头向被测叶片表面投射正弦条纹型面结构光，采用外差式多频相移法求解和展开相位，以相位为图像匹配的约束条件，利用双目立体视觉中的极限约束关系得到叶片型面三维点云数据，实现叶片型面光学测量，由于叶片形状复杂难以单次测量得到完整数据，因此需要多次测量，以拼接的方法获得整个叶片的测量结果。检测方法包括以下步骤A.建立与测量系统光学三维扫描测量头相对位置可调的叶片支架，在叶片支架上设置标志点，用于以后数据的拼接，标志点设置的数量和位置根据实际情况选定，基于摄影测量原理和光束平差优化方法获得标志点坐标；
B.将步骤A中获得到的标志点坐标输入到三维测量软件，在计算机上建立叶片支架正反面的原始模型及基础坐标系；
C.将被测叶片安装在叶片支架上，叶片的夹持方式特点为气动快速夹持；
D.光学三维扫描测量头对叶片支架和叶片一起进行测量，计算机通过识别叶片支架的标志点特征将测量得到的标志点坐标和步骤B所述的标志点坐标对齐,将测量数据载入到步骤B所述的原始模型中，完成单次测量；
E.计算机将步骤D的测量结果在步骤B建立的基础坐标系中拼合，拼合的内容包括计算机已存储的多次执行步骤D获得的被测叶片的单次测量数据；
F.计算机判断步骤E的拼合结果是否为完整的叶片型面数据；
G.如果完整，则优化测量结果，测量结束，将数据导入自主开发的汽轮机叶片专用测量软件中，对叶片的关键尺寸作误差，利用分析处理软件对测量结果进行分析，并打印检测报告；如果不完整，则通过旋转、摆动和平移调整叶片支架的三维空间位置，待叶片支架与叶片旋转、摆动和平移至合适位置后，返回步骤D，进行下一次测量。如附图2、3所示，本实施例的一种叶片全尺寸快速检测的设备，根据如上所述的一种叶片全尺寸快速检测的方法对叶片进行检测，包括由步进电机4、高精密丝杆导轨2和光学三维扫描测量头3组成的测量组件，光学三维扫描测量头3优选为蓝光光学三维扫描测量头，电机4通过控制系统带动光学三维扫描测量头3在高精密丝杆导轨2上沿垂直方向运动，用于调整光学三维扫描测量头3的测量高度，高精密丝杆导轨2和底座平台I固定连接，还包括叶片支架、两轴转台8和滑道9。所述的叶片支架包括框式标志点支架5和叶片夹具7，框式标志点支架5为一面开口的框形结构，包括上边框5-1和侧边框5-2，框架四周粘贴有标志点。叶片夹具7为气动夹持装置，叶片夹具7位于框式标志点支架5的两侧边框5-2之间，为了测量不同大小的叶片，框式标志点支架5的侧边框5-2采用可拆卸设计，侧边框5-2由一组支撑柱组成，相邻的支撑柱通过螺纹连接，采用此设计可根据叶片的大小随时调整框式标志点支架5的框架高度。为方便安装，框式标志点支架5的上边框5-1和侧边框5-2通过螺纹连接。框式标志点支架5和叶片夹具7分别和两轴转台8的上表面固定连接，为连接方便，可在框式叶片固定支架5的侧边框5-2下方设置一个安装平台。两轴转台8和滑道9形成两轴转台8既能在两轴方向旋转又能沿滑道9滑动的连接结构，两轴转台8为专业的两轴转台，带动被测叶片6绕垂直方向旋转和水平方向摆动，同时，两轴转台8安装在滑道9上，用于调整被测叶片6与测量组件的光学三维扫描测量头3之间的距离。滑道9和底座平台I固定连接，底座平台I将本实施例的一种叶片全尺寸快速检测的设备连接成一体。本发明实现了叶片检测过程的批量化和自动化，极大的提高了叶片全尺寸测量的效率。
权利要求
1.一种叶片全尺寸快速检测的方法，基于三维光学测量系统和面结构光投影轮廓术对叶片进行检测，其特征在于，检测方法包括以下步骤 A.建立与测量系统光学三维扫描测量头相对位置可调的叶片支架，在叶片支架上设置标志点，基于摄影测量原理和光束平差优化方法获得标志点坐标； B.将步骤A中获得到的标志点坐标输入到三维测量软件，在计算机上建立叶片支架正反面的原始模型及基础坐标系； C.将被测叶片安装在叶片支架上； D.光学三维扫描测量头对叶片支架和叶片一起进行测量，计算机通过识别叶片支架的标志点特征将测量得到的标志点坐标和步骤B所述的标志点坐标对齐,将测量数据载入到步骤B所述的原始模型中，完成单次测量； E.计算机将步骤D的测量结果在步骤B建立的基础坐标系中拼合； F.计算机判断步骤E的拼合结果是否为完整的叶片型面数据； G.如果完整，则优化测量结果，测量结束；如果不完整，则调整叶片支架的位置，返回步骤D。
2.根据权利要求I所述的一种叶片全尺寸快速检测的方法，其特征在于，步骤G所述的调整叶片支架的位置为，通过旋转、摆动和平移调整叶片支架的三维空间位置。
3.一种叶片全尺寸快速检测的设备，根据权利要求I所述的一种叶片全尺寸快速检测的方法对叶片进行检测，包括由步进电机、高精密丝杆导轨和光学三维扫描测量头组成的测量组件，步进电机通过控制系统带动光学三维扫描测量头在高精密丝杆导轨上沿垂直方向运动，高精密丝杆导轨和底座平台固定连接，其特征在于，还包括叶片支架、两轴转台(8)和滑道(9)，所述的叶片支架包括框式标志点支架(5)和叶片夹具(7)，框式标志点支架(5)为一面开口的框形结构，框架四周粘贴有标志点，叶片夹具(7)位于框式标志点支架(5)的两侧边框(5-2)之间，框式标志点支架(5)和叶片夹具(7)分别和两轴转台(8)的上表面固定连接，两轴转台(8)和滑道(9)形成两轴转台(8)既能在两轴方向旋转又能沿滑道(9 )滑动的连接结构，滑道(9 )和底座平台(I)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种叶片全尺寸快速检测的设备，其特征在于，所述的框式标志点支架(5)的侧边框(5-2)由一组支撑柱组成，相邻的支撑柱通过螺纹连接。
5.根据权利要求3所述的一种叶片全尺寸快速检测的设备，其特征在于，所述的框式标志点支架(5 )的上边框(5-1)和侧边框(5-2 )通过螺纹连接。
6.根据权利要求3所述的一种叶片全尺寸快速检测的设备，其特征在于，所述的叶片夹具(7)为气动夹持装置。
全文摘要
一种叶片全尺寸快速检测的方法与设备，旨在克服现有技术中的叶片测量效率低、获得的信息量不足等缺点，提供一种叶片全尺寸快速检测的方法，主要包括以下步骤建立叶片支架的原始模型及基础坐标系；将被测叶片安装在叶片支架上；对叶片支架和叶片进行测量，将测量数据载入到原始模型中，完成单次测量；测量结果在基础坐标系中拼合；判断结果是否完整，是则优化测量结果，否则返回单次测量。还提供一种叶片全尺寸快速检测的设备，包括叶片支架、两轴转台，叶片支架包括框式标志点支架和叶片夹具，框式标志点支架和叶片夹具分别和两轴转台固定连接。本发明提高了叶片的测量效率和精度，适用于叶片制造工程中的检测和制造完成后全尺寸测量的环境。
文档编号G01B11/25GK102768026SQ20121025518
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者何万涛, 刘锦辉, 姚青文, 孟祥林, 杨松华, 梁永波, 程俊廷, 肖胜兵, 赵灿, 陈富 申请人:黑龙江科技学院
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