本發(fā)明涉及一種采用三坐標測量臂檢查轉(zhuǎn)輪葉片裝配角度的方法。

背景技術(shù)：

水輪機轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機組的關(guān)鍵部件，它的作用可以比喻為人體的心臟，轉(zhuǎn)輪制造水平代表著機組的綜合開發(fā)研制水平和能力。為了提高水力效率，轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)尺寸公差和水力型線公差均采用高的標準要求，除了單件加工精度要求高之外，轉(zhuǎn)輪裝配精度要求同樣很高，轉(zhuǎn)輪葉片的裝配角度直接影響到該轉(zhuǎn)輪的水利效率。傳統(tǒng)的葉片裝配進、出口角尺寸檢查方法為：針對單個轉(zhuǎn)輪制備一套專用的樣板工具及笨重的工具定位架，將樣板工具置于工具定位架上后套入葉片端部，之后測量葉片的裝配進出口角數(shù)值，從而判斷葉片裝配是否符合設(shè)計要求。

該方法的缺點是：

1)轉(zhuǎn)輪的尺寸不同、型號不同，需要的樣板工具也不同，因此所有的樣板工具都是專用工具，配套成本高；

2)對于大中型轉(zhuǎn)輪而言，需要的樣板工具及配套工具定位架尺寸也較大，導致整套工具十分笨重，對轉(zhuǎn)輪的每個葉片進行進、出口角測量時，搬運起來十分困難，工作效率低；

3)采用樣板工具檢查葉片的進、出口角時，樣板的加工精度、工具定位架的加工精度、工具定位架的定位位置以及檢查人員的人為因素均會影響葉片進、出口角裝配精度的檢查結(jié)果，影響因素復雜，檢查精度差。

基于以上傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪葉片裝配尺寸檢查方法，諸多缺點影響了現(xiàn)階段公司轉(zhuǎn)輪裝配質(zhì)量，為了進一步提高轉(zhuǎn)輪裝配制造水平，改進轉(zhuǎn)輪葉片裝配測量方法迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種采用三坐標測量臂檢查轉(zhuǎn)輪葉片裝配角度的方法，提高測量精度及測量效率，降低測量成本。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

1)按照設(shè)計標準，以轉(zhuǎn)輪上冠(1)外沿與轉(zhuǎn)輪葉片(2)裝配的平面(4)為高度零點，在進水端指定轉(zhuǎn)輪葉片(2)的三個檢查高度：第一截面(5)、第二截面(6)、第三截面(7)，在出水端指定轉(zhuǎn)輪葉片(2)的三個檢查高度截面第四截面(8)、第五截面(9)、第六截面(10)；

2)以轉(zhuǎn)輪中心軸線為三維坐標的Z軸，轉(zhuǎn)輪上冠(1)外沿與轉(zhuǎn)輪葉片(2)裝配的平面(4)為Z軸零點O，X、Y軸任意選取，理論坐標以本三維坐標系來標定；

3)設(shè)計初始，給出第一截面(5)、第二截面(6)、第三截面(7)、第四截面(8)、第五截面(9)、第六截面(10)的轉(zhuǎn)輪葉片(2)的局部理論型線數(shù)據(jù)，給出轉(zhuǎn)輪葉片(2)每個高度檢查截面與葉片外切圓切點(11)及內(nèi)切圓切點(12)的理論三維坐標值，并將葉片外切圓切點(11)及葉片內(nèi)切圓切點(12)標定出來；

3)設(shè)計初始，在每個高度檢查截面上，距離檢查截面與葉片外切圓切點(11)及葉片內(nèi)切圓切點(12)每隔至少100mm標定一個點，進水邊兩側(cè)分別標定兩個點：第一標定點(13)、第二標定點(14)、第三標定點(15)、第四標定點(16)，出水邊兩側(cè)分別標定兩個點：第五標定點(17)、第六標定點(18)、第七標定點(19)、第八標定點(20)，給出所有標定點的理論三維坐標值；

4)葉片加工過程中，加工出上述各標定點的位置，方便后續(xù)測量；

5)轉(zhuǎn)輪的上冠(1)、下環(huán)(3)及轉(zhuǎn)輪葉片(2)加工完畢進入裝配焊接階段，吊放轉(zhuǎn)輪上冠(1)于平臺上，調(diào)平，固定，劃出轉(zhuǎn)輪葉片(2)的裝配位置線；

6)按線吊裝所有葉片，拉筋固定；

7)以轉(zhuǎn)輪中心軸線為三維坐標的Z軸，轉(zhuǎn)輪上冠(1)外沿與轉(zhuǎn)輪葉片(2)裝配的平面(4)為Z軸零點O，X、Y軸任意選取，實際坐標以本三維坐標系來標定；

8)采用三坐標測量臂測量每個葉片每個高度檢查截面上標定點的實際三維坐標值；

9)以單片葉片進水邊的一個高度截面為例，根據(jù)高度檢查截面與葉片外切圓切點(11)的坐標值和該截面的第一標定點(13)坐標值，對比理論數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)，坐標值包括x_n0，y_n0，x_nm，y_nm，x′_n0，y′_n0，x′_nm，y′_nm，其中：

(x_n0，y_n0)為轉(zhuǎn)輪葉片(2)的外切圓標定切點(11)的理論直角坐標值；

(x_nm，y_nm)為轉(zhuǎn)輪葉片(2)上第一標定點(13)的理論坐標值；

(x′_n0，y’_n0)為轉(zhuǎn)輪葉片(2)的葉片外切圓標定切點(11)的實測直角坐標值；

(x’_nm，y’_nm)為轉(zhuǎn)輪葉片(2)上第一標定點(13)的實測坐標值

根據(jù)上述的坐標值計算轉(zhuǎn)輪葉片安裝的進口角Δβ_nm，計算公式如下：

葉片出口角的計算方法同樣可由此公式計算；

10)根據(jù)第一標定點(13)、第二標定點(14)、第三標定點(15)、第四標定點(16)與葉片外切圓切點(11)的坐標數(shù)據(jù)計算不同的進口角結(jié)果，該葉片的實際進口角數(shù)據(jù)由以上四個進口角結(jié)果取平均值獲得；

11)根據(jù)第五標定點(17)、第六標定點(18)、第七標定點(19)、第八標定點(20)與葉片內(nèi)切圓切點(12)的坐標數(shù)據(jù)計算不同的出口角結(jié)果，該葉片的實際出口角數(shù)據(jù)由以上四個出口角結(jié)果取平均值獲得；

12)根據(jù)獲得的每片葉片的安裝進口角和出口角值，參考設(shè)計公差標準，對于角度超差的葉片調(diào)整位置，使其符合設(shè)計標準，滿足水利要求。

技術(shù)效果：

采用本發(fā)明檢查轉(zhuǎn)輪葉片裝配的進、出口角，具有以下優(yōu)點：

1)可以采用專業(yè)的空間坐標測量工具三坐標測量臂取代笨重的樣板架及樣板工具，針對不同尺寸和結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，一個三坐標測量臂可以代替所有的樣板架及樣板工具，可以在轉(zhuǎn)輪制造過程中持續(xù)的節(jié)約成本；

2)整個檢查過程沒有人為主觀因素影響數(shù)據(jù)測量精度，結(jié)果更加客觀、可靠；

3)取代樣板架和樣板工具之后，整個檢查過程更加輕便快捷，檢查結(jié)果均在后臺計算完成，效率更高。

本發(fā)明可行的必要條件為，葉片上標定的測量點，其理論的高度Z坐標與實際裝配時該測量點的Z坐標偏差小，若裝配時Z坐標偏差過大，會導致測量的X、Y數(shù)據(jù)在一定程度上失真，進、出口角計算結(jié)果偏差會隨著標定點高度方向裝配偏差的增大而增大。因此，采用本發(fā)明進行轉(zhuǎn)輪葉片裝配進、出口角測量及計算，需要在轉(zhuǎn)輪葉片裝配時實時測量標定點的高度裝配公差，并將該公差嚴格控制在較小范圍內(nèi)。此外，在每次進行葉片進、出口角測量之前，均要測量一次標定點的高度方向的公差，并保證該公差在設(shè)定的范圍內(nèi)。這一工序可以保障進、出口角測量及計算結(jié)果的準確性。

附圖說明

圖1為轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)及葉片檢查高度截面示意圖

圖2為轉(zhuǎn)輪葉片設(shè)計及測量標定點示意圖

圖3為轉(zhuǎn)輪葉片裝配理論坐標位置與實際坐標位置及幾何換算示意圖

具體實施方式

本發(fā)明是一種新的轉(zhuǎn)輪葉片裝配進、出口角檢查方法，用于取代傳統(tǒng)的樣板工具及工具定位架，提高測量精度及測量效率，降低測量成本。本發(fā)明的具體實施方案為：

1)如圖1所示，按照設(shè)計標準，以轉(zhuǎn)輪上冠1外沿與轉(zhuǎn)輪葉片2裝配的平面4為高度零點，在進水端指定轉(zhuǎn)輪葉片2的三個檢查高度：第一截面5、第二截面6、第三截面7，在出水端指定轉(zhuǎn)輪葉片2的三個檢查高度截面第四截面8、第五截面9、第六截面10；

2)以轉(zhuǎn)輪中心軸線為三維坐標的Z軸，轉(zhuǎn)輪上冠1外沿與轉(zhuǎn)輪葉片2裝配的平面4為Z軸零點O，X、Y軸任意選取，理論坐標以本三維坐標系來標定；

3)設(shè)計初始，給出第一截面5、第二截面6、第三截面7、第四截面8、第五截面9、第六截面10的轉(zhuǎn)輪葉片2的局部理論型線數(shù)據(jù)，如圖2所示，給出轉(zhuǎn)輪葉片2每個高度檢查截面與葉片外切圓切點11及內(nèi)切圓切點12的理論三維坐標值，并將葉片外切圓切點11及葉片內(nèi)切圓切點12標定出來；

3)如圖2所示，設(shè)計初始，在每個高度檢查截面上，距離檢查截面與葉片外切圓切點11及葉片內(nèi)切圓切點12每隔至少100mm標定一個點，進水邊兩側(cè)分別標定兩個點：第一標定點13、第二標定點14、第三標定點15、第四標定點16，出水邊兩側(cè)分別標定兩個點：第五標定點17、第六標定點18、第七標定點19、第八標定點20，給出所有標定點的理論三維坐標值；

4)葉片加工過程中，加工出上述各標定點的位置，方便后續(xù)測量；

5)轉(zhuǎn)輪的上冠1、下環(huán)3及轉(zhuǎn)輪葉片2加工完畢進入裝配焊接階段，吊放轉(zhuǎn)輪上冠1于平臺上，調(diào)平，固定，劃出轉(zhuǎn)輪葉片2的裝配位置線；

6)按線吊裝所有葉片，拉筋固定；

7)以轉(zhuǎn)輪中心軸線為三維坐標的Z軸，轉(zhuǎn)輪上冠1外沿與轉(zhuǎn)輪葉片(2)裝配的平面4為Z軸零點O，X、Y軸任意選取，實際坐標以本三維坐標系來標定；

8)采用三坐標測量臂測量每個葉片每個高度檢查截面上標定點的實際三維坐標值；

9)以單片葉片進水邊的一個高度截面為例，根據(jù)高度檢查截面與葉片外切圓切點11的坐標值和該截面的第一標定點13坐標值，對比理論數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)，如圖3所示，坐標值包括x_n0，y_n0，x_nm，y_nm，x′_n0，y′_n0，x′_nm，y’_nm，其中：

(x_n0，y_n0)為轉(zhuǎn)輪葉片2的外切圓標定切點11的理論直角坐標值；

(x_nm，y_nm)為轉(zhuǎn)輪葉片2上第一標定點13的理論坐標值；

(x’_n0，y′_n0)為轉(zhuǎn)輪葉片2的葉片外切圓標定切點11的實測直角坐標值；

(x′_nm，y′_nm)為轉(zhuǎn)輪葉片2上第一標定點13的實測坐標值

根據(jù)上述的坐標值計算轉(zhuǎn)輪葉片安裝的進口角Δβ_nm，計算公式如下：

葉片出口角的計算方法同樣可由此公式計算；

10)根據(jù)第一標定點13、第二標定點14、第三標定點15、第四標定點16與葉片外切圓切點11的坐標數(shù)據(jù)計算不同的進口角結(jié)果，該葉片的實際進口角數(shù)據(jù)由以上四個進口角結(jié)果取平均值獲得；

11)根據(jù)第五標定點17、第六標定點18、第七標定點19、第八標定點20與葉片內(nèi)切圓切點12的坐標數(shù)據(jù)計算不同的出口角結(jié)果，該葉片的實際出口角數(shù)據(jù)由以上四個出口角結(jié)果取平均值獲得；

12)根據(jù)獲得的每片葉片的安裝進口角和出口角值，參考設(shè)計公差標準，對于角度超差的葉片調(diào)整位置，使其符合設(shè)計標準，滿足水利要求。

根據(jù)三坐標測量臂的測量范圍，可在其確定坐標系后一次測量多片葉片上標定點的坐標數(shù)據(jù)。

根據(jù)三坐標測量臂的測量范圍，當三坐標測量臂無法一次測量完所有葉片上標定點的坐標數(shù)據(jù)時，可調(diào)節(jié)三坐標測量臂的位置以實現(xiàn)對其他葉片上標定點進行坐標測量，調(diào)節(jié)三坐標測量臂的位置后，需首先重新確定坐標系，重新確定的坐標系X、Y軸任意選取。