劉廣東，劉心宇，韋晶

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

1 三坐標工作原理及離心葉輪檢測難點分析

1.1 三坐標工作原理

三坐標測量機是基于坐標值記錄原理進行三維構造來檢測形體空間立體關系的數(shù)字測量設備，通過光柵尺記錄有限及無限點位可計算出被測元素的坐標，再根據(jù)被測元素的坐標又可計算出被測元素的形位公差，還可計算出被測元素的位置度誤差[1]。由此可見，三坐標測量在具體的生產制造檢測工作中，有著精準度高和還原度高的優(yōu)點。從原理上說，它可以滿足幾乎所有工件尺寸、構造參數(shù)的檢測工作。

1.2 離心葉輪難點分析

本文分析的離心葉輪為國產某民用無人機所使用的動力設備關鍵零部件，由于是飛行器零部件，采用的材質為航空鋁材，加工表面對光潔度要求較高，以至于對于基本尺寸的檢測都不推薦使用各基礎量具完成，以免造成劃傷。所以對于此離心葉輪產品的檢測完全依賴于三坐標測量機完成，由于此種離心葉輪產品總體高度較大，葉輪葉片長度較長，葉片擁有多個朝向不一的弧面（如圖1），三坐標測量機在測量中需要依照數(shù)字模型，在掃描同一型線時多次變換角度[2]，這就需要配置相對高的三坐標測量機，至少需要自動轉角測頭和測量變向模塊，這幾項功能將檢測離心葉輪的三坐標測量機價值都在60萬以上的價位，給企業(yè)造成的經濟負擔較大。為解決這些問題，使基礎配置的三坐標也可以完成離心葉輪的檢測工作現(xiàn)將離心葉輪檢測工作中的技術難點分析如下。

圖1 離心葉輪葉片

1）型線弧度多變。為了解決三坐標測量機測頭無測量變向功能的問題，在使用基礎版本三坐標測量機檢測離心葉輪時，在編輯檢測程序時，必須使用數(shù)字模型在一條曲線上分段測量，在數(shù)字模型上取點的時候，要精確定位每個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，縮減檢測時間以提高效率，在同一條曲線分段掃描的時候，多個掃描線段要盡量做到無縫銜接，盡量減少丟失兩條線段質檢的觸測點，由此方法可以做到使用基礎版本的三坐標測量機掃描離心葉輪的長曲線，并且避免了觸測曲線失真[3]。

2）中心孔銷槽過小，誤差偏大。此離心葉輪中心孔的4個銷槽其實是加工過程中的4個直徑為2 mm的深孔（如圖2、圖3），經過中心孔擴孔工序后，原來完整的4個小孔僅剩余最初加工的一半，為半圓銷子槽。由于孔徑本身偏小，所測直徑元素只有一半，其有效測量部分只有1/3的圓，在使用基礎版本三坐標測量機測量時，常常發(fā)生元素誤判，在使用三坐標測量機軟件自帶的替代推測功能后，誤差較大，不能滿足此銷槽的圖樣要求精度。針對以上問題，在測量中采取以柱體代替圓的方法檢測，以增加被測銷槽的測量點數(shù)，保證測量精度，在測量手段上，采用數(shù)模取點的方式，在銷槽內，以槽直徑為依據(jù)，依次取三層半圓陣型的點，利用二次構造法，每層測點構造一個圓，再以三層測點構造的3個圓構造1個圓柱，用位置評價此構造圓柱的直徑，這種方法避免了三坐標測量機軟件的誤判，準確度高。

圖2 離心葉輪銷槽

圖3 離心葉輪數(shù)字模型

2 三坐標測量機葉片檢測程序示例

2.1 離心葉輪檢測程序初始坐標系的建立

由于離心葉輪葉片呈均布狀態(tài)，所以初始坐標系無需建立角向，取上端面為平面1，中心孔為圓1，建立一個三坐標測量機自判角向的坐標系，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系

2.2 離心葉輪檢測程序精確坐標系的建立

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

2.3 離心葉輪檢測程序葉片型線的掃描

由于掃描型線點數(shù)過多，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，型線比對準確且效率在使用基礎版本的三坐標測量機時達到了最大化。

圖5 離心葉輪葉片掃描程序掃描型線

2.4 離心葉輪檢測程序中心孔銷槽的測量

前文所提離心葉輪銷槽孔的測量方法再此不再贅述，具體編制程序如下。

2.4.1 離心葉輪中心孔銷槽檢測程序坐標系的建立

作為測量均布孔位的檢測程序，建立坐標系的方法相對簡單，在此只做簡單展示如下：

以上程序所展示的參數(shù)設定較多，但是皆為必須設置項目，以此圓3為藍本，使用三坐標測量機軟件的基礎功能陣列粘貼，使用圓形陣列即可完成其他3個銷槽的測量，在此程序檢測中，可以確保測量銷孔的準確性，與基礎測量相比，效率稍低但避免了使用基礎三坐標測量機造成的精度失真和圖形誤判。

3 結語

以上對離心葉輪的檢測工作中面臨的兩大難點的解決辦法，經過多次驗證和批量生產以確定準確性和效率都可以得到保證，解決了企業(yè)在不購置高端三坐標測量機的情況下，也能檢測如離心葉輪這類的長幅葉片產品。