无人机垂直起降系统关键零部件离心叶轮检测方法的研究

2022-05-14刘广东刘心宇韦晶

机械工程师 2022年5期

刘广东，刘心宇，韦晶

（1.黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150040；2.黑龙江省中医药科学院南岗分院，哈尔滨 150006）

1 三坐标工作原理及离心叶轮检测难点分析

1.1 三坐标工作原理

三坐标测量机是基于坐标值记录原理进行三维构造来检测形体空间立体关系的数字测量设备，通过光栅尺记录有限及无限点位可计算出被测元素的坐标，再根据被测元素的坐标又可计算出被测元素的形位公差，还可计算出被测元素的位置度误差[1]。由此可见，三坐标测量在具体的生产制造检测工作中，有着精准度高和还原度高的优点。从原理上说，它可以满足几乎所有工件尺寸、构造参数的检测工作。

1.2 离心叶轮难点分析

本文分析的离心叶轮为国产某民用无人机所使用的动力设备关键零部件，由于是飞行器零部件，采用的材质为航空铝材，加工表面对光洁度要求较高，以至于对于基本尺寸的检测都不推荐使用各基础量具完成，以免造成划伤。所以对于此离心叶轮产品的检测完全依赖于三坐标测量机完成，由于此种离心叶轮产品总体高度较大，叶轮叶片长度较长，叶片拥有多个朝向不一的弧面（如图1），三坐标测量机在测量中需要依照数字模型，在扫描同一型线时多次变换角度[2]，这就需要配置相对高的三坐标测量机，至少需要自动转角测头和测量变向模块，这几项功能将检测离心叶轮的三坐标测量机价值都在60万以上的价位，给企业造成的经济负担较大。为解决这些问题，使基础配置的三坐标也可以完成离心叶轮的检测工作现将离心叶轮检测工作中的技术难点分析如下。

图1 离心叶轮叶片

1）型线弧度多变。为了解决三坐标测量机测头无测量变向功能的问题，在使用基础版本三坐标测量机检测离心叶轮时，在编辑检测程序时，必须使用数字模型在一条曲线上分段测量，在数字模型上取点的时候，要精确定位每个角度逼近和回退的极限，这样做可以减少变换的角度和分段的数量，缩减检测时间以提高效率，在同一条曲线分段扫描的时候，多个扫描线段要尽量做到无缝衔接，尽量减少丢失两条线段质检的触测点，由此方法可以做到使用基础版本的三坐标测量机扫描离心叶轮的长曲线，并且避免了触测曲线失真[3]。

2）中心孔销槽过小，误差偏大。此离心叶轮中心孔的4个销槽其实是加工过程中的4个直径为2 mm的深孔（如图2、图3），经过中心孔扩孔工序后，原来完整的4个小孔仅剩余最初加工的一半，为半圆销子槽。由于孔径本身偏小，所测直径元素只有一半，其有效测量部分只有1/3的圆，在使用基础版本三坐标测量机测量时，常常发生元素误判，在使用三坐标测量机软件自带的替代推测功能后，误差较大，不能满足此销槽的图样要求精度。针对以上问题，在测量中采取以柱体代替圆的方法检测，以增加被测销槽的测量点数，保证测量精度，在测量手段上，采用数模取点的方式，在销槽内，以槽直径为依据，依次取三层半圆阵型的点，利用二次构造法，每层测点构造一个圆，再以三层测点构造的3个圆构造1个圆柱，用位置评价此构造圆柱的直径，这种方法避免了三坐标测量机软件的误判，准确度高。