一種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法
【專利摘要】一種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法，噴推葉輪葉片表面分為工作面（4）和非工作面（5），檢驗時先依次進行單個葉片輪廓的粗查、篩除鑄造粗大誤差，然后選擇葉片輪廓綜合誤差最小的葉片建立檢驗基準，再進行各個葉片型值的精確檢驗，具體包括以下步驟：樣板（3）靠檢、確定精確檢驗的基準、C點定位、檢驗基準加工、葉片型值檢驗點標記、三坐標檢驗儀檢驗和逆向建模和數據對比。實現了使用三坐標檢驗儀在現有常規檢驗條件下完成葉片型值的檢驗，成本較低，保證了檢驗結果與產品實際結果的等價性。
【專利說明】一種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種檢驗方法，更具體的說涉及一種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法。

【背景技術】
[0002]噴推葉輪作為噴水推進裝置的核心零件，負責將軸系傳遞過來的機械能轉化為推動船只前進的推力，噴推葉輪水利性能的好快和制造精度的高低直接決定了噴水推進裝置的性能水平。
[0003]噴推葉輪一般采用整體毛坯鑄造，然后回廠后機加工到位。但應用于中小功率場合的噴推葉輪多采用精密鑄造而成，精密鑄造又稱為熔模鑄造，成型后鑄件的尺寸公差和表面粗糙度都大為提高，能夠滿足中小功率場合對噴推葉輪葉片型值的控制精度要求。精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值通過鑄造保證，回廠后只加工噴推葉輪的內孔和端面，從而降低了生產成本和制造周期，提高了生產效率。目前，該種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗通常通過三維掃描儀進行檢驗；但是，三維掃描儀成本高，且掃描結果往往與噴推葉輪內孔和端面的最終加工結果無法完全對應。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對現有的精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法成本高、且掃描結果往往與最終加工結果無法完全對應等問題，提供一種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術解決方案是:一種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法，所述噴推葉輪葉片的前緣和后緣留有打磨余量，噴推葉輪葉片表面分為工作面和非工作面，檢驗時依次進行葉片粗查和葉片精查，在葉片粗查時采用樣板檢查單個葉片的輪廓，通過測量葉片表面相對于樣板的誤差、篩除葉片鑄造粗大誤差，并選擇葉片輪廓綜合誤差最小的葉片作為下一步精確測量的基礎，葉片精查時，在葉片粗查的基礎上，在葉片輪廓綜合誤差最小的葉片上找到與理論型值點最佳的匹配點，以此建立檢驗坐標系，并且加工檢驗基準平面，然后利用三坐標檢驗儀，完成對葉片型值的檢驗，最后利用三維軟件將檢驗結果建模并與理論模型對比，得出型值誤差，再根據驗收標準判斷葉片是否合格，具體包括以下步驟:
步驟一、樣板靠檢:采用樣板分別在噴推葉輪葉片的工作面和非工作面的中徑處進行靠檢，檢查工作面和非工作面與樣板之間的間隙，并記錄工作面或非工作面與樣板之間的最大間隙為h2 ；
步驟二、確定精確檢驗的基準:根據步驟一中的靠檢結果最大間隙h2與相應的廠家或行業驗收標準進行比較，如果最大間隙h2大于或等于廠家或行業驗收標準，則該葉片為包含有粗大鑄造誤差的葉片，則剔除掉包含有該葉片的噴推葉輪，
如果最大間隙h2小于廠家或行業驗收標準，則依次對該噴推葉輪的所有葉片進行靠檢，同時找到葉片輪廓綜合誤差最小的葉片，將其作為下一步葉片型值精確檢驗的基準；
步驟三、C點定位:首先裝夾噴推葉輪大端內輪廓面，校正其大小端輪轂，校正后固定于工作臺上并加工噴推葉輪小端，然后裝夾噴推葉輪小端外圓，校正其輪轂大小端，并加工噴推葉輪大端，再通過機床確定步驟二中確定的葉片輪廓綜合誤差最小的葉片兩端位置，找到該葉片頂端圓弧，并找出該頂端圓弧的中點，將此點定義為外圓圓弧中點C作為檢驗坐標基準點；
步驟四、檢驗基準加工:以C點為基準點，按照理論設計的位置劃線，并以C點為基準點向噴推葉輪大端平移一給定距離，該距離要求保證噴推葉輪大端面仍留有足夠的軸向加工余量，然后在噴推葉輪大端加工出三坐標檢驗儀的檢驗基準平面，接著在噴推葉輪大端的檢驗基準平面上鉆定位盲孔，所述的定位盲孔位于通過C點的葉輪中心線的垂線在檢驗基準平面上的投影點處，將通過定位盲孔的葉輪中心線的垂線作為三坐標檢驗儀檢驗坐標系X軸坐標的方向；
步驟五、葉片型值檢驗點標記:依次對噴推葉輪所有葉片的進水邊型值關注區域和出水邊型值關注區域進行劃分并標記為葉片型值檢驗點；
步驟六、三坐標檢驗儀檢驗:首先將噴推葉輪大端朝上、下端朝下裝夾在專用三爪卡盤上，然后利用檢驗基準平面和定位盲孔建立檢驗坐標系，然后將三坐標檢驗儀的掃描測頭依次通過步驟五中確定的噴推葉輪所有葉片的進水邊型值關注區域的葉片型值檢驗點和出水邊型值關注區域的葉片型值檢驗點，即完成了所有葉片的葉片型值檢驗點檢測，最后將檢測數據導出并轉換格式；
步驟七、逆向建模和數據對比:利用步驟六中的檢測數據逆向建模，以C點位基準，然后與理論模型對比型值點處坐標誤差，此型值點處坐標誤差即為葉片型值誤差，然后根據驗收標準對葉片型值誤差結果進行評價，從而判斷葉片是否合格，則完成了葉片型值檢驗的全部流程。
[0006]與現有技術相比，本發明的有益效果:
本發明中采用葉片粗查和葉片精查相結合的方法，檢驗時先依次進行單個葉片輪廓的粗查、篩除鑄造粗大誤差，然后選擇葉片輪廓綜合誤差最小的葉片建立檢驗基準，再進行各個葉片型值的精確檢驗，從而實現了使用三坐標檢驗儀在現有常規檢驗條件下完成葉片型值的檢驗，成本較低；且檢驗基準與后續加工基準一致，從而保證了檢驗結果與產品實際結果的等價性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發明中噴推葉輪葉片橫截面示意圖。
[0008]圖2是本發明中樣板靠檢示意圖。
[0009]圖3是本發明噴推葉輪校正示意圖。
[0010]圖4是本發明中噴推葉輪小端面加工示意圖。
[0011]圖5是本發明中噴推葉輪大端面加工示意圖。
[0012]圖6是本發明中確定C點示意圖。
[0013]圖7是本發明中盲孔加工示意圖。
[0014]圖8是本發明中葉片型值檢驗點標記示意圖。
[0015]圖中:前緣1，后緣2，樣板3，工作面4，非工作面5，定位盲孔6，進水邊型值關注區域7，出水邊型值關注區域8，翼弦9。

【具體實施方式】
[0016]以下結合【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述。
[0017]因為噴推葉輪的葉片型值好壞決定了噴推葉輪水力性能的好壞，也決定了整個噴推產品性能的好壞，因此通過型值檢驗可以剔除不滿足要求的鑄件，保證產品質量。
[0018]由于精密鑄造式噴推葉輪的所有葉片都是熔模鑄造而成，無法再通過對葉片機加工的方式找到檢驗基準，而以輪轂為基準又無法保證葉片的位置；因此為了保證檢驗結果和后續加工基準的一致性，必須要找到一種對精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值進行檢驗的方法，因此需要在噴推葉輪的葉片上找到可以參考的基準點并建立檢驗坐標系，以此來進行型值檢驗，從而保證內孔和端面以同一基準進行后續加工，最終保證產品滿足設計要求。
[0019]參見圖1至圖8，本發明提供一種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法，所述噴推葉輪葉片的前緣1和后緣2留有打磨余量，噴推葉輪葉片表面分為工作面4和非工作面5 ;檢驗時依次進行葉片粗查和葉片精查，在葉片粗查時采用樣板3檢查單個葉片的輪廓，通過測量葉片表面相對于樣板3的誤差、篩除葉片鑄造粗大誤差，并選擇葉片輪廓綜合誤差最小的葉片作為下一步精確測量的基礎；葉片精查時，在葉片粗查的基礎上，在葉片輪廓綜合誤差最小的葉片上找到與理論型值點最佳的匹配點，以此建立檢驗坐標系，并且加工檢驗基準平面，然后利用三坐標檢驗儀，完成對葉片型值的檢驗，最后利用三維軟件將檢驗結果建模并與理論模型對比，得出型值誤差，再根據驗收標準判斷葉片是否合格，具體包括以下步驟:
步驟一、樣板3靠檢:采用樣板3分別在噴推葉輪葉片的工作面4和非工作面5的中徑處進行靠檢，檢查工作面4和非工作面5與樣板3之間的間隙，并記錄工作面4或非工作面5與樣板3之間的最大間隙為h2。
[0020]此處的樣板3是指利用數控車床，按照理論設計的型值加工出來用于對噴推葉輪葉片輪廓進行檢驗的量具；此處的靠檢指的是采用樣板3或者模板類檢驗工具與被檢零件以接觸的方式檢驗表面輪廓，適用于特殊表面形狀或者不易檢驗零件的檢查；此處的中徑指的是葉片中部位置，具體參見圖1至圖2。
[0021]步驟二、確定精確檢驗的基準:根據步驟一中的靠檢結果最大間隙h2與相應的廠家或行業驗收標準進行比較，如果最大間隙h2大于或等于廠家或行業驗收標準，則該葉片為包含有粗大鑄造誤差的葉片，則剔除掉包含有該葉片的噴推葉輪；包含有粗大鑄造誤差的葉片可以是葉片錯位、扭曲、卷邊等問題，此時該噴推葉輪予以判廢處理，不用進入后續型值檢驗環節。此處的廠家驗收標準通常為工廠自定標準，跟葉輪的設計有關。
[0022]如果最大間隙h2小于廠家或行業驗收標準，則依次對該噴推葉輪的所有葉片進行靠檢，同時找到葉片輪廓綜合誤差最小的葉片，將其作為下一步葉片型值精確檢驗的基準；若最大間隙h2小于廠家或行業驗收標準，則說明當前葉片無粗大誤差，可以繼續檢驗其它葉片。葉片輪廓綜合誤差最小的葉片指的是該噴推葉輪中靠檢結果h2最小的葉片，也即是被檢葉片與樣板3貼合最好的，將其作為后續找型值檢驗基準的葉片。因此步驟二基本可以剔除掉所有葉片鑄造粗大誤差，并且能夠得到輪廓最好的葉片。
[0023]步驟三、C點定位:首先裝夾噴推葉輪大端內輪廓面，校正其大小端輪轂，校正后固定于工作臺上并加工噴推葉輪小端，然后裝夾噴推葉輪小端外圓，校正其輪轂大小端，并加工噴推葉輪大端，再通過機床確定步驟二中確定的葉片輪廓綜合誤差最小的葉片兩端位置，找到該葉片頂端圓弧，并找出該頂端圓弧的中點，將此點定義為外圓圓弧中點C作為檢驗坐標基準點；具體參見圖3至圖6。此處的檢驗坐標基準點也可以稱為原點或者參考點。
[0024]通過該步驟三找出的C點完全是基于葉片本身確認，與輪轂無關；且處于鑄造噴推葉輪葉片型值最容易保證的葉片頂端圓弧的中點，也是對葉片水利性能影響最大的地方。C點找到后，就有了檢驗的坐標系基準，從而以此點作為檢驗坐標的原點或者參考點，進行檢驗基準的加工。具體參見圖2至圖6。
[0025]步驟四、檢驗基準加工:以C點為基準點，按照理論設計的位置劃線，并以C點為基準點向噴推葉輪大端平移一給定距離，該給定距離結合噴推葉輪型號而定，且該距離要求保證噴推葉輪大端面仍留有足夠的軸向加工余，然后在噴推葉輪大端加工出三坐標檢驗儀的檢驗基準平面，接著在噴推葉輪大端的檢驗基準平面上鉆定位盲孔6，所述的定位盲孔6位于通過C點的葉輪中心線的垂線在檢驗基準平面上的投影點處，將通過定位盲孔6的葉輪中心線的垂線作為三坐標檢驗儀檢驗坐標系X軸坐標的方向。
[0026]此處的理論設計指的是葉輪的預先設計狀態，理論設計給出葉輪的葉片型值要求，鑄件廠根據型值要求進行葉輪鑄造，而實際鑄造出來的產品狀態與理論設計狀態總是有差距的，差距大到一定程度后就無法滿足性能要求了，型值檢驗的目的就是為了對差距進行判斷，剔除無法滿足的鑄件。三坐標檢驗儀進行檢驗必須先建立檢驗坐標系，有了三坐標檢驗儀檢驗用的坐標系，就可以用來對葉片上需要檢驗的型值點的坐標進行定義，進而實現產品狀態和理論狀態的對比；此處的以C點為基準就是以C點為基準點建立三坐標檢驗儀檢驗用的坐標系，此處的檢驗基準平面是三坐標檢驗儀檢驗所必須的平面，當C點確定后，就以C點為基準點向噴推葉輪大端平移某一給定距離，然后在噴推葉輪大端加工出三坐標檢驗儀的檢驗基準平面，同時通過定位盲孔6確定了檢驗坐標系X軸坐標的方向，從而為后續三坐標檢驗儀檢驗做好了準備。具體參見圖7。
[0027]步驟五、葉片型值檢驗點標記:依次對噴推葉輪所有葉片的進水邊型值關注區域7和出水邊型值關注區域8進行劃分并標記為葉片型值檢驗點。
[0028]具體參見圖，因為噴推葉輪有重疊部分，這部分在葉輪的中部，三坐標儀的探頭無法檢驗；而影響噴推葉輪性能最關鍵的是進水邊和出水邊，這兩者位于葉輪的兩端，因此只需要檢驗葉片進水邊和出水邊給定點的型值，就可以判斷噴推葉輪鑄造質量的好壞。此處的型值即為在給定坐標系下點的坐標值。具體檢驗時，可以先對葉片輪廓綜合誤差最小葉片的進水邊型值關注區域7和出水邊型值關注區域8進行劃分并標記為葉片型值檢驗點，將其進水邊型值關注區域7的葉片型值檢驗點分別標記為a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、k，將其出水邊型值關注區域8的葉片型值檢驗點分別標記為1、m、η、0、p、q、r、s、t、u。然后再依次對噴推葉輪所有葉片的進水邊型值關注區域7和出水邊型值關注區域8進行劃分并標記為葉片型值檢驗點，并將其進水邊型值關注區域7的葉片型值檢驗點分別標記為a、b、c、d、e、f、g、h、1、j、k,將其出水邊型值關注區域8的葉片型值檢驗點分別標記為l、m、η、ο、p、q、r、s、t、u。具體參見圖8。
[0029]步驟六、三坐標檢驗儀檢驗:首先將噴推葉輪大端朝上、下端朝下裝夾在專用三爪卡盤上，然后利用檢驗基準平面和定位盲孔6建立檢驗坐標系，然后將三坐標檢驗儀的掃描測頭依次通過步驟五中確定的噴推葉輪所有葉片的進水邊型值關注區域7的葉片型值檢驗點和出水邊型值關注區域8的葉片型值檢驗點，即完成了所有葉片的葉片型值檢驗點檢測，最后將檢測數據導出并轉換格式。
[0030]步驟七、逆向建模和數據對比:利用步驟六中的檢測數據逆向建模，并以C點為基準，然后與理論模型一一對比并記錄所有葉片的進水邊型值關注區域7和出水邊型值關注區域8的葉片型值檢驗點處坐標誤差，此葉片型值檢驗點處坐標誤差即為葉片型值誤差，然后根據驗收標準對葉片型值誤差結果進行評價，從而判斷葉片是否合格，則完成了葉片型值檢驗的全部流程。通常情況下，若該點葉片型值誤差大于允許值就是該點型值超差，當超差型值點超過總數的20%，則判定該噴推葉輪型值檢驗未通過，該噴推葉輪按照不合格品處理程序進行；當超差型值點未超過總數的20%，則判定該推葉輪型值檢驗通過，可進入后續加工環節。
[0031]上面步驟七中的逆向建模和數據對比是對檢驗結果利用三維軟件結合判據進行是否合格進行判斷，該逆向建模指的是利用三坐標儀輸出的離散型值點的坐標數據，在三維軟件中，利用相關造型功能，恢復葉片的完整三維連續模型。以C點為基準就是讓逆向建模的模型和理論模型的C點重合，然后再來測量型值點的誤差；如果不這樣，逆向建模的模型和理論模型在空間中自由擺放，則任何一個點都可以調整到重合的狀態，就失去了檢驗的意義，即上面步驟中規定了讓C點重合，相當于定義了兩個模型的相對位置再來比較，同時后續加工也是以此狀態為基準進行，即以C點為基準加工，保證了檢測狀態和后續加工狀態的一致性。此處的驗收標準就是允許的逆向建模模型的型值點坐標與理論模型對應型值點坐標的差值。
[0032]本發明通過上述方法檢驗噴推葉輪的葉片型值，可以通過使用三坐標檢驗儀完全在現有常規檢驗條件下完成葉片型值的檢驗，且檢驗基準與后續加工基準一致，從而保證了檢驗結果與產品實際結果的等價性；同時無需購置價格昂貴的掃描儀，對于單件小批量場合可以替代成本較高的掃描儀進行檢驗，具有明顯的實際應用價值。另外，對于批量化生產情況，如果每一件葉輪都去進行掃描判斷，成本和周期都不允許，而采用本方法可以通過采用樣板3粗查結合型值檢驗抽查方式進行，速度快，成本低，質量控制結果滿足工程需要，符合生產實際。
[0033]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，上述結構都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種精密鑄造式噴推葉輪的葉片型值檢驗方法，所述噴推葉輪葉片的前緣(I)和后緣(2)留有打磨余量，噴推葉輪葉片表面分為工作面(4)和非工作面(5)，其特征在于，檢驗時依次進行葉片粗查和葉片精查，在葉片粗查時采用樣板(3)檢查單個葉片的輪廓，通過測量葉片表面相對于樣板(3)的誤差、篩除葉片鑄造粗大誤差，并選擇葉片輪廓綜合誤差最小的葉片作為下一步精確測量的基礎，葉片精查時，在葉片粗查的基礎上，在葉片輪廓綜合誤差最小的葉片上找到與理論型值點最佳的匹配點，以此建立檢驗坐標系，并且加工檢驗基準平面，然后利用三坐標檢驗儀，完成對葉片型值的檢驗，最后利用三維軟件將檢驗結果建模并與理論模型對比，得出型值誤差，再根據驗收標準判斷葉片是否合格，具體包括以下步驟: 步驟一、樣板(3)靠檢:采用樣板(3)分別在噴推葉輪葉片的工作面(4)和非工作面(5)的中徑處進行靠檢，檢查工作面(4)和非工作面(5)與樣板(3)之間的間隙，并記錄工作面(4)或非工作面(5)與樣板(3)之間的最大間隙為h2 ； 步驟二、確定精確檢驗的基準:根據步驟一中的靠檢結果最大間隙h2與相應的廠家或行業驗收標準進行比較，如果最大間隙h2大于或等于廠家或行業驗收標準，則該葉片為包含有粗大鑄造誤差的葉片，則剔除掉包含有該葉片的噴推葉輪， 如果最大間隙h2小于廠家或行業驗收標準，則依次對該噴推葉輪的所有葉片進行靠檢，同時找到葉片輪廓綜合誤差最小的葉片，將其作為下一步葉片型值精確檢驗的基準； 步驟三、C點定位:首先裝夾噴推葉輪大端內輪廓面，校正其大小端輪轂，校正后固定于工作臺上并加工噴推葉輪小端，然后裝夾噴推葉輪小端外圓，校正其輪轂大小端，并加工噴推葉輪大端，再通過機床確定步驟二中確定的葉片輪廓綜合誤差最小的葉片兩端位置，找到該葉片頂端圓弧，并找出該頂端圓弧的中點，將此點定義為外圓圓弧中點C作為檢驗坐標基準點； 步驟四、檢驗基準加工:以C點為基準點，按照理論設計的位置劃線，并以C點為基準點向噴推葉輪大端平移一給定距離，該距離要求保證噴推葉輪大端面仍留有足夠的軸向加工余量，然后在噴推葉輪大端加工出三坐標檢驗儀的檢驗基準平面，接著在噴推葉輪大端的檢驗基準平面上鉆定位盲孔(6)，所述的定位盲孔(6)位于通過C點的葉輪中心線的垂線在檢驗基準平面上的投影點處，將通過定位盲孔(6)的葉輪中心線的垂線作為三坐標檢驗儀檢驗坐標系X軸坐標的方向； 步驟五、葉片型值檢驗點標記:依次對噴推葉輪所有葉片的進水邊型值關注區域(7)和出水邊型值關注區域(8)進行劃分并標記為葉片型值檢驗點； 步驟六、三坐標檢驗儀檢驗:首先將噴推葉輪大端朝上、下端朝下裝夾在專用三爪卡盤上，然后利用檢驗基準平面和定位盲孔(6)建立檢驗坐標系，然后將三坐標檢驗儀的掃描測頭依次通過步驟五中確定的噴推葉輪所有葉片的進水邊型值關注區域(7)的葉片型值檢驗點和出水邊型值關注區域(8)的葉片型值檢驗點，即完成了所有葉片的葉片型值檢驗點檢測，最后將檢測數據導出并轉換格式； 步驟七、逆向建模和數據對比:利用步驟六中的檢測數據逆向建模，以C點位基準，然后與理論模型對比型值點處坐標誤差，此型值點處坐標誤差即為葉片型值誤差，然后根據驗收標準對葉片型值誤差結果進行評價，從而判斷葉片是否合格，則完成了葉片型值檢驗的全部流程。
【文檔編號】G06F19/00GK104462807SQ201410730722
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】程濤, 程哲, 韓海輝, 李健, 吳少龍, 杜文國, 胡彬彬 申請人:武漢船用機械有限責任公司