三坐标测量工装及检测方法

技术领域

本发明涉及航空发动机零部件检测的技术领域，特别地，涉及一种三坐标测量工装及检测方法。

背景技术

航空发动机是一种极其复杂、高度精密的产品，为航空飞行器提供所需的动力，它的稳定性直接影响飞机的性能、可靠性和经济性。航空发动机的涡轮部件在发动机工作时处于高温状态，零件受热易产生变形、烧蚀等使零件尺寸发生变化。在发动机修理过程中，涡轮部件的机匣零件需严格控制尺寸，测量的尺寸较多且精度要求高，需要用三坐标测量仪进行精密测量。

现有某型涡轴航空发动机涡轮部件机匣结构复杂，需测量尺寸较多。所测尺寸的基准和方位也有差异。现有测量方案是把零件直接平放在三坐标测量平台上，依次测量各个尺寸。由于所测尺寸的基准或测量方位不一致，所有尺寸不能一次测量完，在测量不同基准或方位的尺寸时都需要重新摆放零件并手动定位基准，定位之后三坐标测量仪才能自动进行该尺寸测量。所以一个复杂的零件测量时需要重复多次摆放零件和手动定位基准。这样多次摆放零件和定位基准浪费了大量时间和劳动力。按现有方案测量完一个机匣需要2.5小时，随着任务量的增加，现有测量能力已难以满足需求，迫切需要提升测量效率

发明内容

本发明提供了一种三坐标测量工装及检测方法，以解决现有技术中需要对多个不同基准的尺寸进行检测时需要反复手动定位基准导致检测效率低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种三坐标测量工装，包括底座、第一夹持座、第二夹持座和第三夹持座；底座用于置于三坐标检测仪的工作台上，底座上设置有用于与三坐标检测仪工作台定位基准配合的定位面；第一夹持座固定于底座上，第一夹持座上形成有第一定位端面定位面，第一定位端面定位面上设有第一定位销以及与第一定位销配合的夹持件；第二夹持座与底座滑动配合，滑动方向与第一定位端面平行，第二夹持座上形成有与第一定位端面共面的第二定位端面，第二定位端面上设置有与第一定位销平行的第二定位销以及与第二定位销配合的夹持件；第三夹持座设置在底座上，第三夹持座上设置有与第一定位销平行的第三定位销以及与第三定位销配合的夹持件。

可选的，所述夹持件包括夹持套、夹持杆以及夹持块；夹持套用于与第一夹持座、第二夹持座或第三夹持座固定连接，夹持杆穿设于夹持套内并与夹持套沿轴向滑动配合，夹持杆的一端与夹持块固定连接，夹持杆的另一端螺纹连接有锁紧件。

可选的，夹持杆外壁沿轴向开设有导向槽，夹持套上固定有与导向槽配合的导向块。

可选的，所述底座上沿横向设置有导轨，所述第二夹持座与第三夹持座与导轨滑动配合，导轨上沿长度方向布设有若干定位孔，第二夹持座以及第三夹持座上均设置有与定位配合的定位销。

可选的，所述三坐标测量工装还包括设置在底座上的支撑座，支撑座上形成有与零件外轮廓匹配的支撑面，所述支撑座与底座活动配合使支撑面相对于底座的位置可调节。

可选的，所述支撑座包括支撑底板、支撑支架与支撑台，所述底座上沿垂直第一定位端面的方向开设有纵向滑槽，支撑底板上开设有与第一定位端面平行的横向滑槽，支撑支架上开设有同时与横向滑槽和纵向滑槽垂直的竖向滑槽，支撑底板上设置有与纵向滑槽配合的纵向滑杆，支撑支架上设置有与横向滑槽配合的横向滑杆，支撑台上设置有与竖向滑槽配合的竖向滑杆。

可选的，所述支撑支架平行设置有两个，两支撑支架上的竖向滑杆同时滑动或独立滑动，竖向滑杆穿过竖向滑槽后螺纹连接有锁定螺栓。

可选的，所述三坐标测量工装还包括上料装置，所述上料装置包括料车底盘组件、料车升降组件以及料车上底板组件，料车底座上设置有滚轮，料车升降组件一端与料车底盘组件连接另一端与料车上底板组件连接以调节料车底盘组件和料车上底板组件之间的距离，料车上底板组件上形成有用于支撑所述底座的支撑面。

可选的，所述底座包括气垫板以及设置在气垫板上的移动板，所述气垫板上设置有用于连接气源的进气口，所述进气口延伸到气垫板底面。

根据本发明的另一方面，还提供了一种三坐标测量方法，包括如下步骤：在工作台上设置基准挡板，依据基准挡板建立初步检测坐标系，初步检测坐标系包括X轴、Y轴以及Z轴；将装有零件的三坐标测量工装安装到工作台上，使三坐标测量工装与基准挡板配合，依据夹具上的夹具基准点位置与基准挡板的尺寸关系获得夹具基准点在初步检测坐标系内的坐标；依据零件与夹具的装配关系获取零件待检位置与夹具基准点的位置关系，结合夹具基准点在初步检测坐标系内的坐标获取零件待检位置在初步检测坐标系内的坐标；依据零件待检位置在初步检测坐标系内的坐标通过测头对零件进行打点检测获取零件待检位置实测坐标；根据零件实测坐标拟合建立实测坐标系，根据零件待检位置的实测坐标在实测坐标系内的位置结合零件在实测坐标系中的理论位置以及允许的公差，判断零件待检位置的加工尺寸是否合格。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过底座上定位面与三坐标检测仪工作台定位基准的配合，能够找准底座在三坐标仪工作台上的位置，进而提升零件的定位精度；

2.通过第一定位销、第二定位销以及第三定位销的配合能够对零件进行精准定位，同时通过与夹持件的配合，能够将零件完全支撑起来，使零件脱离三坐标仪的工作台，这样在检测时，能够一次装夹就打表检测所有待测部位的坐标，无需针对不同的定位基准反复装夹，提升了检测的效率；

3.由于本方案中，通过第一定位销、第二定位销以及第三定位销确定了唯一的装夹基准，所有待测位置的坐标都转化到一个装夹基准内，能够降低多次装夹产生的装夹误差，提升检测精度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的三坐标测量工装的结构示意图；

图2是图1中A处的放大示意图；

图3是本发明优选实施例的上料装置的结构示意图。

图例说明：

1、底座；2、第一夹持座；3、第二夹持座；4、第三夹持座；5、夹持件；51、夹持套；52、夹持杆；53、夹持块；54、导向槽；55、导向块；6、导轨；7、定位孔；8、定位销；91、支撑底板；92、支撑支架；93、支撑台；94、纵向滑槽；95、横向滑槽；96、竖向滑槽；10、料车底盘组件；11、料车升降组件；12、料车上底板组件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种三坐标测量工装及检测方法。

参照图1，三坐标测量工装包括底座1、第一夹持座2、第二夹持座3和第三夹持座4；

底座1用于置于三坐标检测仪的工作台上，底座1上设置有用于与三坐标检测仪工作台定位基准配合的定位面；第一夹持座2固定于底座1上，第一夹持座2上形成有第一定位端面定位面，第一定位端面定位面上设有第一定位销8以及与第一定位销8配合的夹持件5；第二夹持座3与底座1滑动配合，滑动方向与第一定位端面平行，第二夹持座3上形成有与第一定位端面共面的第二定位端面，第二定位端面上设置有与第一定位销8平行的第二定位销8以及与第二定位销8配合的夹持件5；第三夹持座4设置在底座1上，第三夹持座4上设置有与第一定位销8平行的第三定位销8以及与第三定位销8配合的夹持件5。

在本实施例中，三坐标检测仪的工作台上设置有定位基准，具体的，定位基准由一块放置在工作台上的L形定位基准板构成，定位基准板的直角内角形成纵向和横向基准，工作台上表面形成竖向基准。底座1上定位面与三坐标检测仪定位基准的配合确保了底座1在三坐标检测仪的工作台上能够精确且可重复地定位，这是进行精准测量的基础。准确的定位意味着测量起始点的一致性，从而保证了测量数据的可靠性和一致性。其次，这种机械式定位减少了人为操作带来的误差，提高了测量过程的整体精度。此外，简化了测量准备工作，有效节省了设置和调整工装的时间，提升了工作效率。通过第一定位销8、第二定位销8以及第三定位销8的配合能够对零件进行精准定位，同时通过与夹持件5的配合，能够将零件完全支撑起来，使零件脱离三坐标仪的工作台，这样在检测时，能够一次装夹就打表检测所有待测部位的坐标，无需针对不同的定位基准反复装夹，提升了检测的效率。

底座1上沿横向设置有导轨6，第二夹持座3与第三夹持座4与导轨6滑动配合，导轨6上沿长度方向布设有若干定位孔7，第二夹持座3以及第三夹持座4上均设置有与定位配合的定位销8。

底座1上沿横向设置有导轨6能够为第二和第三夹持座4提供了一个滑动路径，第二和第三夹持座4能够沿着导轨6滑动，这允许它们在底座1上沿横向调整位置，在导轨6上沿其长度方向布设有若干定位孔7，通过定位孔7和定位销8的配合，可以精确地定位和固定夹持座，确保测量过程中的稳定性和重复性，相比于完全手动的调整方式，这种设计允许快速且精确地定位和固定夹持座，提高效率，同时确保了在测量过程中夹持座的稳定性，有助于提高测量结果的准确性和可靠性。通过滑动第二夹持座3，能够调节第一定位销8和第二定位销8之间的距离，进而可以容纳和固定不同尺寸和形状的零件，提供了极大的灵活性和适应性。

底座1包括气垫板以及设置在气垫板上的移动板，气垫板上设置有用于连接气源的进气口，进气口延伸到气垫板底面。

通过上述方案，当气源连接到气垫板上的进气口时，空气被引导至气垫板底面，这些空气形成一个气垫层，位于气垫板和移动板之间，由于气体的流动性和压力，这个气垫可以减少移动板与气垫板之间的直接接触，降低了气垫板与工作台之间的摩擦，减少了物理磨损，延长设备使用寿命；减少了移动所需的力量，使得即使重物也能轻松移动，从而提高工作效率；对于需要精密搬运或定位的敏感零件，气垫板可以减少搬运过程中对零件的压力和损伤。

参照图1和图2，夹持件5包括夹持套51、夹持杆52以及夹持块53；夹持套51用于与第一夹持座2、第二夹持座3或第三夹持座4固定连接，夹持杆52穿设于夹持套51内并与夹持套51沿轴向滑动配合，夹持杆52的一端与夹持块53固定连接，夹持杆52的另一端螺纹连接有锁紧件。

通过上述方案，夹持套51固定连接于第一、第二或第三夹持座4，为整个夹持机构提供基础和稳定性；夹持杆52穿设于夹持套51内，并与夹持套51沿轴向滑动配合，这种设计允许夹持杆52沿轴线方向移动，以适应不同规格的零件或调整夹持位置；夹持杆52的一端固定连接夹持块53，夹持块53直接与待测量的零件接触，负责固定和定位零件；夹持杆52的另一端通过螺纹连接有锁紧件，用于固定夹持杆52的位置，确保在测量过程中零件的稳定。

可选的，夹持块53上设置于橡胶垫。夹持块53上设置于橡胶垫。橡胶垫能有效防止硬质夹持块53直接接触并可能损伤被测量零件的表面；同时橡胶具有较好的摩擦特性，能够增加夹持块53与被测零件之间的摩擦力，保证零件在测量过程中的稳定性，防止滑动或移位。

夹持杆52外壁沿轴向开设有导向槽54，夹持套51上固定有与导向槽54配合的导向块55。通过上述方案，当夹持杆52在夹持套51内移动时，导向块55沿导向槽54滑动，从而引导夹持杆52的轴向运动，同时限制其它方向的运动，使导向杆不会随着锁紧件的旋转而转动，使夹持块53能够随导向杆轴向移动进而顺利压紧在工件上。

三坐标测量工装还包括设置在底座1上的支撑座，支撑座上形成有与零件外轮廓匹配的支撑面，支撑座与底座1活动配合使支撑面相对于底座1的位置可调节。

通过设置在底座1上的支撑座，并在支撑座上形成与零件外轮廓匹配的支撑面，在使用时，可以根据不同零件的外形和尺寸选择对应支撑座，使支撑面与零件外轮廓紧密配合。通过与零件外轮廓匹配的支撑面，可以为不同形状和大小的零件提供专门的支持，确保其稳定性。

支撑座包括支撑底板91、支撑支架92与支撑台93，底座1上沿垂直第一定位端面的方向开设有纵向滑槽94，支撑底板91上开设有与第一定位端面平行的横向滑槽95，支撑支架92上开设有同时与横向滑槽95和纵向滑槽94垂直的竖向滑槽96，支撑底板91上设置有与纵向滑槽94配合的纵向滑杆，支撑支架92上设置有与横向滑槽95配合的横向滑杆，支撑台93上设置有与竖向滑槽96配合的竖向滑杆。

通过上述方案，支撑座具有纵向、横向和竖向三个方向的滑槽和相应的滑杆，在使用时可以实现对支撑座在纵向、横向和竖向的精确调节。具体的，通过移动支撑底板91上的纵向滑杆沿底座1的纵向滑槽94，支撑座在纵向上实现位置调节；通过移动支撑支架92上的横向滑杆在支撑底板91的横向滑槽95中，可以在横向上调节支撑座的位置；通过移动支撑台93上的竖向滑杆沿支撑支架92的竖向滑槽96，实现支撑座在竖向上的调节。这种多方向可调的设计使得支撑座能够适应各种复杂的零件形状，为不同零件提供稳固的支撑，从而提升测量的适应性。通过精确调节支撑座的位置，可以确保零件在测量过程中保持稳定，减少由于零件位置不当引起的测量误差，提高测量的准确性。

支撑支架92平行设置有两个，两支撑支架92上的竖向滑杆同时滑动或独立滑动，竖向滑杆穿过竖向滑槽96后螺纹连接有锁定螺栓。

通过上述方案，两个竖向滑杆同时滑动时，能够使支撑台93向上平移或者向下平移，只滑动一个竖向滑杆或者两个竖向滑杆的滑动速度不同时，支撑台93会发生倾斜，以便调整零件的角度。可以理解的是，竖向滑槽96的宽度大于竖向滑杆的直径，为两个竖向滑杆独立移动提供了空间。

参照图3，三坐标测量工装还包括上料装置，上料装置包括料车底盘组件10、料车升降组件11以及料车上底板组件12，料车底座1上设置有滚轮，料车升降组件11一端与料车底盘组件10连接另一端与料车上底板组件12连接以调节料车底盘组件10和料车上底板组件12之间的距离，料车上底板组件12上形成有用于支撑底座1的支撑面。

通过上述方案，料车底盘组件10使得整个上料装置可以在工厂或仓库内轻松移动；料车升降组件11通过机械、液压或电子方式驱动，升降组件可以调节底盘组件和上底板组件之间的距离；料车上底板组件12位于料车顶部，用来直接支撑底座1以及底座1上的零件。在使用时，能够先通过料车升降组件11驱使料车上底板组件12降低，使底座1能够较为方便的移动到料车上底板组件12上，然后推动上料装置移动，将零件运输到三坐标测量仪区域；接着通过料车升降组件11驱使料车上底板组件12升高，使料车上底板组件12高度与三坐标检测仪的工作台齐平，最后推动底座1移动，使底座1以及底座1上的零件转移到工作台上。

通过料车升降组件11，可以根据不同作业要求调整料车上底板的高度，方便与其他设备对接或适应不同高度的载荷。减少人工搬运，减轻工人负担，同时提高物料搬运的效率和安全性。料车升降组件11可以选用液压系统、螺旋升降系统或者齿轮和齿条机制驱动。在一种实施例中，料车升降组件11包括一个脚踩式液压升降杆，通过脚踩踏板能够实现料车升降组件11的升降。

本实施例还公开了一种三坐标测量方法，包括如下步骤：

步骤S100，在工作台上设置基准挡板，依据基准挡板建立初步检测坐标系，初步检测坐标系包括X轴、Y轴以及Z轴。

选择适合的基准挡板，它应具有精确的直角边缘和已知尺寸，将基准挡板安装在工作台上。这通常涉及将挡板固定在工作台的指定位置，确保它稳定且与工作台平面垂直。以基准挡板的一条边作为X轴或Y轴的参考线。Z轴通常垂直于工作台面。

步骤S200，将待检零件安装到三坐标测量工装上。

首先将零件安放到支撑座上，然后调节支撑座的位置，使零件的安装孔对准第一定位销8和第二定位销8；推动零件移动，使第一定位销8和第二定位销8插入到零件上对应的安装孔后，驱使第一夹持座2和第二夹持座3上的夹持件5夹紧零件；接着推动第三夹持座4移动，使点定位销8对准零件上的安装孔，最后锁紧第三夹持座4上的夹持件5。

步骤300，将装有零件的三坐标测量工装安装到工作台上，使三坐标测量工装与基准挡板配合，依据夹具上的夹具基准点位置与基准挡板的尺寸关系获得夹具基准点在初步检测坐标系内的坐标；

步骤S400，依据零件与夹具的装配关系获取零件待检位置与夹具基准点的位置关系，结合夹具基准点在初步检测坐标系内的坐标获取零件待检位置在初步检测坐标系内的坐标；

步骤S500，依据零件待检位置在初步检测坐标系内的坐标通过测头对零件进行打点检测获取零件待检位置实测坐标；

步骤S600，根据零件实测坐标拟合建立实测坐标系，根据零件待检位置的实测坐标在实测坐标系内的位置结合零件在实测坐标系中的理论位置以及允许的公差，判断零件待检位置的加工尺寸是否合格。

使用三坐标测量机获取零件各待检位置的实测坐标点，确保数据采集的准确性。选择合适的实测点位(通常是具有代表性的几何特征，如孔、凸台、边缘等)作为基准点。通过测量得到的实测坐标点拟合出实测坐标系，将实测坐标与零件图纸或CAD模型中的理论坐标进行对比；利用三坐标测量机的软件进行对比分析，计算出实测坐标与理论坐标之间的差异；根据设计图纸或质量标准，确定待检位置的加工尺寸允许的公差范围；将实测坐标与理论坐标的差异与公差范围进行比较，以判断加工尺寸是否在允许的公差范围内。如果差异在允许的公差范围内，则判定为合格；如果超出公差范围，则标记为不合格，并记录不合格的程度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。