一種螺旋槳加工變形測量裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于測量裝置領域，更具體地，涉及一種螺旋槳加工變形測量裝置和方法。
【背景技術】
[0002]大型船用螺旋槳是船舶和海洋平臺動力定位全回轉推進系統的關鍵部件，其加工精度和表面質量直接關系到推進系統的快速、實時響應能力和高可靠性，決定了船舶和海洋平臺在深遠海開展多種工況、可靠作業時能否實現準確、安全定位與維持精確穩定的航跡。目前，螺旋槳的加工多采用多軸聯動數控銑床進行切削加工。對于大型螺旋槳，槳葉懸臂距離較長，槳葉形狀多為復雜自由曲面，扭曲嚴重，厚度較薄，剛度差。加工過程中，在切削力作用下槳葉會發生彈性變形，載荷點的實際切削深度小于理論上的切削深度，一部分待加工材料會被殘留下來，彈性變形恢復后，使得槳葉在尺寸、形狀方面存在誤差，即產生讓刀變形，或引起槳葉的振動，使得表面生成振紋，嚴重影響表面的加工質量。
[0003]目前對螺旋槳葉片的加工變形測量多大是采用三坐標測量機和螺距規的離線測量方法，通過高精度三坐標測量機和螺距規對槳葉的形貌和型線、葉寬、葉厚等進行離線終檢檢測。這種離線測量方法不能實時反映槳葉加工過程中的變形情況和彈性變形量；另外，如需對所測的加工變形量進行補償控制，則要將槳葉返回機床重新裝夾定位進行修復再加工，但此時加工基準將很難再準確定位，從而無法保證定位精度以及變形補償的準確性。
[0004]另外，公開號為CN101769720B的中國專利公開了一種空間位移傳感器，其柔順機構由η個剛性桿件和η-1個短臂柔鉸交錯串聯構成，并且η為大于等于4的正整數，另外，其為未封閉式柔順機構，比較適用于二維或三維空間位移的測量，但各短臂柔鉸均需計算出轉角，不僅計算量大而且存在各轉角的誤差累積，影響測量精度，因此對于一維位移測量適用性較差。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種螺旋槳加工變形測量裝置和方法，克服現有技術中離線測量的不足，能夠實時監測槳葉在加工中的變形量，由此得到螺旋槳的加工變形規律，方便加工時進行變形補償控制。
[0006]為實現上述目的，按照本發明，提供了一種螺旋槳加工變形測量裝置，包括支座、位移傳遞組件、位移傳感器和控制器，其特征在于:
[0007]所述位移傳遞組件包括套管、調節螺桿、頂桿、壓縮彈簧和限位銷，所述套管、調節螺桿和頂桿均水平設置，其中，所述套管上設置有外螺紋段且其通過該外螺紋段螺紋連接在所述支座上；所述調節螺桿的右端螺紋連接在所述套管的左端并且其伸入所述套管內；所述頂桿的左端伸入所述套管內且可沿套管的軸向移動，其右端用于抵靠在螺旋槳上；所述壓縮彈簧的一端抵靠在所述調節螺桿上，另一端抵靠在所述頂桿上；
[0008]所述位移傳感器用于檢測所述頂桿沿套管軸向的位移并將檢測信號傳送給控制器，以獲得所述頂桿沿套管軸向的位移量。
[0009]優選地，所述位移傳感器為光纖光柵位移傳感器，其包括單模光纖光柵和一體成型的柔順機構，其中，
[0010]所述柔順機構由三個短臂柔鉸和兩個剛性桿件交錯串聯而成；其中，所有短臂柔鉸的中心線均豎直設置，所述兩剛性桿件長度相等且左右對稱，從而使所述三個短臂柔鉸以等腰三角形的布局方式分布；兩剛性桿件分別為左剛性桿件和右剛性桿件，左剛性桿件通過布置在其左端的短臂柔鉸固定設置左移動連接桿，右剛性桿件通過布置在其右端的短臂柔鉸固定設置右移動連接桿，這兩個移動連接桿左右設置且縱向均與所述套管的軸線垂直，而且其中一個移動連接桿固定設置在所述套管上，另一個移動連接桿固定設置在所述頂桿上；
[0011]所述單模光纖光柵均包括光柵段和單模光纖；其中，所述光柵段粘貼在兩剛性桿件之間的短臂柔鉸的外弧面上，所述光柵段通過所述單模光纖連接所述控制器；
[0012]所述控制器包括計算機和光纖光柵解調儀，以用于獲得光柵段的形變量，進而獲得所述頂桿沿套管軸向的位移量。
[0013]優選地，所述位移傳感器還包括連接在兩移動連接桿上的另一柔順機構并且這兩個柔順機構前后對稱設置，從而使所述位移傳感器整體呈六邊形；相應地，所述單模光纖光柵的數量設置為兩個，每個柔順機構上分別粘貼一光柵段，并且兩光柵段前后對稱設置，每個光柵段分別通過其上的單模光纖連接所述控制器。
[0014]優選地，左移動連接桿通過左連接塊安裝在套管上，右移動連接桿通過右連接塊安裝在頂桿上，并且左連接塊左右位置可調整地安裝在套管上，右連接塊左右位置可調整地安裝在頂桿上。
[0015]優選地，左移動連接桿至少通過兩個螺釘安裝在左連接塊上，右移動連接桿至少通過兩個螺釘安裝在右連接塊上。
[0016]優選地，所述套管和頂桿上分別設置有水平定位基準平面，以分別用于左連接塊和右連接塊的移動定位。
[0017]優選地，所述套管和頂桿上分別設置有豎直定位基準平面，以分別用于左連接塊和右連接塊的移動定位。
[0018]優選地，左連接塊至少通過兩個螺釘安裝在所述套管上，右連接塊至少通過兩個螺釘安裝在所述頂桿上。
[0019]優選地，所述套管的側壁設置有限位通槽，所述限位通槽處設置有限位銷，所述限位銷的一端伸入套管內并固定設置在所述頂桿上，以限制所述頂桿的移動行程和轉動。
[0020]優選地，所述頂桿靠近壓縮彈簧的一端設置有軸肩，所述壓縮彈簧抵靠在該軸肩上。
[0021]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果:
[0022]I)、在加工機床上直接對槳葉變形進行精確測量，解決了離線測量拆卸修復再定位難題，從而有利于依據加工變形量和變形規律及時采取補償控制措施，提高槳葉一次裝夾加工精度和加工效率；
[0023]2)、本發明是基于光纖光柵位移傳感器實現的。光纖光柵以光信號為傳播介質，所以抗電磁干擾，且耐腐蝕、靈敏度高、對電絕緣、成本低，適合用于在線變形測量，擁有傳統電阻應變片無法比擬的優點；其輸出的檢測信息是測量到的波長變化量，所以位移傳感器具有自參照性；整個位移傳感器采用柔順機構作為待測變形量的“收集器”，結構簡單、操作和測量方便、測量精度高；
[0024]3)、本發明的位移傳感器采用對稱封閉式結構，其由兩個柔順機構和兩移動連接桿構成，每個柔順機構由三個短臂柔鉸和兩個剛性桿件交錯串聯構成，只需計算最前端或最后端的短臂柔鉸的轉角就能分別得出一個測量值，而前后對稱設置的柔順機構不僅能保證結構穩定，還能一次得出兩個測量值，既能相互驗證，又能通過求平均減小測量誤差，提高測量精度。
[0025]4)、對于不同曲率和輪廓尺寸的槳葉，可以設計不同尺寸的套管和頂桿，能夠測量各種尺寸規格槳葉表面上不同點的變形量，適應性強。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明安裝在工作臺上工作時的結構示意圖；
[0027]圖2為本發明中位移傳感器安裝在位移傳遞組件上的結構示意圖；
[0028]圖3為圖1中位移傳遞組件的剖視圖。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0030]參照圖1?圖3，一種螺旋槳加工變形測量裝置，包括支座8、位移傳遞組件3、位移傳感器4和控制器，所述位移傳遞組件3包括套管12、調節螺桿11、頂桿13、壓縮彈簧17和限位銷18，所述套管12、調節螺桿11和頂桿13均水平設置，其中，所述套管12上設置有外螺紋段且其通過該外螺紋段螺紋連接在所述支座8上；所述調節螺桿11的右端螺紋連接在所述套管12的左端并且其伸入所述套管12內；所述頂桿13的左端伸入所述套管12內且可沿套管12的軸向移動，其右端用于抵靠在槳葉2上；優選地，所述頂桿13靠近壓縮彈簧17的一端設置有軸肩，所述壓縮彈簧17抵靠在該軸肩上，以便于壓縮彈簧17的徑向定位。另外，位移傳遞組件3可以設置多組，以用于測量槳葉2不同部位的加工變形量。
[0031]所述位移傳感器4用于檢測所述頂桿13沿套管12軸向的位移并將檢測信號傳送給控制器，以獲得所述頂桿13沿套管12軸向的位移量。
[0032]進一步，所述位移傳感器4為光纖光柵位移傳感器，其包括兩單模光纖光柵14和一體成型的柔順機構16，其中，
[0033]所述柔順機構16由三個短臂柔鉸20和兩個剛性桿件交錯串聯而成；其中，所有短臂柔鉸20的中心線均豎直設置，所述兩剛性桿件長度相等且左右對稱，從而使所述三個短臂柔鉸20以等腰三角形的布局方式分布；兩剛性桿件分別為左剛性桿件21和右剛性桿件23，左剛性桿件21通過布置在其左端的短臂柔鉸20固定設置左移動連接桿22，右剛性桿件23通過布置在其右端的短臂柔鉸20固定設置右移動連接桿19，這兩個移動連接桿左右設置且縱向均與所述套管12的軸線垂直，而且其中左移動連接桿22固定設置在所述套管12上，右移動連接桿19固定設置在所述頂桿13上；
[0034]所述單模光纖光柵14均包括光柵段15和單模光纖；其中，所述光柵段15粘貼在兩剛性桿件之間的短臂柔鉸20的外弧面上，所述光柵段15通過所述單模光纖連接所述控制器；
[0035]所述控制器包括計算機6和光纖光柵解調儀5，以用于獲得光柵段15的形變量，進而獲得所述頂桿13沿套管12軸向的位移量。
[0036]作為更進一步的優選，所述位移傳感器4還包括連接在兩移動連接桿上的另一柔順機構16并且這兩個柔順機構16前后對稱設置，從而使所述位移傳感器