在航空制造中,光学扫描测量技术的最新发展和应用技术

国际金属加工网 2019年07月21日

测量测试是机械制造技术重要的组成部分,测量是机械制造的眼睛,测量技术的先进性反映了产品的先进性。精密测量测试技术不仅对产品质量控制起决定作用,在现代高档数控和智能技术为主导的制造系统中,测量测试技术直接参与精密制造过程,并对制造水平起到决定作用。这里谈谈几何量(几何尺寸、型位误差等)精密测量测试技术的发展状况和趋势,尤其是在航空制造中,光学扫描测量技术的最新发展和应用技术。

近年来,在航空制造复杂零件测量领域,国外的光学扫描坐标测量机发展十分迅速。坐标测量技术从点触发测量到接触扫描,再到正在迅速发展的非接触扫描测量,效率越来越高。不同类型的测头同时使用或交替使用,是当前重要的发展方向,是当前测量机技术发展的前沿技术趋势。精密测量测试技术配套技术发展,包括非接触光学扫描测头、多轴坐标测量机及其控制系统、通用测量测试评价软件等,国内产品水平仍有较大差距。

坐标测量技术的发展

1 坐标测量机

坐标测量机(Coordinate MeasureMachine,CMM)作为一种典型的通用高精度数控测量仪器,广泛用于机械制造领域。它可以进行零部件的尺寸、形状和位置精度的检测。由于它通用性强、测量范围广、精度和效率高,并能与数控加工系统组成柔性制造系统。坐标测量机作为一类大型精密测量仪器,有“测量中心”之称。在复杂零件的精密测量领域,坐标测量机是主要的手段。测量机以其精度高、柔性强等特点在现代化的生产制造中起着越来越重要的作用,属于自动化生产和柔性制造中一个重要的组成部分。其不仅能够完成各种零件的几何元素、曲线和曲面的测量,还可以和其他加工设备,如加工中心数控机床等联机组成集成系统,实现设计、制造和检测的一体化。目前,国外著名的测量机厂家主要有Hexagon 公司、德国的ZeissWENZEL公司、意大利的Coord3公司、英国的IMS 公司、美国的OGP公司、日本的Mitutoyo 公司等;国内的测量机厂家主要有中航工业精密所、西安爱德华公司等。中航工业精密所的大型龙门测量机(见图1)和Hexagon 公司的移动桥是典型的测量机结构。

3 微小精密零件测量技术

微小精密零件的特征包括微孔、微锥面和微螺旋槽,发动机燃烧室燃油喷嘴是典型的微小精密零件。针对喷嘴的微小复杂结构特点,采用非接触测量模块和接触式微孔测量专用模块相结合的方式对喷嘴的微孔、微槽和微锥进行测量。非接触测量模块采用中航工业精密所研制的Agility 小型多轴非接触测量机来实现。该模块采用“三直线轴+ 转台”的多轴快速运动机构,加速度大、速度快,最高速度可以达到750mm/s ;搭载基于锥光偏振全息技术的高精度激光测头,测头测量精度可以达到1μm。同时非接触测量模块还配备了基于喷嘴CAD 模型的专用智能化测量软件,其通过模型可以实现对喷嘴微小复杂曲面非接触测量的自动路径规划,保证非接触测头光束的法线跟随,从而可以实现对喷嘴微槽类特征的快速精密测量,其精度可以达到5μm。中航工业精密所研制的小型多轴测量机如图5 所示。对于喷嘴的微孔、微锥特征来说,采用基于电感式微小感应测头的接触式测量模块对不同的孔径进行测量,从而得到内孔孔径、锥角和微孔的其他特征参数。该模块利用微型精密运动结构,通过自适应的柔性铰接接头搭载两瓣式微型盲孔测头,其与被测面接触面积小、灵敏度高,能够对喷嘴的内孔特征进行精确测量。

如今,测量测试技术在制造行业中的地位越来越重要,制造过程中的任何一个环节都离不开测量技术的支撑。目前国内测量测试技术落后于高端制造技术的发展需要。航空产品的复杂性使零部件各具特点,不同的零部件在生产过程中有不同的快速检测需求。例如,飞机的梁、框、肋类零件需要对其轮廓外形、筋条位置与高度、孔位等尺寸进行快速检测;发动机叶片、整体叶盘、飞机蒙皮和整流罩类立体复杂曲面件需要对其型面、边缘位置和尺寸进行快速检测;发动机喷油嘴等微小零件需要对微孔、微槽和微锥等进行精密测量;复材壁板需要对其型面、切边等尺寸进行快速检测;任何测量设备和方法都不是万能的,都有其优点和局限性,如何综合利用坐标测量技术解决生产环节中的检测问题是目前航空制造发展的关键和瓶颈。

精密三坐标测量技术同样应用在高精度容积式流量计的加工生产中。上海康汇研发生产的U-How®容积式旋转活塞流量计,属于精密加工计量器件,经过北京市计量检测科学研究院检测认证,精度达到1.0级。确保了流量计转子达到50万转次以上和腔体容积的稳定性,腔体及转子等主要部件,保证部件尺寸精度达到1μm以上。

U-How®康汇燃油流量计

U-How®康汇流量计是上海康汇实业发展有限公司,根据旋转活塞式工作原理自主研发生产的,具有测量流速低、量程宽、精度高、结构简单、工作安全可靠等特点的高精度流量传感器。

工作原理

旋转活塞式流量计,是属于容积式流量计,它基于活塞与计量室一直保持的相切密封状态。并有一个固定的偏心距计量元件活塞,在压差的作用下,对活塞产生转动力矩,使活塞做偏心旋转运动,活塞的转数正比于流体的流量,通过记数机构记录出活塞转数,即可测得流体总流量。

旋转活塞式流量计进出口由隔板隔开。当被测流体从进口进入计量室,这时进出口形成压差,迫使活塞逆时针旋转如图a所示。流体连续流入,迫使活塞转动如图b所示,形成二个半月牙腔体,在压差作用下迫使活塞转动如图c,V2流体从出口排出,使活塞转动如图d所示,在压差作用下转动,活塞每转一周迸出的流体等于V1+V2的和。

工作原理图

流量计爆炸图:

产品参数

1、机械部分:

型号 PDFM 4D PDFM 8D PDFM 8Db
液压连接器 M14 x1.5 M14 x1.5 M16/22 x1.5
最大工作压力 (MPa) 2.5 2.5 2.5
测量范围 (l/h) 1~ 80 20~ 200 80~ 320
精度 (﹪) ±1 ±1 ±1
重复率 (﹪) ±0.2 ±0.2 ±0.2
测量室体积 (ml) 5 12.44 12.44
内置滤网尺寸 (mm) 0.125 0.15 0.15
工作温度 (℃) ﹣20 ~80 ﹣20 ~80 ﹣20 ~80
存储温度 (℃) ﹣40 ~100 ﹣40 ~100 ﹣40 ~100

2、电子部分:

型号尺寸 KHDQ
工作电压 (V) 9~40
输出接口 RS485/RS232
数据线 2×0.75
工作温度 (℃) ﹣20~80
存储温度 (℃) ﹣40~100

测量介质:

可测量轻质和中质油料,如:汽油、柴油、煤油、石脑油、润滑油

产品资质

1. 发明专利:ZL201020504169.8流量传感器

2. 国家汽车质量监督检验中心车辆检测报告

3. 交通部委托北京计量院精度检测报告

油耗监控解决方案

应用对象

1.发动机:

火车、汽车、工程车、拖拉机、发电机组及内河或近海航行的船舶中测量各类动力机器的燃油消耗量,及各种较重液体的装卸计量和管道过液计量。

2.燃烧器:

车载锅炉、移动锅炉等设备的燃油消耗计量。

数据采集方式

通过采集流量计脉冲数据的方式,以RS485/RS232对接设备单位的系统集成

解决方案






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