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专利名称：用于检验型槽的方法和仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检验型槽，尤其是揪树形槽的支承凸肩的方法和设备。
技术背景
如在电厂中使用的尤其是较大的结构类型的涡轮机的动叶片通常借助其叶根单独地置放在成型的槽中，通常部分螺旋形地在叶轮的外圆柱表面中加工出所述成型的槽。 朝向槽底变窄的槽侧壁具有多个，通常三个对置的成对的纵向凹槽，由此得到槽型廓的典型的横截面形状，所述横截面形状还称作“揪树形槽”。凹槽的各个上侧形成支承凸肩，叶根的相应的配对凸肩倚靠着所述支承凸肩支撑。此外，槽纵轴线具有曲率，使得槽在其纵向尺寸延伸上具有凸形和凹形的侧壁。在几米范围中的典型的构件直径的情况下，对置的支承凸肩彼此的距离偏差的公差为0至-0. 02mm，与额定轮廓的支承凸肩的平行度偏差的公差同样为0至-0. 02mm，槽的宽度偏差的公差在+0. 3mm至-0. Imm之间，高度偏差的公差在大约0. Olmm的范围中并且曲率半径的偏差的公差在大约0. 02mm的范围中。
揪树形槽在工作中经受强烈的负荷并且因此对制造和质量保证提出高的要求。为了检验支承凸肩，已知不同的方法和设备，例如激光跟踪器，机械的检验设备以及机械集成的检验或监控方法。在检验支承凸肩时，对于每个测量的型面断面产生来自多个不同的距离传感器的数据。因此，虽然可以检验几何形状要求的遵守情况，然而在故障情况中关于误差原因的预测基本是不可能的。虽然在铣切过程中、铣切机中或者还在检验设备本身的定位中发现的不同的原因相叠加，但是最终导致需要进行访问的测量结果对于在哪些位置上可以寻找误差原因不是清晰明确的。发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于揪树形槽的支承凸肩的检验设备，所述检验设备实现将在铣切的型槽上的测量结果明确地归因于各个可能的误差原因。
根据本发明的第一观点，教导了一种用于通过使用具有多个测量面的检验体来检验具有至少一对接触面的型槽的方法，所述检验体的横截面形状匹配于待检验的槽的几何形状，使得检验体的测量面至少分别对置于槽的一个接触面以及槽底，其中在检验体的测量面中，在平行于检验体的横截平面的至少两个测量平面中设有多个尤其是光纤距离传感器，使得在第一测量平面中，在与一个接触面或者槽底对置的每个测量面中设有至少两个距离传感器，并且在第二测量平面中，在与槽底对置的测量面中并且在另一测量面中分别设有至少一个距离传感器，所述距离传感器在型廓纵向上与在第一测量平面中的距离传感器的相应的一个在一条直线上，所述方法具有下述步骤将检验体定位在槽中；将检验体贴靠在槽的接触面的至少一个上并且通过保持预设的压紧力将检验体固定在槽中；激活距离传感器并且接收来自距离传感器的信号；基于传感器信号计算每个距离传感器的距离值；计算每个距离传感器的相对于槽的事先储存的参考横截面的距离偏差值；在假设第一和第二槽平面之间的槽几何形状基本不变的情况下，基于在第一和第二测量平面中的距离传感器的距离偏差值计算检验体相对于槽的位置偏差；通过补偿所计算的位置偏差来计算第一测量平面的距离传感器的修正的距离偏差值；并且基于第一测量平面的距离传感器的补偿的距离偏差值计算槽的实际几何形状。
借助提出的方法可行的是，明确地在制造决定的误差和测量误差之间区分在铣切的型槽上的测量结果。因为在检验体的每个测量面上，两个传感器设置在相同横截面平面中，所以可行的是，通过比较间隙宽度或者支承侧壁角度，分别在对置于凹形和凸形的槽侧壁的测量面上所测量的值得出检验体在两个槽侧壁的支承凸肩上的不对称的定心。借助在第二测量平面中的附加的传感器，通过评估附加的传感器相对于该测量面的剩余的传感器的距离值可以得出检验体围绕其对称轴线的旋转。借助底部传感器，可以获取到槽底的距离并且进而获取槽的支承凸肩的高度以及在槽的凹形和凸形侧上的支承凸肩的高度错位并且由高度还计算槽宽度。设置在第二测量平面中的、检验体的底面中的传感器允许识别设备在槽延伸的方向上的倾斜。由此，可以计算出例如由于检验体的误差位置所引起的测量误差并且可以精确地和可靠地算出实际的槽几何尺寸。在此，在匹配于槽形状的检验体中使用光纤距离传感器允许对槽横截面的进行高度准确的测量和紧凑的结构方式。由于距离传感器的布置实现检测检验体在三个空间轴线上的旋转，可行的是，在所测量的几何形状与额定的几何形状存在偏差时，识别、量化并且估量可能的误差原因。在此，具有小的结构大小和高的测量精度的新型的光纤距离传感器的发展简化了在检验体中的安装。光纤距离传感器集成有具有引线(光导纤维)的真正的探测器(套箍)。套箍可以高度精确地放置到相应的凹槽中并且通过其前端部来限定传感器位置。尤其有利的是，套箍由陶瓷金属制造并且将光导纤维固定在其中。
在本发明的扩展方案中，在第二测量平面中，在对置于槽底的测量面中设置至少两个距离传感器。这种布置简化了在窄的测量区域中方法的应用，而在更宽的测量区域中， 在该位置上一个距离传感器可以是足够的。
在本发明的另一扩展方案中设有测量面，所述测量面分别对置于槽的锥形部段， 并且在每个对置于槽的锥形部段的测量面中设有至少一个距离传感器。通过测量在内锥形上的距离，可以与其他的影响例如支承侧壁角的误差无关地得出锥角并且因此得出在连续铣切槽侧壁时产生铣刀的侧向的偏移。如果在型廓铣切刀具上的实际的锥角是已知的，那么可以区分从侧向的铣刀偏移和支承侧壁角的误差中得出的几何偏差。通过该方式，即可以彼此独立地来分别量化这两个干扰量，可以与可能的角度误差无关地来为每个必需的参考平面确定槽宽度。优选的是，为了确定槽宽度，在两个对置的锥形部段上分别设置两个距离传感器。每个锥形部段的两个距离传感器彼此叠置并且对置于设置在另一锥形部段上的其相应的距离传感器。
此外，优选的是，方法具有下述步骤基于距离值或者距离偏差值计算线性不相关的参数；并且通过将参数与事先储存的表格相比较来从制造误差的预设类型中识别误差原因。因此，各个可能的误差原因事先可以与待期待的偏差有理论的数学的关系并且简化了基于距离值的误差原因的判断。
尤其优选的是，方法此外包括量化一个或多个误差原因的步骤，其中可以设有被识别的误差原因的合理性检验。典型地，既出现制造误差还出现测量误差并且还可以同时出现多种类型的制造误差和/或测量误差。误差原因的量化实现隔离各个误差原因和优化铣切过程。
优选的是，仅当检验体的所计算的误差位置超过预设的阈值时才对检验体的所计算的误差位置进行补偿。因此，可以忽略例如由于表面不平整性所引起的有缺陷的误差位置计算。
关于所识别的误差原因的信息可以优选以量化的形式输出，以用于通知操作者。 同样，当所识别的误差原因或者所计算的误差位置超过预设的优选可自由选择的极限值时，输出警告通知是有利的。因此，例如可以在达到检验体误差位置的预设的极限值时中断测量，将检验体重新校准并且重复测量。因此可以得到更可靠的测量结果。
可以为槽的多个单个横截面重复该方法步骤，以便在槽的整个分布中测量槽。在此，可以对在槽内部的各个检验断面之间的数据进行关联。
优选的是，设有评估角度传感器或者行程传感器的输出信号的步骤，所述角度传感器和所述行程传感器与用于检验体的支架相关联，以便根据角度传感器和行程传感器的输出值使在槽内的各个测量在几何上彼此之间相互关联。
尤其优选的是，将在槽之内的各个检验断面的测量结果变换成槽的三维的数学模型。那么，可以基于将产生的模型与标称槽的比较来输出检验报告。
根据本发明的第二观点，提出一种用于检验具有至少一对接触面的型槽的检验仪器，该检验仪器具有带有多个测量面的检验体，所述检验体的横截面形状匹配于待检验的槽的几何形状，使得检验体的测量面至少分别对置于槽的一个接触面以及槽底，其中在检验体的测量面中，在平行于检验体的横截面平面的至少两个测量平面中设有多个尤其是光纤距离传感器，使得在第一测量平面中，在对置于一个接触面或者对置于槽底的每个测量面中设有至少两个距离传感器，并且在第二测量平面中，在对置于槽底的测量面中并且在另一测量面中分别设置至少一个距离传感器，所述距离传感器在型廓纵向上与在第一测量平面中的传感器的相应的一个在一条直线上；以及控制器，所述控制器设定成用于实施根据前述权利要求之一所述的方法步骤。在本发明的扩展方案中，在第二测量平面中，在对置于槽底的测量面中设置至少两个距离传感器。在本发明的另一扩展方案中，还设有测量面， 所述测量面分别对置于槽的锥形部段，并且在对置于槽的锥形部段的每个测量面中设有至少一个距离传感器。
可以设有用于从槽底压紧检验体的压紧装置，以便将检验体压紧到接触面上，其中所述压紧装置优选借助设置在检验体内部的气动缸和支柱来驱动或者机电地驱动，所述支柱借助于气动缸的作用从检验体的底面移出。
可以设有装入到对置于接触面的上部的测量面中的各一个或者两个槽，分别将由耐磨材料制成的插入件设置并且固定在所述槽中，其中插入件稍微提升超过测量面并且优选能够更换。因此，设有测量面与槽的接触面的限定的额定距离，确保检验装置在槽中稳定的置放并且在通常的使用中避免测量面的封闭。
为了检验体的简单的、必要时自动的定位，可以设有用于在三个空间方向中保持并且移动检验体的保持和移动设备。可以使用与该保持和移动设备相关联的行程传感器和角度传感器，以便将各个检验断面的数据彼此关联。此外，可以设有力传感器，其可以避免在使用过大力时仪器或者工具的损坏。
优选的是，检验体由多个件组成，所述多个件在型廓方向上相继地设置并且具有相同的型廓外轮廓，并且传感器设置在各个件之间的一个或多个分界平面中。这种布置简化了传感器的装配和光导体的导向。


下面根据参考附图阐明根据本发明的内容的优选实施例。
其中
图1示出根据本发明第一实施例的检验体的立体的整体视图2示出图1中的检验体的分解图3示出图1和图2中的检验体的主件；
图4以放大的视图和例如不同的视角示出图3中的主件的下部区域；
图5示出根据本发明的具有检验体的检验布置；
图6示出在待检验的揪树形槽中的检验体的侧向不对称性的示意图7示出图6中的具有标记出的参数的局部图8示出在待检验的揪树形槽中的检验体的轴向旋转的示意图9示出在待检验的揪树形槽中的检验体的纵向倾斜的示意图10示出在槽宽度过大时待检验的槽横截面中的检验体的位置；
图11示出在单侧的铣刀偏移时待检验的槽横截面中的检验体的位置
图12示出在两侧的铣刀偏移时待检验的槽横截面中的检验体的位置
图13示出在槽的侧壁之间的高度错位的情况下，在待检验的槽横截面中的检验体的位置；
图14-17示出当在图10-13中示出的制造误差与检验体的围绕χ轴线的误差位置叠加时，在待检验的槽横截面中的检验体的位置；
图18-21示出当在图10-13中示出的制造误差与检验体的围绕y轴线的误差位置叠加时，在待检验的槽横截面中的检验体的位置；
图22-25示出当在图10-13中示出的制造误差与检验体的围绕ζ轴线的误差位置叠加时，在待检验的槽横截面中的检验体的位置；
图沈示出根据本发明的第二实施例的检验体的分解图27以不同的视角示出图沈的检验体的主件；和
图28以放大的视图和重新的大约不同的视角示出图27中的主件的下部区域。
具体实施方式
首先，根据图1至5的说明来阐明本发明的检验体1的结构和使用。
图1以立体的整体视图示出作为第一实施例的检验体1。
检验体1具有带有对称的梯形的基本横截面的棱柱形的轮廓，多个侧向的凸起从所述基本横截面中突出(下面详细说明)。梯形的平行的侧说明检验体1的上侧和下侧(底面)。检验体1的连接面2顶着用于导向和保持检验体1的没有详细示出的工具容纳部，其中所述连接面通过梯形基本横截面的上侧来限定。轴向穿孔3在检验体的对称轴线上从连接面2起穿过检验体1延伸。
梯形横截面的倾斜侧限定检验体的横向侧或者侧壁4。从两个侧壁4中，三个凸起5,6,7分别从梯形的基本面向外突出。上部凸起5和中部凸起6在两侧由相应的侧壁4来限界，而下部的凸起7过渡到检验体1的底面中(在图4中以M来表示)。检验体1的横截面形状匹配于待检验的槽型部(在此为揪树形槽)，其中在检验体1的侧和槽之间存在一定的间隙。在此，检验体1的侧壁4近似相应于槽侧壁并且检验体1的底面近似相应于槽底。凸起5，6，7的上侧形成相应的测量面fe，6a，6b，所述测量面相应于揪树形槽的相应的接触面并且近似模仿叶轮根部的支承凸肩。
两个腹板8，9分别嵌入到上部的凸起5的测量面fe中。腹板8，9允许检验体1 在槽的最上部的接触面上的限定的定向。腹板8，9由硬质合金或者由其他合适的，尤其是耐磨的材料制成并且改善了检验体1的磨损特性。
在测量面fe，6a, 7a, 4和6上或者其中设置测量点MP，所述测量点进一步在下面结合图3和4来详细说明。
图2示出检验体1的三部分的结构的分解图，三部分的结构在图1是不可见的。
根据图2中的说明，检验体1由主件10、中间件11和末端件12组成，所述主件、 中间件和末端件分别具有相同的棱柱形的轮廓并且在型廓方向上彼此叠置。主件10正好如同中间件11和末端件12的总厚度一样厚。附图中明显的是，穿孔3在沿轴向方向延伸的平面中分开并且以第一部分3a在主件10中延伸和以第二部分北在中间件11中延伸。 (有利的是，在至少主件10和中间件11彼此叠放的状态下形成穿孔3)。
在图中，在上部的支承凸肩5的每个上示出内槽13和外槽14，这些槽在主件10、 中间件11和末端件12上延伸(槽13，14在检验体1的组装状态下制成)。槽13，14容纳腹板8，9 (参见图1)。
图3详细地示出检验体1的主件10的结构。
在轴向穿孔3(在此仅示出穿孔部分3a)中容纳有气动缸15。气动缸15用于将检验体1压向槽底，并且进一步在下面详细阐明气动缸。
光导体16和套箍17共同形成相应的光纤距离传感器，所述距离传感器用于测量在检验体1的限定的点和槽壁之间的距离。套箍17由例如为陶瓷的合适的材料制成并且设置在输出端(没有详细示出)中，所述输出端引入检验体1的部分件之间的分界面中。输出端以在深度、直径和角度方面高的精度加工在检验体1中。固定在套箍17的后端部上的光导体16从此处延伸到合适的凹槽中(没有详细示出)，所述凹槽从输出端起首先径向向内并且然后在两侧沿着轴向穿孔3延伸至检验体1的连接面2，在此所述光导体组合并且弓I 导到评估设备(没有详细示出)。
距离传感器的布置如下所述。在检验体1的两侧上，在每个凸起5，6，7的测量面 fe，6a，7a中以及在检验体1的底面中，分别将两个距离传感器16，17设置主件10和中间件11之间的分界平面中。在主件10和中间件之间的分界平面形成主测量平面。附加地， 在中间件和末端件(两者在图中略去)之间的分界面中，在检验体1的一侧上(在图中的左侧)设置其他的距离传感器16，17，也就是说在上部的测量面fe中设置距离传感器16， 17，所述距离传感器在型廓纵向上与在内部的两个在此设置在主测量平面中的距离传感器 16，17在一条直线上地设置，并且在底面中设置两个距离传感器16，17，所述距离传感器在型廓纵向上与两个在此设置在主测量平面中的距离传感器16，17在一条直线上地设置。因此，在中间件和末端件之间的分界面形成副测量平面，在所述副测量平面中设置少量附加的距离传感器。
套箍17尤其形成在图1中示出的测量点MP，所述测量点在图3中连续编号。距离传感器16，17(套箍17)或者测量点MP与其在检验体1上的位置的关联出自于下面的表格 1。
权利要求
1.利用具有多个测量面(5a，6a，7a)的检验体(1)来检验具有至少一对接触面的型槽 (25)的制造精度的方法，所述检验体的横截面形状匹配于待检验的槽0 的几何形状，使得所述检验体(1)的所述测量面(5a，6a，7a)至少分别对置于所述槽0 的一个接触面以及槽底，其中在所述检验体(1)的所述测量面(5a，6a，7a)中，在平行于所述检验体(1)的横截面平面的至少两个测量平面中设有多个尤其是光纤距离传感器(16，17)，使得在第一测量平面中，在对置于一个接触面或者对置于所述槽底的每个测量面中设有至少两个距离传感器(16，17)，并且在第二测量平面中，在对置于所述槽底的所述测量面中并且在另一测量面中分别设有至少一个距离传感器(16，17)，所述至少一个距离传感器在型廓纵向上与在所述第一测量平面中的所述距离传感器(16，17)中的相应的一个在一条直线上，所述方法具有下述步骤将所述检验体(1)定位在所述槽0 中；将所述检验体(1)贴靠在所述槽0 的接触面的至少一个上并且通过保持预设的压紧力将所述检验体(1)固定在所述槽0 中；激活所述距离传感器(16，17)并且接收来自所述距离传感器的信号； 基于传感器信号检测每个距离传感器(16，17)的距离值；计算每个距离传感器(16，17)的相对于所述槽05)的事先储存的参考横截面的距离偏差值；在假设第一槽平面和第二槽平面之间的槽几何形状基本不变的情况下，基于在所述第一测量平面和所述第二测量平面中的所述距离传感器(16，17)的所述距离偏差值来计算所述检验体(1)相对于所述槽0 的位置偏差；通过补偿所计算的所述位置偏差来计算所述第一测量平面的所述距离传感器(16，17) 的修正的距离偏差值；并且基于所述第一测量平面的所述距离传感器的补偿的所述距离偏差值来计算所述槽 (25)的实际几何形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二测量平面中，在对置于所述槽底的所述测量面中设置有至少两个距离传感器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还设有分别对置于锥形部段，尤其是对置于所述槽的上部的和下部的锥形部段的测量面，其中在对置于所述槽的锥形部段的每个测量面中设有至少一个距离传感器，其中优选在所述第二测量平面中，在对置于所述槽底的所述测量面中设置刚好一个距离传感器。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征进一步在于下述步骤 基于所述距离值或者所述距离偏差值计算线性不相关的参数；并且通过将所述参数与事先储存的表格相比较从制造误差的预设类型中识别出误差原因。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征进一步在于量化一个或多个所述误差原因的步马聚ο
6.根据权利要求5所述的方法，其特征进一步在于所识别的所述误差原因的合理性检验的步骤。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，仅当所述检验体(1)的所计算的误差位置超过预设的阈值时才对所述检验体(1)的所计算的误差位置进行补偿。
8.根据上述权利要求5至7之一所述的方法，其特征进一步在于优选以量化的形式输出关于所识别的所述误差原因的信息的步骤。
9.根据权利要求5至8之一所述的方法，其特征进一步在于当所识别的误差原因或者所计算的误差位置超过相应预设的、优选能够自由选择的极限值时输出警告通知的步骤。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征进一步在于为所述槽0 的多个单个横截面重复所述方法步骤的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征进一步在于在槽(2 内部的各个检验断面之间的数据进行关联的步骤。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征进一步在于评估角度传感器或者行程传感器的输出信号的步骤，所述角度传感器和所述行程传感器与用于所述检验体的支架相关联，以便根据所述角度传感器和所述行程传感器的输出值将在槽0 内的各个测量在几何上彼此相互关联。
13.根据权利要求10至12之一所述的方法，其特征进一步在于将在槽0 内的各个所述检验断面的测量结果变换成所述槽0 的三维数学模型的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征进一步在于基于将产生的所述模型与标称槽相比较产生检验报告的步骤。
15.用于检验具有至少一对接触面的型槽的检验仪器，具有带有多个测量面的检验体(1)，所述检验体的横截面形状匹配于待检验的所述槽的所述几何形状，使得所述检验体(1)的所述测量面至少分别对置于所述槽0 的一个接触面以及所述槽底，其中在所述检验体的所述测量面中，在平行于所述检验体(1)的横截面平面的至少两个测量平面中设有多个尤其是光纤距离传感器(16，17)，使得在第一测量平面中，在对置于一个接触面或者对置于所述槽底的每个测量面中设有至少两个距离传感器(16，17)，并且在第二测量平面中，在对置于所述槽底的测量面中并且在另一测量面中分别设有至少一个距离传感器(16，17)，所述至少一个距离传感器在型廓纵向上与在所述第一测量平面中的所述距离传感器(16，17)中的相应的一个在一条直线上；以及控制器，所述控制器设定成用于实施根据上述权利要求之一所述的方法步骤。
16.根据权利要求15所述的检验仪器，其特征进一步在于用于从所述槽底压紧所述检验体的压紧装置。
17.根据权利要求15或16所述的检验仪器，其特征在于，所述压紧装置具有设置在所述检验体内的气动缸和支柱(21)，所述支柱能够借助于所述气动缸(1 的作用从所述检验体(1)的底面移出。
18.根据权利要求15至17之一所述的检验仪器，其特征在于，在上部的所述测量面中分别构成两个在型廓纵向上延伸的槽，在所述槽中分别设置并且固定有由耐磨材料制成的插入件(8，9)，其中所述插入件(8，9)稍微提升超过所述测量面并且优选能够更换。
19.根据权利要求15至18之一所述的检验仪器，其特征进一步在于用于在三个空间方向上保持并且移动所述检验体(1)的保持和移动装置。
20.根据权利要求19所述的检验仪器，其特征进一步在于行程传感器、角度传感器和力传感器，所述行程传感器、角度传感器和力传感器与所述保持和移动装置相关联。
21.根据权利要求15至20之一所述的检验仪器，其特征在于，所述检验体(1)由多个件(10,11,1 组成，所述多个件在型廓方向上相继地设置并且具有相同的型廓外轮廓，并且所述距离传感器(16，17)设置在各个所述件(10，11，12)之间的一个或多个分界平面中。
全文摘要
一种用于通过使用具有多个测量面和匹配于待检验的槽的几何形状的横截面形状的检验体来检验具有至少一对接触面的型槽的方法，其中在测量面中，将距离传感器设置在平行于检验体的横截面平面的至少两个测量平面中，使得在第一测量平面中，在每个测量面中设置至少两个距离传感器，并且在第二测量平面中，在对置于槽底的测量面中并且在另一测量面中分别设置至少一个传感器，该至少一个传感器在型廓纵向上与设置在所述第一测量平面中的所述传感器的相应一个在一条直线上，所述方法具有下述步骤将检验体定位在槽中；将检验体贴靠在槽的接触面的至少一个上并且通过保持预设的压紧力将检验体固定在槽中；激活传感器并且接收来自该传感器的信号；基于传感器信号为每个传感器计算距离值；计算相对于槽的事先储存的参考横截面的、每个距离传感器的距离偏差值；在假设第一和第二槽平面之间的槽几何形状基本不变的情况下，基于在第一和第二测量平面中的距离传感器的距离偏差值来计算检验体相对于槽的位置偏差；通过补偿所计算的位置偏差来计算第一测量平面的距离传感器的修正的距离偏差值；并且基于第一测量平面的距离传感器的补偿的距离偏差值来计算槽的实际几何形状。
文档编号G01B7/14GK102498263SQ201080039851
公开日2012年6月13日 申请日期2010年9月6日 优先权日2009年9月7日
发明者尼尔斯·柯尼希, 沃尔弗拉姆·克诺赫 申请人:西门子公司