專利名稱：測量發(fā)動機葉尖間隙的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例涉及航空發(fā)動機裝配技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量發(fā)動機葉尖間隙的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動機的葉尖間隙一般是指發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片與機匣之間的徑向間隙。葉尖間隙是發(fā)動機研制過程中的一項基本的測量參數(shù)。在現(xiàn)代航空發(fā)動機中，葉尖間隙對壓氣機和渦輪的效率、發(fā)動機的油耗以及穩(wěn)定性的影響相當顯著，特別對高壓渦輪和高壓壓氣機的后幾級的效率影響更為突出。為了有效提高發(fā)動機的可靠性和經(jīng)濟性，國內(nèi)外的研究機構(gòu)和高等院校都先后開展了航空發(fā)動機葉尖間隙問題的研究。航空發(fā)動機裝配過程中的葉尖間隙的高精度、準確檢測，對后期整機實驗的參數(shù)有很大的影響。對于發(fā)動機的葉尖間隙的研究和測量，目前國內(nèi)外研究的大都是集中于發(fā)動機在運行情況下的檢測與控制，又主要集中在主動間隙控制方法上，即根據(jù)發(fā)動機的工作狀態(tài)，人為地控制機匣或轉(zhuǎn)子的膨脹量，以便轉(zhuǎn)子和靜子的熱響應(yīng)達到較好的匹配，在高空巡航狀態(tài)間隙盡可能小，而在其它狀態(tài)又不致發(fā)生干擾摩擦。研究表明，在不發(fā)生零部件碰撞的前提下，間隙越小，發(fā)動機的效率越高，耗油率越低。國內(nèi)的航空發(fā)動機葉尖間隙測量的研究起步相對較晚，距離美、英、日等國的研究水平還需要大量相關(guān)科技人員的不懈努力。對于裝配過程中的葉尖間隙檢測和控制的研究和報道很少。國內(nèi)更是采用相對原始的塞尺測量裝配過程中的葉尖間隙，塞尺測量方法很大程度上依賴于測量人員的操作水平和經(jīng)驗，同時也容易將葉片的石墨圖層刮傷，這種方法的測量精度不高、費時費力、工作效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
對于裝配過程中的間隙測量，目前主要采用塞尺進行測量。這種傳統(tǒng)的測量方式費時費力，測量準確度也不高，工作效率低，而且還容易出現(xiàn)將機匣的石墨圖層刮傷。本發(fā)明的測量發(fā)動機葉尖間隙的方法及其系統(tǒng)，可以方便快捷準確的測量出各級葉片的間隙極值?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本發(fā)明公開的一個方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)
方案一種測量發(fā)動機葉尖間隙的方法，通過圖形采集器拍攝機匣和葉尖的圖像，并通過上位機進行數(shù)據(jù)分析獲取該發(fā)動機各葉片葉尖同機匣之間的間隙。如開始對某一葉片開始進行拍照測量，測得葉片的第一個間隙值為L1,測得的第二個間隙值為L2,以此類推，測得的第η個間隙值為Ln ；根據(jù)安裝在轉(zhuǎn)軸上的角度傳感器，也適時測出相關(guān)間隙值對應(yīng)的角度信息。第一個間隙值LI對應(yīng)的角度信息為Q1，相應(yīng)的，第二個間隙值L2對應(yīng)的角度為θ2，第三個間隙值為L3對應(yīng)的角度為θ3，以此類推，測得的第n個間隙值為Ln對應(yīng)的角度為θη。以上測得的值表示成序列(L1, Q1Xa2, θ2)，以此類推為(Ln，θη);序列值被傳輸至上位機保存，用以進行后續(xù)的處理；以發(fā)動機的轉(zhuǎn)軸中心為原點，以第一個測量值LI為X軸，構(gòu)建直角坐標系，設(shè)定轉(zhuǎn)軸與機匣之間的距離為R ；根據(jù)以上的測量序列(R-L1, Θ (R-L2, Θ 2)，以此類推為(R-Ln, θη)，采用最小二乘法歸納擬合出發(fā)動機葉尖在徑向的輪廓曲線f (X)。經(jīng)驗表明f(x)至少為三元一次方程，應(yīng)將其相關(guān)系數(shù)R應(yīng)彡O. 99。根據(jù)前面測量的取值范圍，計算出f(x)在區(qū)間[(R-L1)cos Θ 1； (R-Ln)Cos Θ J之間的極值。需要注意的是目前，一般情況下上位機根據(jù)圖像測出每一個所需的時間為20mS，為了保證測量的精度，測量過程中轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的角速度不能超過
^rad/s ° 為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進一步的技術(shù)方案是在本發(fā)明的一個實施例中，測量之前，安裝好角度傳感器和圖形采集器，進行相關(guān)初始參數(shù)的設(shè)置，確保圖形采集器能夠獲得清晰的圖片，角度傳感器能夠輸出準確的角度信號。在本發(fā)明的一個實施例中，在現(xiàn)場光線不能滿足圖像分析處理的要求的情況下，需要對圖形采集器進行補光處理。在本發(fā)明的一個實施例中，對圖形采集器進行標定，完成所拍攝物體與像素點之間的坐標轉(zhuǎn)換。為了更好的實現(xiàn)上述的方法，一種實現(xiàn)上述方法的測量發(fā)動機葉尖間隙的系統(tǒng)，包括圖形采集器，所述圖形采集器用于拍攝機匣和葉尖的圖像；角度傳感器，所述角度傳感器用于測量發(fā)動機葉尖的角度信號；上位機，所述上位機用于進行數(shù)據(jù)分析，從圖片中獲取發(fā)動機葉尖的間隙，并記錄角度傳感器輸出的角度信號；上位機根據(jù)權(quán)利要求I中的測量序列(R-L1, Θ J，(R-L2, Θ 2)，以此類推為(R-Ln，Θ n)，根據(jù)數(shù)值計算方法擬合出發(fā)動機葉尖在徑向的輪廓曲線f (X)。根據(jù)前面測量的取值范圍，計算出f (X)在區(qū)間[(R-L1)COS Θ 1； (R-Ln) COS Θ J之間的極值。本發(fā)明還可以是在本發(fā)明的一個實施例中，所述圖形采集器為CXD攝像頭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是在進行發(fā)動機間隙測量的過程中，葉尖間隙的極值作為重要參數(shù)之一。本發(fā)明的技術(shù)方案比利用塞尺進行測量的傳統(tǒng)方法往往事倍功半，利用發(fā)明中所介紹的測量方法，可以快速準確的測量航空發(fā)動機裝配過程中各級葉片葉尖的間隙極值。


為了更清楚的說明本申請文件實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)的描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對本申請文件中一些實施例的參考，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可以根據(jù)這些附圖得到其它的附圖。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的測量發(fā)動機葉尖間隙的系統(tǒng)示意圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的測量發(fā)動機葉尖間隙的方法示意圖。其中，附圖中的附圖標記所對應(yīng)的名稱為I 一角度傳感器，2 —機匣,3 —葉片，4 一圖形米集器，5 —上位機。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。本專利提出了一種發(fā)動機葉尖間隙影像測量系統(tǒng)的設(shè)計方案。此方案正是基于先 進光學影像檢測技術(shù)及自動變焦測頭技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，對發(fā)動機裝配過程中葉尖間隙進行準確快速測量，為加工及裝配精度提供依據(jù)，主要是轉(zhuǎn)子的同心度、機匣、輪盤、動靜葉尖的橢圓度等，同時為發(fā)動機裝配后的運轉(zhuǎn)試驗提供依據(jù)。以下作進一步的介紹。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的測量發(fā)動機葉尖間隙的系統(tǒng)示意圖。參考圖I所示一種測量發(fā)動機葉尖間隙的系統(tǒng)的一個實施例，包括圖形采集器4，所述圖形采集器4用于拍攝機匣2和發(fā)動機葉片3葉尖的圖像；角度傳感器1，所述角度傳感器I用于測量發(fā)動機葉尖的角度信號，如圖I所示，該角度傳感器I可以安裝在發(fā)動機軸上；上位機5，所述上位機5用于進行數(shù)據(jù)分析，從圖片中獲取發(fā)動機葉尖的間隙，并記錄角度傳感器輸出的角度信號，以及進行其它數(shù)據(jù)處理。所述圖形采集器可以為CXD攝像頭，也可以為其它類型的圖形采集器。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的測量發(fā)動機葉尖間隙的方法示意圖。圖2中表示對葉片的一組測量序列值，其中直角坐標系系以發(fā)動機轉(zhuǎn)軸為原點，以第一次測量值為X軸。轉(zhuǎn)軸相對于機匣的距離為R，每次測量值有間隙值和角度值兩個參數(shù)構(gòu)成，若干個測量點構(gòu)成測量序列。參考圖2所示一種測量發(fā)動機葉尖間隙的方法的實施例，滿足對葉尖間隙的測量要求。安裝好角度傳感器和圖形采集器，進行相關(guān)初始參數(shù)的設(shè)置，確保圖形采集器能夠獲得清晰的圖片，角度傳感器能夠輸出準確的角度信號。在現(xiàn)場光線不能滿足圖像分析處理的要求的情況下，需要對圖形采集器進行補光處理。對圖形采集器進行標定，完成所拍攝物體與像素點之間的坐標轉(zhuǎn)換。通過圖形采集器拍攝發(fā)動機葉尖的圖片，并通過上位機進行數(shù)據(jù)分析獲取該發(fā)動機葉尖的間隙，測得的第一個間隙值為U，測得的第二個間隙值為L1,以此類推，測得的第n+1個間隙值為Ln ；一種測量發(fā)動機葉尖間隙的方法，通過圖形采集器拍攝機匣和葉尖的圖像，并通過上位機進行數(shù)據(jù)分析獲取該發(fā)動機各葉片葉尖同機匣之間的間隙。如開始對某一葉片開始進行拍照測量，測得葉片的第一個間隙值為L1,測得的第二個間隙值為L2,以此類推，測得的第η個間隙值為Ln ；根據(jù)安裝在轉(zhuǎn)軸上的角度傳感器，也適時測出相關(guān)間隙值對應(yīng)的角度信息。第一個間隙值LI對應(yīng)的角度信息為Q1，相應(yīng)的，第二個間隙值L2對應(yīng)的角度為θ2，第三個間隙值為L3對應(yīng)的角度為θ3，以此類推，測得的第η個間隙值為Ln對應(yīng)的角度為θη。
以上測得的值表示成序列(L1, Q1Xa2, θ2)，以此類推為(Ln，θη);序列值被傳輸至上位機保存，用以進行后續(xù)的處理；以發(fā)動機的轉(zhuǎn)軸中心為原點，以第一個測量值LI為X軸，構(gòu)建直角坐標系，設(shè)定轉(zhuǎn)軸與機匣之間的距離為R ；根據(jù)以上的測量序列(R-L1, Θ j), (R-L2, Θ 2)，以此類推為(R-Ln，θη)，采用最小二乘法歸納擬合出發(fā)動機葉尖在徑向的輪廓曲線f (X)。根據(jù)前面測量的取值范圍，計算出f (χ)在區(qū)間[(R-L1)COS Θ 1； (R-Ln) COS θ n]之間的極值。輸出計算出的間隙極值，準備測量下一葉片的間隙值。參見圖2所示測量發(fā)動機葉尖間隙的方法另一個實施例(I)測量平臺的搭建。將角度傳感器固定在發(fā)動機的轉(zhuǎn)軸中心上；將CCD攝像機 安裝在合適的位置，并為攝像頭配置合適的鏡頭。對于角度傳感器和CCD攝像頭經(jīng)過相關(guān)的接口，能夠?qū)?shù)據(jù)實時傳輸至上位機，方便進行下一步的處理。(2)調(diào)整C⑶攝像頭的初始位置、光照和對焦調(diào)節(jié)，獲取滿足測量要求的圖像數(shù)據(jù)。(3)進行部分葉尖間隙測量。轉(zhuǎn)動發(fā)動機轉(zhuǎn)軸，測量垂直于機匣出的葉尖間隙，并實時記錄測量值和角度值。(4)進行數(shù)據(jù)處理。對先前測量的若干間隙值和角度值進行換算，擬合出葉尖相對于機匣的輪廓曲線，進而計算出葉尖間隙的極值點。(5)輸出測量的葉尖間隙極值。以上實施例公開的技術(shù)方案，可用于航空發(fā)動機裝配過程中葉尖間隙的準確快速測量，對于保證發(fā)動機安全運行、降低油耗、提高發(fā)動機的機械效率和發(fā)動機的壽命具有重要意義。但并不限于此。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分相互參見即可。在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結(jié)合該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結(jié)合任一實施例描述一個具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點時，所要主張的是結(jié)合其他實施例來實現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。盡管這里參照本發(fā)明的多個解釋性實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開、附圖和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種測量發(fā)動機葉尖間隙的方法，其特征在于， 通過圖形采集器拍攝機匣和葉尖的圖像，并通過上位機進行數(shù)據(jù)分析獲取該發(fā)動機各葉片葉尖同機匣之間的間隙，測得葉片的第一個間隙值為L1，測得的第二個間隙值為L2,以此類推，測得的第η個間隙值為Ln ;根據(jù)安裝在轉(zhuǎn)軸上的角度傳感器，也適時測出相關(guān)間隙值對應(yīng)的角度信息。第一個間隙值LI對應(yīng)的角度信息為Θ i，相應(yīng)的，第二個間隙值L2對應(yīng)的角度為θ2，第三個間隙值為L3對應(yīng)的角度為θ3，以此類推，測得的第η個間隙值為Ln對應(yīng)的角度為θη; 以上測得的值表示成序列(LI，Θ I), (L2, Θ2)，以此類推為(Ln，θ n);序列值被傳輸至上位機保存，用以進行后續(xù)的處理； 以發(fā)動機的轉(zhuǎn)軸中心為原點，以第一個測量值Ltl為X軸，構(gòu)建直角坐標系，設(shè)定轉(zhuǎn)軸與機匣之間的距離為R ； 根據(jù)以上的測量序列(R-L1, Q1XU-L2, θ2)，以此類推為(R-Ln，θη)，根據(jù)數(shù)值計算方法擬合出發(fā)動機葉尖在徑向的輪廓曲線f(x)，根據(jù)前面測量的取值范圍，計算出f(x)在區(qū)間[(R-L1) cos Θ ” (R-Ln) cos Θ J 之間的極值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量發(fā)動機葉尖間隙的方法，其特征在于，測量之前，安裝好角度傳感器和圖形采集器，進行相關(guān)初始參數(shù)的設(shè)置，確保圖形采集器能夠獲得清晰的圖片，角度傳感器能夠輸出準確的角度信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量發(fā)動機葉尖間隙的方法，其特征在于，在現(xiàn)場光線不能滿足圖像分析處理的要求的情況下，需要對圖形采集器進行補光處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項所述的測量發(fā)動機葉尖間隙的方法，其特征在于，對圖形采集器進行標定，完成所拍攝物體與像素點之間的坐標轉(zhuǎn)換。
5.一種實現(xiàn)如權(quán)利要求I所述方法的測量發(fā)動機葉尖間隙的系統(tǒng)，其特征在于，包括 圖形采集器，所述圖形采集器用于拍攝機匣和葉尖的圖像； 角度傳感器，所述角度傳感器用于測量發(fā)動機葉尖的角度信號； 上位機，所述上位機用于進行數(shù)據(jù)分析，從圖片中獲取發(fā)動機葉尖的間隙，并記錄角度傳感器輸出的角度信號； 上位機根據(jù)權(quán)利要求I中的測量序列(R-L1, Θ I), (R-L2, Θ 2)，以此類推為(R-Ln, θη)，根據(jù)數(shù)值計算方法擬合出發(fā)動機葉尖在徑向的輪廓曲線f (X)，根據(jù)前面測量的取值范圍，計算出f(x)在區(qū)間[(R-L1)Cos Θ 1； (R-Ln) cos Θ J之間的極值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量發(fā)動機葉尖間隙的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖形采集器為CCD攝像頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量發(fā)動機葉尖間隙的方法及其系統(tǒng)，包括用于拍攝機匣和葉尖圖像的圖像采集器；用于測量發(fā)動機葉尖的角度信號的角度傳感器；用于進行數(shù)據(jù)分析，從圖片中獲取發(fā)動機葉尖的間隙，并記錄角度傳感器輸出的角度信號的上位機；上位機根據(jù)所測量序列(R-L1，θ1)，(R-L2，θ2)，以此類推為(R-Ln，θn)，根據(jù)數(shù)值計算方法擬合出發(fā)動機葉尖在徑向的輪廓曲線f(x)。根據(jù)前面測量的取值范圍，計算出f(x)在區(qū)間之間的極值。通過以上技術(shù)方案可以快速準確的測量航空發(fā)動機裝配過程中各級葉片葉尖的間隙極值。
文檔編號G01B11/14GK102967270SQ201210455748
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者朱目成, 童思容, 王雅萍, 趙必武, 羅賢鵬, 陳玉濤 申請人:西南科技大學