本發(fā)明涉及多級(jí)空氣透平試驗(yàn)臺(tái)的測試位移平臺(tái)領(lǐng)域，具體涉及空氣透平試驗(yàn)臺(tái)探針定位裝置及其誤差補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)汽輪機(jī)廠汽輪機(jī)通流設(shè)計(jì)的主要手段是采用三維軟件分析優(yōu)化，缺乏可靠驗(yàn)證。多級(jí)空氣透平試驗(yàn)臺(tái)則可用于汽輪機(jī)流場優(yōu)化和流型選擇的研究，驗(yàn)證三維軟件的計(jì)算結(jié)果并對(duì)計(jì)算軟件中采用的損失模型進(jìn)行修正等，還可進(jìn)行隔板汽封漏汽、平衡孔漏汽、葉頂汽封間隙流、部分進(jìn)汽等對(duì)級(jí)特性影響、葉片的振動(dòng)特性等試驗(yàn)研究。

探針作為數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵部件，其精度直接關(guān)系到試驗(yàn)研究結(jié)果的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有的探針定位，采用機(jī)械式手動(dòng)方式，其不僅定位精度低，耗時(shí)長，無法保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，且浪費(fèi)了大量的動(dòng)力費(fèi)以及人力，同時(shí)試驗(yàn)過程中還對(duì)人員造成的身體傷害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題提供一種空氣透平試驗(yàn)臺(tái)探針定位裝置，采用機(jī)械方式對(duì)探針位置進(jìn)行控制，其定位精度高、提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；不需要人為控制，節(jié)約人力物力且避免試驗(yàn)過程對(duì)人員的身體傷害。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種空氣透平試驗(yàn)臺(tái)探針定位裝置，包括支架、用于控制支架位置的支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和用于控制支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制部件，所述支架上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)探針轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)控制部件的控制信號(hào)對(duì)探針進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本方案的支架對(duì)探針進(jìn)行固定，支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在控制部件的輸出信號(hào)驅(qū)使下驅(qū)動(dòng)支架移動(dòng)，使探針到達(dá)指定位置。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)探針轉(zhuǎn)動(dòng)，控制探針在空氣透平機(jī)同一葉片高度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)范圍0°至360°，并按指定間隔沿相同葉高測量葉片上相關(guān)位置的流場技術(shù)參數(shù)。本方案采用機(jī)械方式對(duì)探針位置進(jìn)行控制，其定位精度高，可有效的提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；探針的整個(gè)定位過程不需要人為的參與，可有效的減小人力物力，避免試驗(yàn)過程中對(duì)人員的身體傷害。

作為優(yōu)選，所述支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于控制探針在其中心軸方向上移動(dòng)，構(gòu)成Y軸方向的移動(dòng)；軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于控制探針在其某一直徑方向上移動(dòng)，構(gòu)成X軸方向上的移動(dòng)；周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于控制探針在同一直徑面上且與軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相垂直方向移動(dòng)，構(gòu)成Z軸方向上的移動(dòng)。本方案分別從探針的徑向、軸向和周向?qū)μ结樳M(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)探針位置的精確定位。

進(jìn)一步的，所述徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括絲桿、套接在絲桿上的調(diào)節(jié)塊、用于驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)件，所述支架固定在徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)塊上，所述徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)塊上，所述軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)塊上。徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)調(diào)節(jié)塊移動(dòng)的方式，即采用螺紋調(diào)距的方式，其控制精度高，滿足探針定位精度的要求。

進(jìn)一步的，所述絲桿和探針上還設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置，所述控制部件根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)探針位置的反饋控制。絲桿和調(diào)節(jié)塊的連接結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為直線移動(dòng)距離，轉(zhuǎn)動(dòng)角度檢測裝置對(duì)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)探針進(jìn)行反饋控制，既可增強(qiáng)對(duì)探針的保護(hù)作用，也可提高對(duì)探針的控制精度。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)件包括電機(jī)、同步帶輪組和張?jiān)O(shè)在同步帶輪組上的彈性聯(lián)軸器，所述同步帶輪組一同步帶輪固定在電機(jī)的輸出軸上且一同步帶輪絲桿同軸固定。由于設(shè)置了轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置，驅(qū)動(dòng)件采用電機(jī)作為動(dòng)力源，利用同步帶輪組隊(duì)電機(jī)的設(shè)置進(jìn)行變換，便于驅(qū)動(dòng)件的設(shè)置，且采用同步帶輪組，其結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)。

作為優(yōu)選，還包括連接在控制部件上的檢測回路，當(dāng)探針與缸體觸碰時(shí)，此回路接通，控制部件控制徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行。由于用于透平試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測的探針屬純手工制作，價(jià)格昂貴且試驗(yàn)過程中一旦損壞將不可修復(fù)，因此對(duì)其保護(hù)顯得尤為重要。探針作為檢測回路的一部分，當(dāng)探針與缸體接觸時(shí)，該檢測回路接通，控制系統(tǒng)的某接口信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到有效信號(hào)，觸發(fā)控制系統(tǒng)控制徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，避免探針繼續(xù)下移，有效保護(hù)探針免受損壞。

作為優(yōu)選，所述控制部件包括工控機(jī)和連接在工控機(jī)上的運(yùn)動(dòng)控制卡，所述支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均連接在運(yùn)動(dòng)控制卡上。利用運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)控制卡以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A，以及ACTEL公司的A3P400 FPGA芯片為核心。DSP芯片作為控制處理器，主要完成各種運(yùn)動(dòng)控制算法；FPGA協(xié)助DSP工作，完成各種運(yùn)動(dòng)控制、系統(tǒng)開關(guān)量以及系統(tǒng)內(nèi)部各種邏輯控制；DSP和FPGA協(xié)同工作，共同構(gòu)建智能化縫制設(shè)備控制系統(tǒng)的核心單元，既充分利用DSP數(shù)據(jù)信號(hào)處理能力，進(jìn)行復(fù)雜算法運(yùn)算；又充分發(fā)揮FPGA運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，使其資源互補(bǔ)。FRAM能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息；通過RS232通信與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)信息。該結(jié)構(gòu)模式可根據(jù)實(shí)際需要靈活配置各種硬件，具有數(shù)據(jù)處理速度快、存儲(chǔ)容量大、功能擴(kuò)展方便、易于系統(tǒng)升級(jí)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

一種探針位移誤差補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

a、在無補(bǔ)償?shù)那闆r下，在直線移動(dòng)方向上將有效行程等分為若干段；

b、測量出各段中各目標(biāo)位置的平均位置偏差；

c、將各段的平均位置偏差分別反向疊加到控制系統(tǒng)的差補(bǔ)指令中。

進(jìn)一步的，所述差補(bǔ)指令包括徑向差補(bǔ)指令、軸向差補(bǔ)指令和周向差補(bǔ)指令。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明采用機(jī)械方式對(duì)探針位置進(jìn)行控制，其定位精度高，可有效的提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；探針的整個(gè)定位過程不需要人為的參與，可有效的減小人力物力，避免試驗(yàn)過程中對(duì)人員的身體傷害。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：

11、第一電機(jī)，12、第一同步帶輪組，13、第一彈性聯(lián)軸器，14、第一轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置，21、第二電機(jī)，22、第二同步帶輪組，23、第二彈性聯(lián)軸器，24、第二轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置，25、第一絲桿，26、第一調(diào)節(jié)塊，31、第三電機(jī)，32、第三同步帶輪組，33、第三彈性聯(lián)軸器，35、第二絲桿，36、第二調(diào)節(jié)塊，4、周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，5、支架，6、探針。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

如圖1所示一種空氣透平試驗(yàn)臺(tái)探針定位裝置，包括用于固定探針6的支架5、控制支架5位置的支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和用于控制支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制部件，支架5上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)探針轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)控制部件的控制信號(hào)對(duì)探針進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

安裝時(shí)，支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架5密封在氣缸上，在罩殼上設(shè)置觀察窗，便于操作人員對(duì)整套機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況的觀測。

實(shí)施例2

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，具體的，支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4。

控制部件包括工控機(jī)和連接在工控機(jī)上的運(yùn)動(dòng)控制卡，支架驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均連接在運(yùn)動(dòng)控制卡上。運(yùn)動(dòng)控制卡包括軸控模塊和IO擴(kuò)展模塊，便于功能擴(kuò)展。

如圖2所示，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)11、第一同步帶輪組12和張?jiān)O(shè)在第一同步帶輪組上的第一彈性聯(lián)軸器13，彈性聯(lián)軸器可采用同步帶實(shí)現(xiàn)。第一轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置14安裝在探針頂部，對(duì)探針轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，具體的可采用空心軸編碼器?？招妮S編碼器安裝在支架5上，與第一電機(jī)11、運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成半閉環(huán)的控制方式，保證探針的旋轉(zhuǎn)精度。

如圖3所示，徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一絲桿25、套接在第一絲桿上的第一調(diào)節(jié)塊26、用于驅(qū)動(dòng)第一絲桿25轉(zhuǎn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)件，第一絲桿25與第一調(diào)節(jié)塊螺紋連接，第一絲桿25在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，第一調(diào)節(jié)塊即可實(shí)現(xiàn)沿第一絲桿的徑向移動(dòng)；支架5固定在第一調(diào)節(jié)塊上，探針與第一絲桿相平行，即可實(shí)現(xiàn)探針的徑向位移控制。具體的第一驅(qū)動(dòng)件包括第二電機(jī)21、第二同步帶輪組22和張?jiān)O(shè)在第二同步帶輪組上的第二彈性聯(lián)軸器23。第二轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置24安裝在第一絲桿的一端，對(duì)第一絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行檢測。第二轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置24與第二電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成半閉環(huán)的控制方式，保證探針的徑向移動(dòng)的精度。

如圖4所示，軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二絲桿35、套接在第二絲桿35上的第二調(diào)節(jié)塊36、用于驅(qū)動(dòng)第二絲桿35轉(zhuǎn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)件，第二調(diào)節(jié)塊36的控制原理與徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相同；徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在第二調(diào)節(jié)塊36上，探針與第二絲桿相垂直，即可實(shí)現(xiàn)探針的軸向位移控制。具體的第二驅(qū)動(dòng)件包括第三電機(jī)31、第三同步帶輪組32和張?jiān)O(shè)在第三同步帶輪組32上的第三彈性聯(lián)軸器33。第三轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置安裝在第二絲桿的一端，對(duì)第二絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行檢測。第三轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置與第三電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成半閉環(huán)的控制方式，保證探針的軸向移動(dòng)的精度。

同理，周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4包括第三絲桿、套接在第三絲桿上的第三調(diào)節(jié)塊、用于驅(qū)動(dòng)第三絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第三驅(qū)動(dòng)件，第三調(diào)節(jié)塊的控制原理與徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相同；軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在第三調(diào)節(jié)塊上，第三絲桿同時(shí)與探針和第二絲桿相垂直，即可實(shí)現(xiàn)探針的周向位移控制。具體的第三驅(qū)動(dòng)件包括第四電機(jī)、第四同步帶輪組和張?jiān)O(shè)在第四同步帶輪組上的第四彈性聯(lián)軸器。第四轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置安裝在第三絲桿的一端，對(duì)第三絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行檢測。第四轉(zhuǎn)動(dòng)角檢測裝置與第四電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成半閉環(huán)的控制方式，保證探針的周向移動(dòng)的精度。

實(shí)施例3

上述實(shí)施例，支架是探針實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的載體，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三維的直線運(yùn)動(dòng)。由于用于透平試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測的探針屬純手工制作，價(jià)格昂貴且試驗(yàn)過程中一旦損壞將不可修復(fù)，因此對(duì)控制系統(tǒng)要求極高。本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上做了優(yōu)化，即在控制部件上的檢測回路，當(dāng)探針與缸體觸碰時(shí)，此回路接通，控制部件控制徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行。具體的，在控制部件輸入信號(hào)定義中MI10對(duì)刀信號(hào)，高電平有效，其屬于開關(guān)信號(hào)，當(dāng)徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)探針支架向缸體方向運(yùn)行后，探針碰觸到缸體后此I/0 信號(hào)接通，該信號(hào)接通后控制部件沿當(dāng)前方向運(yùn)行被禁止；控制部件開機(jī)后，回到機(jī)床零點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)刀按鍵后探針支架沿徑向方向向負(fù)方向運(yùn)行，碰觸到缸體后運(yùn)行停止。操作人員也可根據(jù)此時(shí)徑向位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算出探針運(yùn)行極限，在用戶參數(shù)中安全平面值輸入該極限值。

實(shí)施例4

由于上述裝置在徑向、軸向和周向均采用螺紋驅(qū)動(dòng)方式，雖然其控制精度高，但是，仍存在誤差。為了提高控制部件的定位精度和重復(fù)定位精度，在控制部件的系統(tǒng)參數(shù)中增加位移誤差補(bǔ)償方法，分別對(duì)徑向、軸向和周向定位誤差進(jìn)行補(bǔ)償修正，使得探針定位更加準(zhǔn)備。

一種探針位移誤差補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

a、在無補(bǔ)償?shù)那闆r下，在直線移動(dòng)方向上將有效行程等分為若干段；

b、測量出各段中各目標(biāo)位置的平均位置偏差；

c、將各段的平均位置偏差分別反向疊加到控制系統(tǒng)的差補(bǔ)指令中。

所述差補(bǔ)指令包括徑向差補(bǔ)指令、軸向差補(bǔ)指令和周向差補(bǔ)指令。

具體的，控制部件要求沿軸向運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置P_i，目標(biāo)實(shí)際位置為P_ij，該點(diǎn)的平均位置偏差為y_i,將該值輸入補(bǔ)償列表，系統(tǒng)在計(jì)算時(shí)自動(dòng)將目標(biāo)位置P_i的平均位置偏差y_i疊加到插補(bǔ)上，實(shí)際運(yùn)行位置為P_ij= P_i + y_i,使得誤差部分抵消，實(shí)現(xiàn)誤差的補(bǔ)償。

實(shí)施例5

本實(shí)施例在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上例舉一詳細(xì)實(shí)施方式。

由于徑向、軸向及周向運(yùn)動(dòng)都是直線運(yùn)動(dòng)，其螺距補(bǔ)償原理是相同的。以徑向Y軸補(bǔ)償為例，該軸行程為260mm, 將該行程分為8段，螺距補(bǔ)償起點(diǎn)坐標(biāo)為10mm，終點(diǎn)坐標(biāo)為250mm，跳躍步長為30mm。螺距補(bǔ)償可以進(jìn)行補(bǔ)償，將激光干涉儀量出各目標(biāo)位置的平均位置偏差輸入到補(bǔ)償數(shù)據(jù)中。例如測量出第一區(qū)段的平均位置偏差為0.008，徑向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)第二絲桿運(yùn)行時(shí)自動(dòng)將位置偏差0.008疊加到該區(qū)段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)定位誤差的補(bǔ)償。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。