測量發動機葉尖間隙的方法及其系統技術方案

本發明專利技術公開了一種測量發動機葉尖間隙的方法及其系統，包括：用于拍攝機匣和葉尖圖像的圖像采集器；用于測量發動機葉尖的角度信號的角度傳感器；用于進行數據分析，從圖片中獲取發動機葉尖的間隙，并記錄角度傳感器輸出的角度信號的上位機；上位機根據所測量序列（R-L1，θ1），（R-L2，θ2），以此類推為（R-Ln，θn），根據數值計算方法擬合出發動機葉尖在徑向的輪廓曲線f(x)。根據前面測量的取值范圍，計算出f(x)在區間之間的極值。通過以上技術方案可以快速準確的測量航空發動機裝配過程中各級葉片葉尖的間隙極值。

【技術實現步驟摘要】

根據本專利技術的一個實施例涉及航空發動機裝配
，具體涉及一種測量發動機葉尖間隙的方法及其系統。
技術介紹
航空發動機的葉尖間隙一般是指發動機轉子葉片與機匣之間的徑向間隙。葉尖間隙是發動機研制過程中的一項基本的測量參數。在現代航空發動機中，葉尖間隙對壓氣機和渦輪的效率、發動機的油耗以及穩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。為了有效提高發動機的可靠性和經濟性，國內外的研究機構和高等院校都先后開展了航空發動機葉尖間隙問題的研究。航空發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有很大的影響。對于發動機的葉尖間隙的研究和測量，目前國內外研究的大都是集中于發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，即根據發動機的工作狀態，人為地控制機匣或轉子的膨脹量，以便轉子和靜子的熱響應達到較好的匹配，在高空巡航狀態間隙盡可能小，而在其它狀態又不致發生干擾摩擦。研究表明，在不發生零部件碰撞的前提下，間隙越小，發動機的效率越高，耗油率越低。國內的航空發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。
技術實現思路
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，而且還容易出現將機匣的石墨圖層刮傷。本專利技術的測量發動機葉尖間隙的方法及其系統，可以方便快捷準確的測量出各級葉片的間隙極值?？紤]到現有技術的上述問題，根據本專利技術公開的一個方面，本專利技術采用以下技術方案一種測量發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據分析獲取該發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 ；根據安裝在轉軸上的角度傳感器，也適時測出相關間隙值對應的角度信息。第一個間隙值LI對應的角度信息為Q1，相應的，第二個間隙值L2對應的角度為θ2，第三個間隙值為L3對應的角度為θ3，以此類推，測得的第n個間隙值為Ln對應的角度為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，用以進行后續的處理；以發動機的轉軸中心為原點，以第一個測量值LI為X軸，構建直角坐標系，設定轉軸與機匣之間的距離為R ；根據以上的測量序列(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動機葉尖在徑向的輪廓曲線f (X)。經驗表明f(x)至少為三元一次方程，應將其相關系數R應彡O. 99。根據前面測量的取值范圍，計算出f(x)在區間[(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，測量過程中轉軸轉動的角速度不能超過^rad/s ° 為了更好地實現本專利技術，進一步的技術方案是在本專利技術的一個實施例中，測量之前，安裝好角度傳感器和圖形采集器，進行相關初始參數的設置，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。在本專利技術的一個實施例中，在現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。在本專利技術的一個實施例中，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換。為了更好的實現上述的方法，一種實現上述方法的測量發動機葉尖間隙的系統，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動機葉尖的角度信號；上位機，所述上位機用于進行數據分析，從圖片中獲取發動機葉尖的間隙，并記錄角度傳感器輸出的角度信號；上位機根據權利要求I中的測量序列(R-L1, Θ J，(R-L2, Θ 2)，以此類推為(R-Ln，Θ n)，根據數值計算方法擬合出發動機葉尖在徑向的輪廓曲線f (X)。根據前面測量的取值范圍，計算出f (X)在區間[(R-L1)COS Θ 1； (R-Ln) COS Θ J之間的極值。本專利技術還可以是在本專利技術的一個實施例中，所述圖形采集器為CXD攝像頭。與現有技術相比，本專利技術的有益效果之一是在進行發動機間隙測量的過程中，葉尖間隙的極值作為重要參數之一。本專利技術的技術方案比利用塞尺進行測量的傳統方法往往事倍功半，利用專利技術中所介紹的測量方法，可以快速準確的測量航空發動機裝配過程中各級葉片葉尖的間隙極值。附圖說明為了更清楚的說明本申請文件實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的情況下，還可以根據這些附圖得到其它的附圖。圖I示出了根據本專利技術一個實施例的測量發動機葉尖間隙的系統示意圖。圖2示出了根據本專利技術一個實施例的測量發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合實施例對本專利技術作進一步地詳細說明，但本專利技術的實施方式不限于此。本專利提出了一種發動機葉尖間隙影像測量系統的設計方案。此方案正是基于先 進光學影像檢測技術及自動變焦測頭技術的發展基礎上，對發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，主要是轉子的同心度、機匣、輪盤、動靜葉尖的橢圓度等，同時為發動機裝配后的運轉試驗提供依據。以下作進一步的介紹。圖I示出了根據本專利技術一個實施例的測量發動機葉尖間隙的系統示意圖。參考圖I所示一種測量發動機葉尖間隙的系統的一個實施例，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可以安裝在發動機軸上；上位機5，所述上位機5用于進行數據分析，從圖片中獲取發動機葉尖的間隙，并記錄角度傳感器輸出的角度信號，以及進行其它數據處理。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示出了根據本專利技術一個實施例的測量發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動機轉軸為原點，以第一次測量值為X軸。轉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構成，若干個測量點構成測量序列。參考圖2所示一種測量發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，進行相關初始參數的設置，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本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種測量發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據分析獲取該發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n個間隙值為Ln；根據安裝在轉軸上的角度傳感器，也適時測出相關間隙值對應的角度信息。第一個間隙值L1對應的角度信息為θ1，相應的，第二個間隙值L2對應的角度為θ2，第三個間隙值為L3對應的角度為θ3，以此類推，測得的第n個間隙值為Ln對應的角度為θn；以上測得的值表示成序列（L1，θ1），（L2，θ2），以此類推為（Ln，θn）；序列值被傳輸至上位機保存，用以進行后續的處理；以發動機的轉軸中心為原點，以第一個測量值L0為x軸，構建直角坐標系，設定轉軸與機匣之間的距離為R；根據以上的測量序列（R？L1，θ1），（R？L2，θ2），以此類推為（R？Ln，θn），根據數值計算方法擬合出發動機葉尖在徑向的輪廓曲線f(x)，根據前面測量的取值范圍，計算出f(x)在區間[(R？L1)cosθ1,(R？Ln)cosθn]之間的極值。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱目成，童思容，王雅萍，趙必武，羅賢鵬，陳玉濤，
申請(專利權)人：西南科技大學，
類型：發明
國別省市：