一种航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统及其方法与流程

1.本技术属于航空发动机涡轮导向器排气面积测量技术领域，具体涉及一种航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统及其方法。


背景技术：

2.航空发动机中涡轮导向器的总排气面积及其各窗口排气面积，对航空发动机的性能具有重要影响，准确的获取航空发动机涡轮导向器的总排气面积及其各窗口排气面积，可为涡轮导向器加工、制造及其性能预测提供指导。
3.当前，主要通过以下三种方法测量航空发动机涡轮导向器的总排气面积及其各窗口排气面积：
4.1)标准样件测具法，使用经标准样件标校过的专用测具，测量航空发动机涡轮导向器的相关几何参数，根据测得几何参数经计算得到航空发动机涡轮导向器的总排气面积及其各窗口排气面积，该种方法操作繁琐、测量效率低，且需要多几何参数支撑计算得出航空发动机涡轮导向器的总排气面积及其各窗口排气面积，存在数据累积误差的传递，误差较大；
5.2)三坐标测量法，利用三坐标测量机采集航空发动机涡轮导向器上三维点坐标，根据测得的三维点坐标计算得到航空发动机涡轮导向器的总排气面积及其各窗口排气面积，该种方法采集的三维点坐标密度较低，不能精确的复现航空发动机涡轮导向器的轮廓特征，且航空发动机涡轮导向器各窗口狭窄，存在三坐标测量机接触式测头无法采集三维点坐标的区域，难以得到准确的测量结果；
6.3)声学共振频率法，将亥姆霍兹共振腔与航空发动机涡轮导向器导向叶片密封接触，利用声学原理识别出声波传递损失最大的共振频率，以该频率计算出共振腔的容积，计算得到航空发动机涡轮导向器各窗口排气面积，该方法操作复杂，存在较多误差项，测量结果精度较低。
7.鉴于上述技术缺陷的存在提出本技术。
8.需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本技术的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

9.本技术的目的是提供一种航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统及其方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
10.本技术的技术方案是：
11.一方面提供一种航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统，包括：
12.单轴转台，其上连接航空发动机涡轮导向器，能够带动航空发动机涡轮导向器转动；
13.光学扫描仪；
14.六自由度机械臂，其上连接光学扫描仪，能够带动光学扫描仪相对于单轴转台运动；
15.控制器，与单轴转台、六自由度机械臂、光学扫描仪连接，能够控制单轴转台、六自由度机械臂协同动作，以及能够控制光学扫描仪采集航空发动机涡轮导向器各部位的三维点云坐标；
16.计算机，与光学扫描仪连接，能够根据航空发动机涡轮导向器各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器的排气面积。
17.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，计算机根据航空发动机涡轮导向器各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器的排气面积，包括计算得到航空发动机涡轮导向器的总排气面积及其各窗口排气面积。
18.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，还包括：
19.定位轴，一端连接在单轴转台上，另一端连接航空发动机涡轮导向器。
20.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，定位轴以碳纤维材料制作。
21.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，定位轴上具有定位标记点；
22.光学扫描仪能够采集定位标记点的空间坐标，以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机涡轮导向器各部位的三维点云坐标进行拼接。
23.另一方面提供一种航空发动机涡轮导向器排气面积测量方法，包括：
24.在航空发动机涡轮导向器上喷粉；
25.将航空发动机涡轮导向器连接在定位轴背向单轴转台的一端；
26.以控制器控制单轴转台、六自由度机械臂协同动作，调节光学扫描仪相对于单轴转台的位置，使航空发动机涡轮导向器转动，控制光学扫描仪采集航空发动机涡轮导向器各部位的三维点云坐标，以及采集定位轴上定位标记点的空间坐标；
27.以光学扫描仪以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机涡轮导向器各部位的三维点云坐标进行拼接；
28.以计算机根据航空发动机涡轮导向器各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器的排气面积。
29.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量方法中，以计算机根据航空发动机涡轮导向器各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器的排气面积，包括计算得到航空发动机涡轮导向器的总排气面积及其各窗口排气面积。
附图说明
30.图1是本技术实施例提供的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统的示意图；
31.其中：
32.1-单轴转台；2-航空发动机涡轮导向器；3-光学扫描仪；4-六自由度机械臂；5-控制器；6-计算机；7-定位轴。
33.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，此外，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
34.为使本技术的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本技术的部分实施例，其仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
35.此外，除非另有定义，本技术描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本技术描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本技术的限制。本技术描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本技术描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本技术描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
36.此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本技术的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本技术中的具体含义。
37.下面结合附图1对本技术做进一步详细说明。
38.一方面提供一种航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统，包括：
39.单轴转台1，其上连接航空发动机涡轮导向器2，能够带动航空发动机涡轮导向器2转动；
40.光学扫描仪3；
41.六自由度机械臂4，其上连接光学扫描仪3，能够带动光学扫描仪3相对于单轴转台1运动；
42.控制器5，与单轴转台1、六自由度机械臂4、光学扫描仪3连接，能够控制单轴转台1、六自由度机械臂4协同动作，以及能够控制光学扫描仪3采集三维点云坐标；
43.计算机6，与光学扫描仪3连接，能够根据航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器2的排气面积。
44.以上述航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统，对航空发动机涡轮导向器2的
排气面积进行测量，可参照以下步骤进行：
45.将航空发动机涡轮导向器2连接到单轴转台1上；
46.以控制器5控制单轴转台1、六自由度机械臂4协同动作，调节光学扫描仪3相对于单轴转台1的位置，使航空发动机涡轮导向器2转动，控制光学扫描仪3采集航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标；
47.以光学扫描仪3对航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标进行拼接；
48.以计算机6根据航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器2的排气面积。
49.为了防止发生反光，影响对航空发动机涡轮导向器2的排气面积的测量精度，在将航空发动机涡轮导向器2连接到单轴转台1上之前，可在航空发动机涡轮导向器2上喷粉。
50.对于上述实施例公开的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统，领域内技术人员可以理解的是，其通过光学扫描仪3采集航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，精度高、密度高，拼接后可较好的复现航空发动机涡轮导向器2的轮廓，基于此，根据航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，能够较为准确的得到航空发动机涡轮导向器2的排气面积。
51.对于上述实施例公开的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统，领域内技术人员可以理解的是，其设计以控制器5控制单轴转台1、六自由度机械臂4协同动作，调节光学扫描仪3相对于单轴转台1的位置，使航空发动机涡轮导向器2转动，以及控制光学扫描仪3采集航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，自动化程度较高，可准确、高效的得到航空发动机涡轮导向器2的排气面积。
52.对于上述实施例公开的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统，领域内技术人员可以理解的是，其设计以单轴转台1带动航空发动机涡轮导向器2转动，角度回转精度高，且在控制器5的控制下与六自由度机械臂4协同动作，即可视为六自由度外的第七自由度，能够准确的定位光学扫描仪3与航空发动机涡轮导向器2相对位置、角度，高效的实现对航空发动机涡轮导向器2各部位三维点云坐标的采集。
53.在一些可选的实施例中，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，计算机6根据航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器2的排气面积，包括计算得到航空发动机涡轮导向器2的总排气面积及其各窗口排气面积。
54.在一些可选的实施例中，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，还包括：
55.定位轴7，一端连接在单轴转台1上，另一端连接航空发动机涡轮导向器2，即航空发动机涡轮导向器2通过定位轴7连接在单轴转台1上，在定位轴7背向单轴转台1的一端，可通过设计专门的夹具对航空发动机涡轮导向器2进行夹持，具体可由相关技术人员在应用本技术公开的技术方案时，根据具体实际进行设计，或参考采用已有的夹具，在此不再进行更详细的说明。
56.在一些可选的实施例中，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，定位轴7以碳纤维材料制作，具有足够的强度和刚度，以及极低的热膨胀系数，保证光学扫描仪3采集三维点云坐标的可靠度。
57.在一些可选的实施例中，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，定位轴7上具有定位标记点；
58.光学扫描仪3能够采集定位标记点的空间坐标，以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标进行拼接。
59.对于上述实施例公开的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统，领域内技术人员可以理解的是，其设计在以光学扫描仪3采集航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标的同时，可同时采集定位轴7上定位标记点的空间坐标，进而可以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标进行拼接，快速、高效，定位标记点具体可以是粘贴在定位轴7上的容易被识别的标识，具体分布位置及其数量，可由相关技术人员在应用本技术公开的技术方案时，根据具体实际进行设计，在此不再进行进一步的限定。
60.在一些可选的实施例中，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统中，可以选用现有的航空发动机涡轮导向器的专用测量工装，一端连接在单轴转台上，另一端夹持航空发动机涡轮导向器，替换定位轴7。
61.另一方面提供一种航空发动机涡轮导向器排气面积测量方法，包括：
62.对单轴转台1、光学扫描仪3、六自由度机械臂4进行标定，实现坐标系的统一；
63.在航空发动机涡轮导向器2上喷粉；
64.将航空发动机涡轮导向器2连接在定位轴7背向单轴转台1的一端；
65.以控制器5控制单轴转台1、六自由度机械臂4协同动作，调节光学扫描仪3相对于单轴转台1的位置，使航空发动机涡轮导向器2转动，控制光学扫描仪3采集航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，以及采集定位轴7上定位标记点的空间坐标；
66.以光学扫描仪3以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标进行拼接；
67.以计算机6根据航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器2的排气面积。
68.在一些可选的实施例中，上述的航空发动机涡轮导向器排气面积测量方法中，以计算机6根据航空发动机涡轮导向器2各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机涡轮导向器2的排气面积，包括计算得到航空发动机涡轮导向器2的总排气面积及其各窗口排气面积。
69.对于上述实施例公开的航空发动机涡轮导向器排气面积测量方法，其基于上述实施例公开的航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统实施，描述的较为简单，具体相关之处可参见航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统部分的相关说明，其技术效果也可参考航空发动机涡轮导向器排气面积测量系统相关部分的技术效果，在此不再赘述。
70.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
71.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本技术的保护范围之内。