[发明专利]基于能量耗散的大型高速回转装备装配拉伸应力测量装置

说明书

本发明提出一种基于能量耗散的大型高速回转装备装配拉伸应力测量装置，该测量装置的工控机与数据采集卡和脉冲激光器连接，数据采集卡分别与光电二极管和自适应激光干涉仪连接，脉冲激光器的光被分光镜分成两束，其中一束被分光镜反射，被光电二极管接收并转换为电信号传入数据采集卡，另一束透过分光镜照射到透镜，通过透镜聚焦后照在转子装配体上，超声波穿过转子装配体，到达转子装配体下表面的超声波被自适应激光干涉仪接收并转换为电信号传送至数据采集卡。解决了现有技术的大型高速回转装备转子装配拉伸应力难以直接测量、传统的超声波法测量效率低且对转子表面造成腐蚀等问题，实现大型高速回转装备转子装配拉伸应力的高效率和高精度测量。

技术领域

本发明涉及一种装配拉伸应力测量装置，具体涉及一种基于能量耗散的大型高速回转装备装配拉伸应力测量装置，属于超声测量技术领域。

背景技术

航空发动机核心机系统由多级转子装配而成，各级转子之间的装配质量对航空发动机的性能具有非常大的影响。螺栓组的预紧力若存在不均匀性将导致转子的螺栓连接表面产生不规则形变，易使装配后的转子同轴度超标，不平衡量超过要求值。在发动机长时间工作后，螺栓预紧力的蠕变现象会使螺栓初始预紧力下降，将螺栓预紧力的不均匀性放大，使转子的刚度均匀性变差，在受轴向负载时对转子的工作性能有较大影响，减少了转子的工作寿命，降低了发动机的安全性。所以，迫切要求精密测量发动机转子的装配拉伸应力，只有测量精密，才能装配的精准。

目前常用的螺栓装配拉伸应力测量方法有扭矩扳手法、电阻应变片电测法、光折射法等。扭矩扳手法是通过扭矩间接控制螺栓预紧力的，因而这个测量值将有较大的误差；电阻应变片电测法通过测量螺栓表面应变获得螺栓拉伸应力，但螺栓在拧紧时表面会产生一定剪切形变，导致测量结果与实际轴向应力有偏差；光折射方法仅局限于实验室条件下，并不能广泛应用于工程上的在线测量。上述测试方法由于受到测量精度、安装条件及现场环境等各方面的限制，目前在工程中实现在线测量还存在一定的困难。

超声波螺栓装配拉伸应力测量通过对螺栓中超声波波速的变化的测量而获取螺栓轴向应力，进而得出螺栓装配拉伸应力，具有对被测物无损伤、测量速度快、测量精度高等特点，因而国内外学者对超声测量方法开展了广泛研究。传统的超声技术多采用接触式换能器，为保证有高的灵敏度和可靠性，通常还应使用各种超声耦合剂，超声波在穿越耦合剂时需要一定的渡越时间，并且会产生干扰谐波，给测量带来不稳定的因素，并且耦合剂的使用会对增加额外的工作量，导致测量效率低，更严重的是会对工件表面造成一定的腐蚀和伤害，因而在实际应用中传统的超声波法受到了一定的限制。

发明内容

本发明为解决现有技术的大型高速回转装备转子装配拉伸应力难以直接测量、传统的超声波法测量效率低且会对转子表面造成腐蚀等问题，提出一种基于能量耗散的大型高速回转装备装配拉伸应力测量装置，实现大型高速回转装备转子装配拉伸应力的直接、高效率和高精度测量。

本发明提出一种基于能量耗散的大型高速回转装备装配拉伸应力测量装置包括脉冲激光器、分光镜、透镜、光电二极管、数据采集卡、工控机、自适应激光干涉仪和转子装配体；所述工控机与数据采集卡连接，所述数据采集卡分别与光电二极管和自适应激光干涉仪连接，所述自适应激光干涉仪位于转子装配体的下方，所述工控机还与脉冲激光器连接，所述工控机控制脉冲激光器发射脉冲激光，所述脉冲激光器发射光的光路前方设置有分光镜，所述脉冲激光器发出的脉冲激光被分光镜分成两束，其中一束光被分光镜反射，被光电二极管接收并转换为电信号传入数据采集卡作为超声信号的采集触发，另一束光透过分光镜沿直线照射到透镜，然后光穿过透镜照射在转子装配体的上表面，由于转子装配体的上表面产生超声波，穿过整个转子装配体到达转子装配体的下表面，到达转子装配体下表面的超声波被自适应激光干涉仪接收并转换为电信号传送至数据采集卡，数据采集卡将采集到的信号传至工控机进行处理。

优选地，所述转子装配体包括转子部件一、转子部件二和螺栓，所述转子部件一位于转子部件二的上方，所述螺栓将转子部件一和转子部件二轴向固定。