[发明专利]涡轮导向器排气面积自动测量系统及测量方法

说明书

本发明提出一种涡轮导向器排气面积自动测量系统及测量方法，基于非接触光学测量原理，能够解决现有测量系统测量效率低、测量精度差的问题。该测量系统基于非接触光学测量原理，通过高精度光学扫描仪直接测量涡轮导向器每个喉道轮廓的三维点云坐标，得到高精度、高密度点云数据；然后通过测量得到的点云数据拟合每个喉道的三维轮廓，再计算每个喉道排气面积与导向器总排气面积；且在测量过程中，通过六自由度机器人与单轴转台联动，精确、快速定位高精度光学扫描仪与被测导向器的相对位置。

技术领域

本发明涉及一种测量系统及方法，具体涉及一种涡轮导向器排气面积自动测量系统及其测量方法，属于涡轮发动机导向器测量技术领域。

背景技术

燃气涡轮发动机是一种广泛应用的动力机械，其工作以空气为介质，通过一定的热力循环，将化学能转化为机械能。其核心部件包括风扇、燃烧室和燃气涡轮部件。而涡轮导向器的作用是改变高温高压燃气气流速度和方向，为转子叶片进口提供适当的气流方向，同时改善涡轮转子的工作条件。

飞机发动机涡轮导向器主要由机匣、安转环、导向叶片及相应附件组成，导向器喉道排气面积直接影响发动机的运行状况，是发动机设计和生产中十分重要的一个参数。对导向器喉道排气面积进行测量，一方面用于控制导向叶片排气角度，为转子叶片提供设计要求的进气角度，保证涡轮性能；另一方面用于控制导向器总排气面积，在装配导向叶片时要测量每个喉道(相邻两导向叶片之间的通道)的排气面积来满足总排气面积，排气面积不合格则要调整导向叶片的安装角，直到调整至喉道排气面积合格后才将导向叶片固定。

国内航空业，对于喉道排气面积的测量法主要有以下三种：

(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喉道相关几何参数，然后根据测得数据经人工计算得出每个喉道的排气面积，并求和得到总排气面积。这种方法操作繁琐、测量效率低；且该方法需要多个数据支撑计算得出面积，加大了数据累计误差的传递，测量误差较大。还有些利用具有预定排气面积的标准吼道样件对预定测具的数值指示器调零，通过测量待测喉道排气面积值与标准喉道样件排气面积值的差值计算得到单个待测喉道的排气面积值；该方法虽然在一定程度上解决了数据累计误差的影响，但仍然属于间接测量，测量误差较大。

(2)三坐标测量法：利用三坐标测量机直接测量喉道轮廓三维点坐标，根据测点坐标值计算喉道排气面积；三坐标采点精度高，且能实现自动化测量。但是三坐标采点密度低，不能精确的复现喉道轮廓特征，且涡轮导向器喉道狭窄，三坐标编程复杂，存在三坐标测量机接触式测头无法采点的区域。

(3)声学共振频率法：将亥姆霍兹共振腔与导向叶片密封接触，利用声学原理识别出声波传递损失最大的共振频率，并通过该频率计算出共振腔的容积，以此算出喉道排气面积，该方法操作复杂，误差项较多，测量精度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种涡轮导向器排气面积自动测量系统，基于非接触光学测量原理，能够解决现有测量系统测量效率低、测量精度差的问题。

所述的涡轮导向器排气面积自动测量系统，包括：数据采集模块、变位机构模块和数据处理模块；

所述数据采集模块采用非接触测量方法，测量被测导向器每个喉道轮廓的三维点云坐标；

所述变位机构模块用于自动调整所述数据采集模块与所述被测导向器间的相对空间位置，以实现所述数据采集模块对所述被测导向器的遍历扫描；

所述数据处理模块依据所述数据采集模块测得的每个喉道轮廓的三维点云坐标，拟合每个喉道的三维轮廓，进而计算每个喉道的排气面积与被测导向器总排气面积。

作为本发明的一种优选方式：所述数据采集模块包括：光学扫描仪和定位工装；

所述光学扫描仪与所述变位机构模块相连，通过所述变位机构模块带动所述光学扫描仪运动，以定位所述光学扫描仪与所述被测导向器的相对空间位置；