CN104583541B - 切割用于制造涡轮机零件的预成形件的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于切割预成形件(1)的方法，该预成形件用于制造涡轮机的零件，该方法包括编织多个线(9)，所述线(9)包括视觉上可识别的线(3)，所述切割沿着基于其中线(9)具有基准设置的预成形件模计算的切割轮廓(5)进行，该方法包括以下步骤：拍摄预成形件(1)的图像，处理该图像，以确定视觉上可识别的线(3)的布置相对于基准布置的偏差，根据所述偏差校正切割轮廓(5)，以及沿着经校正的切割轮廓(13)切割该预成形件。

Description

切割用于制造涡轮机零件的预成形件的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种预成形件的切割方法，以及一种切割系统。

背景技术

一些涡轮机零件，例如由复合材料制成的风扇叶片，可由预成形件制成。

此预成形件包括编织多个编织线或编织纤维，所述编织线或编织纤维包括经线和纬线。这两组线包括确保预成形件的结构的结构线和跟踪器线，所述跟踪器线与其他的线可通过视觉识别，并至少均匀地设置在该预成形件的表面。

制造这种预成形件的例子由文件EP 1526285可知。

该预成形件根据构成叶片的零件的形状和尺寸切除，并放置在一模中。

包括热定型树脂的粘合剂随后喷射进该模中，以充满整个预成形件。在加热该模后，该模制件从模中取出。

该预成形件的切割步骤要求根据切割轮廓切割该预成形件，因此该形式对应于在整个制造过程中所期望的形式。

图1图示一预成形件101，预成形件101包括分布为经线和纬线的编织线。这些编织线包括结构线102和可视觉识别线103。

还图示一预计算的切割轮廓105。此切割轮廓105通过假设经线和纬线相互为90°来计算。

在切割阶段，该预成形件仍未固定，并因此是可延展的和可变形的，这是因为该预成形件仅仅是通过编织而缠结的一团线。

因此，有必要验证预成形件没有变形，即经线和纬线表现出不同于90°的相对角。

在实践中，操作人员观察可视觉识别的线，以确认是否发生这种变形。如果这是如图2所图示的情况，则经线和纬线由操作人员调节。

下面的步骤为相对于切割机定位该预成形件。此操作由操作人员执行，操作人员定位该预成形件，以使所述预成形件设置在切割机的原点和切割轴线的水平处。

此方法和此切割系统具有几个缺点。

该预成形的变形的验证步骤是漫长且复杂的，这延长了制造时间，并增加成本。也存在出现错误的风险。

而且，用于相对于切割机定位预成形的步骤延长制造时间，且提高了在切割过程中出现缺陷的风险。

发明内容

本发明建议消除以上缺点。

为此，本发明提出一种制造涡轮机零件的预成形件的切割方法，其包括编织多个编织线，所述编织线根据由其中编织线具有基准布置的预成形件模计算的切割轮廓包括视觉可识别线，所述方法包括由以下组成的步骤：

-拍摄预成形件的图像，

-处理图像以相对于基准布置确定视觉可识别编织线的布置的偏差，

-根据所述偏差校正切割轮廓，

-根据校正切割轮廓切割预成形件。

在被调节以根据切割轮廓实施预成形件的切割的切割机中，本发明还包括由以下组成的步骤：

-拍摄预成形件的图像，

-处理图像以在编织预成形件的过程中识别至少一个基准点，

-从此基准点的识别，相对于预成形件自动地校正切割机的位置，以根据切割轮廓可切割预成形件，以及

-根据切割轮廓切割预成形件。

根据一实施例和根据刚刚描述的实施例，第一步骤为相对于预成形件自动地定位切割机，根据前述实施例，第二步骤为根据编织线的布置的偏差校正切割轮廓。

在一应用中，本发明涉及例如涡轮机叶片，其中一预成形件是此叶片的切除部，其特征在于，此预成形件的切割根据前述方法来实施。

本发明具有许多优点。

本发明的一个优点是提出了改进切割的质量和精度的方案。

本发明的另一个优点是提出缩短制造时间的方案，该方案更加廉价。

最后，本发明的另一个优点在于提高了制造的标准化，该标准化使得是强健的且可重复。

附图说明

从纯粹地示例性的和非限制性的以及必须接合附图来考虑的以下描述，本发明的其它特征、目的和优点将变得显而易见，其中：

-图1是已提出的根据现有技术的预成形件和切割轮廓的表示；

-图2是已提出的根据现有技术的切割方法的表示；

-图3是织机中的预成形件的表示；

-图4是具有其中布置是基准布置的编织的预成形件4的表示；

-图5是其中布置是基准的系统的表示；

-图6和7是根据本发明的切割方法的第一实施例的表示；

-图8和9是根据本发明的切割方法的第二实施例的表示。

具体实施方式

待切除的预成形件

预成形件1包括编织多个编织线9。编织线9通常划分为经线和纬线。

图3示意地显示一提花机型的织机，沿着纵向(箭头x)方向的经线以及沿着横向(箭头y)方向的纬线安装在所述织机上，其中所述经线沿着垂直方向(箭头z)延伸过重叠的几层。

此编织类型由例如文件FR2861143可知。在一实施例中，编织是三维的。

例如，编织线9属于由以下形成的组：碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、碳化硅纤维、铝纤维、芳族聚酰胺纤维和芬芳聚酰胺纤维。

如在图4中所示，编织线9包括用于编织预成形件的结构的结构线2，以及视觉上可识别的线3。

视觉上可识别的线3是主要位于该预成形件表面的线，并具有与结构线2不同的颜色，使它们可在视觉上识别。

线3均设置为经线(纵向)和纬线(横向)。

在一实施例中，用于三维编织的结构线2是碳纤维，视觉上可识别的线3由玻璃纤维或凯夫拉尔形成。

以此方式，视觉上可识别的线3在预成形件的黑色剩余部分上的颜色是白色的，因而可看见。

切割系统

切割该预成形件可具体在图5中所示的切割系统12中进行。

该切割系统12包括切割机4。可使用不同的切割机技术：水射流切割，和或通过机械装置，和/或通过激光切割。

切割机4通常包括用于容纳和固定待切除的预成形件的装置。

切割系统12还包括存储器13，具体用于储存一预计算的切割轮廓，该切割轮廓将由切割机4使用。

系统12包括构造为拍摄一个或多个图像的成像装置10。此成像装置10为例如相片或相机类型。

最后，切割系统12包括一处理单元11，该处理单元设置为控制切割机和成像装置，以执行下述切割方法的实施例。处理单元11通常为一与一个或多个处理程序相关联的处理器。

如果需要，系统12包括屏幕型的显示设备以及具有操作器(键盘、控制台等)的交互设备。

切割方法

第一实施例

该预成形件必须进行切除。此切割通常由在切割系统12中的切割机4所实施。

切割机4通常进行调节，以根据切割轮廓5进行切割。此轮廓是二维表面的轮廓，但其通常可切割三维的预成形件。

此切割轮廓5根据优选用于由该预成形件构造的结构的最后形状，通过模拟来进行预计算，并被记录在切割系统12的存储器13中。

此切割轮廓5具体由其中编织线具有基准布置的一预成形件模进行预计算。

在用于计算此轮廓的模拟过程中，使用其中编织线具有基准布置的一预成形件模。此基准布置对应于按照该预成形件的纵向轴线设置的线(经线)，以及按照该预成形件的横向轴线设置的线(纬线)，所述经线和纬线相互垂直，例如图1中所示。在此基准布置中，视觉上可识别的线3没有弯曲，而是直线的。

由于预成形件1是可变形的，因此此基准布置不必要保留到进行切割步骤的时间。

根据一第一步骤，拍摄预成形件1的一图像。此图像由切割系统的成像装置10所拍摄。通常，这是包括预成形件1的至少上表面的图像。

对于成像装置10可以拍摄预成形件1的几个图像，尽管这不是必须的。

在一实施例中，成像装置10由照明装置14完成，照明装置14朝向该预成形件，这提高了用于后期处理的图像的质量和对比度。

然后，图像被处理，以相对于基准布置确定编织线的布置的偏差。

此处理由系统12的处理单元11进行，和/或由外部处理单元进行，所述外部处理单元通过任何已知的通信设备与系统12联通。

在处理过程中，将预成形件1的图像与一基准图像(预成形件模的图像)进行比较，其中预成形件1的编织线具有一基准布置。

特别是，处理单元首先通过图像处理识别在图像中的视觉上可识别的线3。在识别这些线3后，这些线3的布置通过主要按照该预成形件1的纵向轴线设置的线的方向与主要按照该预成形件1的横向轴线设置的线3进行比较而确定。此布置随后与该基准布置进行比较，以确定布置的偏差。

例如，如图6中所示，处理单元确定，按照横向轴线设置的线3与按照纵向轴线设置的线3成不同于90°的角，该角不匹配于基准布置。

例如，该布置的偏差由一组用于视觉上可识别的线3的偏离角表征。

下一步为根据所述偏差校正切割轮廓5。

如图6中所图示，被预计算，并记录在存储器13中的切割轮廓5被校正，以考虑预成形件1的变形而给出一经校正的切割轮廓130。

在一实施例中，经校正的切割轮廓130按照以下计算。

处理单元11叠加：

-其中编织线9具有一基准布置的该预成形件的图像，以及

-由成像装置10拍摄的该预成形件的图像。

处理单元11将在图像由装置10拍摄的情况下的视觉上可识别的线3的交叉点的相对位置与在基准布置中的视觉上可识别的线3的交叉点的相对位置进行比较。

而且，处理单元11还比较：

-显示基准布置的视觉上可识别的线3与切割轮廓5之间的交叉点的位置，与

-在所拍摄的图像的视觉上可识别的线3与切割轮廓5之间的交叉点的位置。

如果处理单元11检测到存在间隙，则该经校正的切割轮廓5按照这些间隙的值进行修改，以给出切割轮廓130。

在一实施例中，如果需要，该实施例可结合前述实施例实施，处理单元11由该预成形件的图像确定一个或多个视觉上可识别的线3的曲线。实际上，所述线是可变形的，且不是直线的。

该处理单元在通过已完成件进行计算中执行此曲线，其事先被预调节，并相对于基准布置确定预成形件的整个偏差。线3的曲线具体与基准布置的理论曲线相比较。

所使用的算法由现有技术可知，特别是已用于计算切割轮廓5(其例如为渔网算法)。

该计算为20秒的量级。

如果线变形了，该轮廓因此变形以适应于此变形。

由于该经校正的切割轮廓130，产生相同的切割结果，好似该预成形件在切割前已经由操作人员手动调节。

特别是，获得在线与轮廓之间的相同的相对定位。

这实现该独立于操作者的方法的可重复性。

在后一步骤中，如图7中所示，预成形件1按照已校正的切割轮廓130切除。此步骤通常由切割机4执行。例如，处理单元11可以控制切割机4，以使其按照此轮廓130切除该预成形件。当适当时，其可以基于此经校正的切割轮廓130通过手动切割设备来执行。

第二实施例

在此实施例中，预成形件1必须由在切割系统12中的切割机4切除。

调节切割机4，以根据例如在第一实施例中所描述的类型的预计算切割轮廓5进行该预成形件1的切割。

如图8中所示，第一步骤为拍摄在切割机4中的预成形件1的图像。此步骤与在第一实施例中描述的图像拍摄相同。

第二步骤为处理该图像，以确定在编织预成形件1的过程中的至少一个基准点8。基准点8是在图像中可识别的点，所述点为了定位而对应于在编织预成形件1的过程中的一基准点。

在一实施例中，基准点8对应于视觉上可识别的线3的交叉点。

此基准点8例如是按照该预成形件的纵向轴线的视觉上可识别的线3与按照该预成形件的横向轴线的视觉上可识别的线3之间的交叉点。在一实施例中，按照横向轴线的视觉上可识别的线3是设置在该预成形件1的末端一侧设置的线。

一旦此基准点8被识别，则切割机4在处理单元11的控制下自动地校正其相对于预成形件1的定位，以便能够按照预计算的切割轮廓5切割该预成形件。

因此，切割机4通过识别基准点8使其切割轴线与预成形件1对齐。

在一实施例中，处理单元11将机器4的基准点的位置与预成形件1的基准点8的位置比较，其中所述机器4的基准点是使用预计算切割轮廓5来预记录，所述预成形件1的基准点8的位置将在切割机4中的预成形件1的位置与切割轮廓5对齐，机器4通过切割轮廓5来调节以切除该预成形件。

切割机4相对于预成形件1的相对定位因此自动地完成，而不需要操作人员定位预成形件1。

在切割机4相对于预成形件1的相对定位自动校正后，预成形件1按照预计算的切割轮廓5进行切除。

第三实施例

在此实施例中，执行第一和第二实施例。

切割机4被调节以按照来自其中编织线9具有一基准布置的预成形件模的预计算切割轮廓5来实施预成形件1的切割。

在预成形件1放置在切割机4中后，预成形件1的图像由成像装置10拍摄。

第一步骤为自动校正切割机4相对于预成形件1的定位。

此步骤按照第二实施例来进行，其中预成形件1的校准点8在图像中识别，使切割机4相对于预成形件1的相对定位可自动校正。特别是，机器4的基准点与在预成形件1的编织中识别的基准点8对齐。

预成形件1的图像也按照第一实施例来处理，以校正预计算切割轮廓5。因此，如上所述，编织线3的布置的偏差相对于一基准布置来确定，以根据所述偏差来校正切割轮廓5。

在后一步骤中，机器4按照校正后的切割轮廓130切除预成形件1。

在此实施例中，可进行切割的步骤是自动的，操作人员不必再次定位该预成形件或校正该预成形件的布置。

制造例子

在一应用中，该方法的实施例中的一个在一用于涡轮机叶片的制造方法中实施。

此叶片的预成形件根据上述方法的实施例来切除，以具有构成叶片的零件的形状和尺寸。

该预成形件随后放置在一模中。

已知的是，包括热定型树脂的粘合剂随后喷射到该模中，以充满整个预成形件。在加热该模后，模制件从该模中取出。该模制件经机加工，赋予其最终形状，得到叶片。

所述切割方法和制造方法应用于不同的编织预成形件，所述编织预成形件是平织的并需要切割。这些是例如以下件：风扇叶片(风扇)，风扇平台(风扇)，楔子(风扇叶片的楔子是容纳在风扇盘中的叶片的脚部下的件)，OGV(出口引导叶片)，螺旋桨，具体已知为开式转子，以及用于技术测试的不同件。

通常，所提出的方案改进了切割的质量和精度。而且，后者缩短了制造时间，因此更便宜。

最后，预成形件的自动处理提高制造的标准化，其为坚固的和可重复的。

Claims (6)

1.一种用于切割预成形件(1)的方法，该预成形件(1)用于制造涡轮机的零件，该方法包括编织多个编织线(9)，所述编织线(9)包括视觉上可识别的线(3)，所述切割根据由其中所述编织线(9)具有一基准布置的预成形件模来计算的切割轮廓(5)进行，

所述方法包括以下步骤：

-拍摄所述预成形件(1)的图像，

-处理所述图像，以确定所述视觉上可识别的线(3)的布置相对于所述基准布置的偏差，

-根据所述偏差校正所述切割轮廓(5)，以及

-根据经校正的切割轮廓(130)切割所述预成形件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

-所述编织线(9)包括按照所述预成形件(1)的纵轴设置的线，和按照所述预成形件(1)的横轴设置的线，以及

-所述基准布置是其中这些纵向线与这些横向线正交的布置。

3.一种用于通过切割机(4)来切割预成形件(1)的方法，该预成形件(1)用于制造涡轮机的零件，该方法包括编织多个编织线(9)，所述编织线(9)包括视觉上可识别的线(3)，

所述切割机(4)被调节，以按照一切割轮廓(5)来切割所述预成形件(1)，

所述方法包括以下步骤：

-拍摄所述预成形件(1)的图像，

-处理所述图像，以在所述预成形件(1)的编织中识别至少一个基准点(8)，所述切割机(4)根据此基准点(8)的识别，自动地校正其相对于所述预成形件(1)的位置，以及

-按照所述切割轮廓(5)切割所述预成形件(1)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述基准点(8)对应于视觉上可识别的线(3)的交叉点。

5.一种用于通过切割机(4)来切割预成形件(1)的方法，该预成形件(1)用于制造涡轮机的零件，该方法包括编织多个编织线(9)，所述编织线(9)包括视觉上可识别的线(3)，

所述切割机(4)被调节，以按照一切割轮廓(5)来切割所述预成形件(1)，所述切割轮廓(5)的形状通过假定所述编织线(9)具有一基准布置来计算，

所述方法包括以下步骤：

-按照权利要求3或4所述的步骤，自动地校正所述切割机(4)相对于所述预成形件(1)的定位，以及

-按照权利要求1或2所述的步骤，校正所述切割轮廓(5)。

6.一种用于制造涡轮机的零件的方法，其特征在于，该方法包括根据权利要求1至5中任何一项所述的方法来切割一预成形件的步骤，所述零件选自：风扇叶片、风扇平台、风扇叶片的楔子、喷嘴引导叶片或螺旋桨。