CN104992217A - 孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，包括驱动电机、主控装置、驱动控制装置、光栅式角位移传感器、电源和手持控制器；手持控制器能够在检查人员的操作下向主控装置发出检查量设置、驱动电机控制和复位指令。本发明能通过手持控制器发出检查量设置指令，以设定当次孔探检查中受检查航空发动机转轴所要转过的目标角位移；在检查过程中通过操作手持控制器发出驱动电机控制指令，检查人员能够按需要控制驱动电机的转轴以相应的角速度正转、反转以及停止转动；当检查人员控制驱动电机的转轴转过的实时转动角位移达到目标角位移时，主控装置向手持控制器发出提示信号，提醒检查人员已经达到检查目标，避免漏检和重复检查。

Description

孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统

技术领域

本发明涉及一种孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统。

背景技术

航空发动机的转子叶片需要进行孔探检查以发现运行中的损伤状况。孔探检查是无损探伤的一种，是用内窥镜通过发动机上的固定开孔对发动机内部进行检查的一种方式。

在孔探检查过程中，检查人员需要驱动发动机的转子旋转来实现对整圈叶片的全面检查。驱动发动机转子旋转的方式可以是机械的驱动也可以是人工转动，但无论以何种方式实现都需要让检查人员掌握发动机转子与其自身的相对位置，以保证检查是完整的，不会漏检，也不会多检而出现不必要的重复工作。

航空发动机转子由多级转子串联而成，对于一台航空发动机而言，其各级转子所具有的叶片数量也不尽相同。要实现这些叶片的计数，现有技术中一般采用等线速的算法，即对每级叶片单个计数，比如说第一级是38个叶片，数38为一圈，第8级80个叶片，数80为一圈。这种方法虽然能保证每个叶片通过内窥镜镜头时的运行速度都是平均的，但因为不同的发动机不同的级数都需要区别对待，其对自动程序的要求比较高；并且，其程序量很大，需要考虑的变量和选项很多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：所述的航空发动机转子等角速驱动计数系统包括驱动电机、主控装置、驱动控制装置、光栅式角位移传感器、电源和手持控制器；

所述驱动电机的驱动轴通过连接机构与受检查航空发动机的转轴联接，主控装置设有驱动控制信号输出口、传感信号输入口和手持控制器连接I/O口，主控装置的驱动控制信号输出口通过驱动控制装置与驱动电机的控制端电连接，光栅式角位移传感器安装在驱动电机的驱动轴上，光栅式角位移传感器的信号输出端与主控装置的传感信号输入口电连接，主控装置的手持控制器连接I/O口与手持控制器电连接，电源为主控装置和驱动控制装置供电；

所述手持控制器能够在检查人员的操作下向所述主控装置发出检查量设置指令、驱动电机控制指令和复位指令；

所述主控装置设有数据库、驱动单元、脉冲计数单元和提示单元；

所述数据库，记录有受检查航空发动机的转轴与所述驱动电机的驱动轴之间的传动比；

所述驱动单元，能够在主控装置接收到所述手持控制器发出的驱动电机控制指令时，通过所述驱动控制信号输出口输出相应的驱动控制信号，使得所述驱动控制装置依据该控制信号输出口输出的驱动控制信号控制所述驱动电机动作；

所述脉冲计数单元，能够对主控装置的传感信号输入口所接收到的脉冲进行计数，并依据实时计数结果和所述数据库中记录的受检查航空发动机的转轴与所述驱动电机的驱动轴之间的传动比，计算出受检查航空发动机转轴的实时转动角位移，并且，能够在主控装置接收到复位指令时对实时计数结果进行清零；

所述提示单元，能够将所述脉冲计数单元计算出的受检查航空发动机转轴实时转动角位移与所述手持控制器发出的检查量设置指令所设定的目标角位移进行比较，并在比较结果为两者一致时通过所述手持控制器连接I/O口向所述手持控制器发出提示信号。

为了便于对存在损伤的受检查航空发动机叶片进行定位，作为本发明的一种改进，所述手持控制器还能够在检查人员的操作下向所述主控装置发出角位移记录指令和角位移定位指令；

所述主控装置还设有叶片定位记录单元；

所述叶片定位记录单元，能够在主控装置接收到所述角位移记录指令时，从所述脉冲计数单元调取出受检查航空发动机转轴当前的实时转动角位移并记录保存下来，并且，能够在主控装置接收到所述角位移定位指令时，通过所述驱动单元控制所述驱动电机的驱动轴转动相应的角位移，使得受检查航空发动机的转轴转动到主控装置接收到所述角位移记录指令时所在的位置。

为了能够调节脉冲计数单元对主控装置的传感信号输入口所接收到的脉冲进行计数的频率，以便于以合适的受检查航空发动机转轴实时转动角位移精度对受检查航空发动机的叶片进行定位，以防止该实时转动角位移精度过低造成叶片定位不准确、过高造成主控装置的计算量太大，作为本发明的一种改进，所述手持控制器还能够在检查人员的操作下向所述主控装置发出脉冲计数频率设置指令；

所述脉冲计数单元，能够对主控装置的传感信号输入口所接收到的脉冲按所述脉冲计数频率设置指令所设定的计数频率进行计数。

作为本发明的优选实施方式，所述驱动电机控制指令包括正转控制指令、反转控制指令、角速度控制指令和停止转动控制指令，所述驱动电机受所述驱动控制装置驱动的动作包括驱动电机的转轴以相应的角速度正转、反转以及停止转动。

作为本发明的优选实施方式，所述的电源为吕聚合物电池。

作为本发明的优选实施方式，所述的驱动电机为步进电机，所述驱动控制装置包括继电器模块和PWM模块；所述主控装置的驱动控制信号输出口依次通过继电器模块和PWM模块与驱动电机的控制端电连接，所述主控装置的驱动控制信号输出口输出的驱动控制信号通过继电器模块控制所述驱动电机通断电、并通过PWM模块产生用于控制所述驱动电机转动方向和转动角速度的PWM信号。

为了防止驱动电机输出过大的扭矩而对航空发电机造成损坏，作为本发明的一种优选实施方式，所述的驱动控制装置还包括限流电路；限流电路连接在所述继电器模块与PWM模块之间。

作为本发明的优选实施方式，所述手持控制器还能够在检查人员的操作下向所述主控装置发出航空发动机型号选择指令；

所述数据库，记录有包括受检查航空发动机在内的多种型号航空发动机的转轴与所述驱动电机的驱动轴之间的传动比；

所述脉冲计数单元，将所述航空发动机型号选择指令所选定型号对应的航空发动机作为受检查航空发动机。

为了能够及时提醒检查人员检查状态，以便于检查人员盲控完成检查操作，作为本发明的一种实施方式，所述手持控制器设有反馈提示模块，所述手持控制器在接收到所述主控装置发出的提示信号时，通过反馈提示模块向检查人员作出反馈提示，该反馈提示包括震动反馈、声光反馈和显示屏显示反馈中的任意一种或多种。

为了隔绝主控装置、驱动控制装置和电源所产生的静电对航空发动机的危害，提高本系统对使用环境的适应性，作为本发明的优选实施方式，所述的主控装置、驱动控制装置和电源安装在密封的主机外壳内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明能够通过手持控制器能够发出检查量设置指令，以设定当次孔探检查中受检查航空发动机转轴所要转过的目标角位移，从而能够对应不同的检查需求灵活的选择本次检查所需探查的转子叶片数量；并且，在检查人员利用内窥镜对受检查航空发动机的转子叶片进行孔探检查的过程中，通过操作手持控制器发出驱动电机控制指令，检查人员能够按需要控制驱动电机的转轴以相应的角速度正转、反转以及停止转动；而当检查人员控制驱动电机的转轴转过的实时转动角位移达到目标角位移时，主控装置会通过所述手持控制器连接I/O口向手持控制器发出提示信号，从而提醒检查人员已经达到检查量设置指令所设定的检查目标，避免漏检和重复检查；在检查人员需要进行新的一次孔探检查时，通过操作手持控制器发出复位指令，即可将上一次孔探检查的设置清空，检查人员重复上述步骤即可开始进行新的一次检查。

第二，本发明设有叶片定位记录单元，在检查过程中，如果检查人员发现转子的某一片叶片存在损伤或者其它需要记录下来的情况，检查人员可以通过操作手持控制器发出角位移记录指令，使得主控装置记录下该片叶片在对应级转子中的相对位置，此后检查人员则可以继续进行孔探检查，而检查人员在检查过程中或者检查完成后，则可以通过操作手持控制器发出角位移定位指令，快速的对应该片叶片进行定位并控制驱动电机的转轴转动到该片叶片被检查时的位置，以便于进行维修、处理。

第三，本发明还能通过手持控制器发出脉冲计数频率设置指令，以设定当次孔探检查中脉冲计数单元对主控装置传感信号输入口所接收到的脉冲的计数频率，从而能够对应不同级转子相邻叶片之间的角位移量，灵活、准确的选择本次检查中发动机转轴的实时转动角位移精度。

第四，本发明由于采用了等角速算法对各型航空发动机转子进行定位计算，使得计算公式流程得以简化，提高了可靠性，并且小型单片机的应用成为可能，从而降低了系统的能耗，使得本系统能够采用内建电源模块进行供电。

第五，本发明的适用范围广、理论上能支持满足所有型号航空发动机的检查需要，体积小巧便于携带，价格低廉适于广泛推广

第六，本发明能够采用内建的大容量锂聚合物电池，可以满足8小时的续航需要，摆脱外界交流电源的束缚，保证即使发生主电源意外切断也能保存当前运作状态和设定。

第七，本发明简约设计的手持控制器配合优化的驱动程序只向使用者反馈最基本的运行状态，能够随时在运转过程中对驱动电机进行操控，旋钮式操控界面可以让使用者不必注视就能通过盲控完成操作。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统的系统框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，包括驱动电机、主控装置、驱动控制装置、光栅式角位移传感器、电源和手持控制器。

上述驱动电机的驱动轴通过连接机构与受检查航空发动机的转轴联接，主控装置设有驱动控制信号输出口、传感信号输入口和手持控制器连接I/O口，主控装置的驱动控制信号输出口通过驱动控制装置与驱动电机的控制端电连接，光栅式角位移传感器安装在驱动电机的驱动轴上，光栅式角位移传感器的信号输出端与主控装置的传感信号输入口电连接，主控装置的手持控制器连接I/O口与手持控制器电连接，电源为主控装置和驱动控制装置供电。

其中，上述电源优选采用吕聚合物电池；主控装置、驱动控制装置和电源安装在密封的主机外壳内，以隔绝它们所产生的静电对航空发动机的危害；上述驱动电机优选法采用步进电机，相应的，上述驱动控制装置包括继电器模块、限流电路和PWM模块；主控装置的驱动控制信号输出口依次通过继电器模块、限流电路和PWM模块与驱动电机的控制端电连接，主控装置的驱动控制信号输出口输出的驱动控制信号通过继电器模块控制驱动电机通断电、并通过PWM模块产生用于控制驱动电机转动方向和转动角速度的PWM信号。

上述手持控制器能够在检查人员的操作下向主控装置发出航空发动机型号选择指令、检查量设置指令、驱动电机控制指令、复位指令、角位移记录指令、角位移定位指令和脉冲计数频率设置指令，其中，驱动电机控制指令包括正转控制指令、反转控制指令、角速度控制指令和停止转动控制指令。

上述主控装置设有数据库、驱动单元、脉冲计数单元、提示单元和叶片定位记录单元，其中：

数据库，记录有包括受检查航空发动机在内的多种型号航空发动机的转轴与所述驱动电机的驱动轴之间的传动比；

驱动单元，能够在主控装置接收到手持控制器发出的驱动电机控制指令时，通过驱动控制信号输出口输出相应的驱动控制信号，使得驱动控制装置依据该控制信号输出口输出的驱动控制信号控制驱动电机动作，包括控制驱动电机以相应的角速度正转、反转以及停止转动；

脉冲计数单元，能够对主控装置的传感信号输入口所接收到的脉冲按脉冲计数频率设置指令所设定的计数频率进行计数，将航空发动机型号选择指令所选定型号对应的航空发动机作为受检查航空发动机，并依据实时计数结果和数据库中记录的受检查航空发动机的转轴与驱动电机的驱动轴之间的传动比，计算出受检查航空发动机转轴的实时转动角位移，并且，能够在主控装置接收到复位指令时对实时计数结果进行清零；

提示单元，能够将脉冲计数单元计算出的受检查航空发动机转轴实时转动角位移与手持控制器发出的检查量设置指令所设定的目标角位移进行比较，并在比较结果为两者一致时通过手持控制器连接I/O口向手持控制器发出提示信号；

叶片定位记录单元，能够在主控装置接收到角位移记录指令时，从脉冲计数单元调取出受检查航空发动机转轴当前的实时转动角位移并记录保存下来，并且，能够在主控装置接收到角位移定位指令时，通过驱动单元控制驱动电机的驱动轴转动相应的角位移，使得受检查航空发动机的转轴转动到主控装置接收到角位移记录指令时所在的位置。

上述手持控制器设有反馈提示模块，手持控制器在接收到主控装置发出的提示信号时，通过反馈提示模块向检查人员作出反馈提示，该反馈提示包括震动反馈、声光反馈和显示屏显示反馈中的任意一种或多种，从而能够及时提醒检查人员检查状态，以便于检查人员盲控完成检查操作。

本发明的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统的使用方式如下：

在检查人员利用本驱动计数系统对受检查航空发动机的某一级转子进行孔探检查时，首先，应操作手持控制器发出航空发动机型号选择指令，以选定本次孔探检查中受检查航空发动机的型号，操作手持控制器发出检查量设置指令，以设定本次孔探检查中受检查航空发动机转轴所要转过的目标角位移，从而能够对应不同的检查需求灵活的选择本次检查所需探查的转子叶片数量，以及，操作手持控制器发出脉冲计数频率设置指令，以设定本次孔探检查中脉冲计数单元对主控装置传感信号输入口所接收到的脉冲的计数频率，从而能够对应不同级转子相邻叶片之间的角位移量，灵活、准确的选择本次检查中发动机转轴的实时转动角位移精度；然后，检查人员即可利用内窥镜开始对受检查航空发动机的转子叶片进行孔探检查，通过操作手持控制器发出驱动电机控制指令，包括正转控制指令、反转控制指令、角速度控制指令和停止转动控制指令，检查人员即可在孔探检查过程中按需要控制驱动电机的转轴以相应的角速度正转、反转以及停止转动；在该检查过程中，如果检查人员发现转子的某一片叶片存在损伤或者其它需要记录下来的情况，检查人员可以通过操作手持控制器发出角位移记录指令，使得主控装置记录下该片叶片在对应级转子中的相对位置，此后检查人员则可以继续进行孔探检查，而检查人员在检查过程中或者检查完成后，则可以通过操作手持控制器发出角位移定位指令，快速的对应该片叶片进行定位并控制驱动电机的转轴转动到该片叶片被检查时的位置，以便于进行维修、处理；最后，当检查人员控制驱动电机的转轴转过的实时转动角位移达到目标角位移时，主控装置会通过所述手持控制器连接I/O口向手持控制器发出提示信号，从而提醒检查人员已经达到检查量设置指令所设定的检查目标，避免漏检和重复检查；而在检查人员需要进行新的一次孔探检查时，通过操作手持控制器发出复位指令，即可将上一次孔探检查的设置清空，检查人员重复上述步骤即可开始进行新的一次检查。

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：所述的航空发动机转子等角速驱动计数系统包括驱动电机、主控装置、驱动控制装置、光栅式角位移传感器、电源和手持控制器；

所述驱动电机的驱动轴通过连接机构与受检查航空发动机的转轴联接，主控装置设有驱动控制信号输出口、传感信号输入口和手持控制器连接I/O口，主控装置的驱动控制信号输出口通过驱动控制装置与驱动电机的控制端电连接，光栅式角位移传感器安装在驱动电机的驱动轴上，光栅式角位移传感器的信号输出端与主控装置的传感信号输入口电连接，主控装置的手持控制器连接I/O口与手持控制器电连接，电源为主控装置和驱动控制装置供电；

所述手持控制器能够在检查人员的操作下向所述主控装置发出检查量设置指令、驱动电机控制指令和复位指令；

所述主控装置设有数据库、驱动单元、脉冲计数单元和提示单元；

所述数据库，记录有受检查航空发动机的转轴与所述驱动电机的驱动轴之间的传动比；

所述驱动单元，能够在主控装置接收到所述手持控制器发出的驱动电机控制指令时，通过所述驱动控制信号输出口输出相应的驱动控制信号，使得所述驱动控制装置依据该控制信号输出口输出的驱动控制信号控制所述驱动电机动作；

所述脉冲计数单元，能够对主控装置的传感信号输入口所接收到的脉冲进行计数，并依据实时计数结果和所述数据库中记录的受检查航空发动机的转轴与所述驱动电机的驱动轴之间的传动比，计算出受检查航空发动机转轴的实时转动角位移，并且，能够在主控装置接收到复位指令时对实时计数结果进行清零；

所述提示单元，能够将所述脉冲计数单元计算出的受检查航空发动机转轴实时转动角位移与所述手持控制器发出的检查量设置指令所设定的目标角位移进行比较，并在比较结果为两者一致时通过所述手持控制器连接I/O口向所述手持控制器发出提示信号。

2.根据权利要求1所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：

所述手持控制器还能够在检查人员的操作下向所述主控装置发出角位移记录指令和角位移定位指令；

所述主控装置还设有叶片定位记录单元；

所述叶片定位记录单元，能够在主控装置接收到所述角位移记录指令时，从所述脉冲计数单元调取出受检查航空发动机转轴当前的实时转动角位移并记录保存下来，并且，能够在主控装置接收到所述角位移定位指令时，通过所述驱动单元控制所述驱动电机的驱动轴转动相应的角位移，使得受检查航空发动机的转轴转动到主控装置接收到所述角位移记录指令时所在的位置。

3.根据权利要求2所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：

所述手持控制器还能够在检查人员的操作下向所述主控装置发出脉冲计数频率设置指令；

所述脉冲计数单元，能够对主控装置的传感信号输入口所接收到的脉冲按所述脉冲计数频率设置指令所设定的计数频率进行计数。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：所述驱动电机控制指令包括正转控制指令、反转控制指令、角速度控制指令和停止转动控制指令，所述驱动电机受所述驱动控制装置驱动的动作包括驱动电机的转轴以相应的角速度正转、反转以及停止转动。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：所述的电源为吕聚合物电池。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：所述的驱动电机为步进电机，所述驱动控制装置包括继电器模块和PWM模块；所述主控装置的驱动控制信号输出口依次通过继电器模块和PWM模块与驱动电机的控制端电连接，所述主控装置的驱动控制信号输出口输出的驱动控制信号通过继电器模块控制所述驱动电机通断电、并通过PWM模块产生用于控制所述驱动电机转动方向和转动角速度的PWM信号。

7.根据权利要求6所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：所述的驱动控制装置还包括限流电路；限流电路连接在所述继电器模块与PWM模块之间。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：

所述手持控制器还能够在检查人员的操作下向所述主控装置发出航空发动机型号选择指令；

所述数据库，记录有包括受检查航空发动机在内的多种型号航空发动机的转轴与所述驱动电机的驱动轴之间的传动比；

所述脉冲计数单元，将所述航空发动机型号选择指令所选定型号对应的航空发动机作为受检查航空发动机。

9.根据权利要求1至3任意一项所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：所述手持控制器设有反馈提示模块，所述手持控制器在接收到所述主控装置发出的提示信号时，通过反馈提示模块向检查人员作出反馈提示，该反馈提示包括震动反馈、声光反馈和显示屏显示反馈中的任意一种或多种。

10.根据权利要求1至3任意一项所述的孔探检查用航空发动机转子等角速驱动计数系统，其特征在于：所述的主控装置、驱动控制装置和电源安装在密封的主机外壳内。