CN106312299A - 航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法，包括：(1)焊接支架外形检测，通过三维形貌测量系统测量焊接区域及节点附近的变形量及残余应力；(2)所测数据输入大数据平台，与已有设计结构方案对比，对不同结构焊接节点进行划分，分析各自的变形类型；(3)根据划分的不同类型，计算变形节点区域支架管单元的形状精度误差，确定所需的校形量，规划变形区域校形的先后顺序，确定最佳校形方案；(4)根据最佳校形方案对航空支架变形节点进行校形，通过三维形貌测量仪对校形后的节点进行形状检测，数据输入大数据平台；(5)通过大数据平台对校形效果进行评估，确定是否需二次校形，如需，重复步骤(1)～(3)，逐步逼近，直至达到设计所需的形状精度。

Description

航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法与 装置
技术领域
本发明涉及航空构件制造领域，具体是涉及航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法与装置。
背景技术
航空发动机支架是有空心钢管焊接而得到的空间框架结构，其支架节点在焊接过程母材局部受热不匀，产生了焊接残余应力，引起空间框架结构发生很大的残余变形，形状精度较差，导致发动机支架安装螺栓偏离安装位置，影响了后续的装配。目前在实际工程应用中采用的方法是增大尺寸，然后用机械加工的方式切除多余的变形量，这种方法费时费工，加工一致性差。
目前已有的校形方法是对已变形的工件在适当位置反复施加反向作用力，使工件变形区域受到挤压，产生反向塑性变形，直至达到所需的校形结果。但由于航空发动机支架是复杂的空心管焊接结构，其在焊接完成后存在多种不同类型的变形，且变形程度差异较大。在这些情况下，单纯靠局部或大面积挤压很难获得理想的支架设计形状精度；且校形后的焊接节点局部残余应力较大，不利于工件的稳定性及后续加工，影响支架实际的工作寿命；这样的校形还会改变工件本应具有的几何尺寸，因此不适用于对形状精度要求高且结构复杂的航空发动机支架焊接变形进行校形。
发明内容
针对航空发动机支架节点焊接变形及当前已有校形方法存在的问题，本发明提出了航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法与装置。
航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法与装置，属于航空结构件制造领域。本方法包括：(1)焊接支架外形检测，通过三维形貌测量系统测量焊接区域及节点附近的变形量及残余应力；(2)所测数据输入大数据平台，与已有的设计结构方案进行对比，对不同结构形式的焊接节点进行划分，并分析各自的变形类型；(3)根据划分的不同类型，计算变形节点区域支架管单元的形状精度误差，确定所需的校形量，规划变形区域校形的先后顺序，确定最佳校形方案；(4)根据所述的最佳校形方案对航空支架变形节点进行校形，并通过三维形貌测量仪对校形后的节点进行形状检测，数据输入大数据平台；(5)通过大数据平台对校形效果进行评估，确定是否需二次校形，如需，则重复步骤(1)～(3)，逐步逼近，直至达到设计所需的形状精度，实现航空发动机支架的在线校形形状精度控制。
本发明实现航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的专用装置包括工控机系统1、激光器控制系统2、激光发生器3、光路调控装置4、导光系统5、脉冲激光6、工件系统7、夹具8、多轴联动控制台9、运动控制系统10、三维形貌扫描仪11。所述工件系统包括约束层、能量吸收层、航空发动机支架，所述工作台系统包括沿X、Y、Z方向移动的工作台及固定支架结构的专用夹具。所述运动控制系统直接采用数控系统。运动控制系统控制激光头、工作台，并使激光头、工作台产生运动，通过编制CNC程序，实现工件系统与激光束产生预设的相对移动。
本发明的积极进步效果在于：采用本方法可解决航空发动机支架在焊接制造过程产生残余变形的问题，且与传统校形方法相比，自动化程度高，易于控制，能够满足对形状精度要求较高的工件制造，对校形后的表面能够形成较大的残余压应力层，提高支架实际工作的疲劳寿命。
附图说明
图1为本实施例某航空发动机支架三维示意图；
图2为本实施例航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法流程图；
图3为本实施例航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的装置示意图；
图4为本实施例中航空发动机支架某焊接节点的变形示意图。
其中各附图标记表示如下：1.工控机系统、2.大数据平台、3.激光发生器、4.光路调控装置、5.激光冲击系统、6.流水控制系统、7.工件、8.支架校形专用夹具、9.多轴联动控制台、10.运动控制系统、11.三维形貌检测系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限定本发明的保护范围。
如附图1所示，采用本发明航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法与装置对某航空发动机支架进行校形。
支架在焊接完成后进行热处理，焊缝因残余应力变化出现变形现象，导致支架无法与航空发动机进行安装对接，采用本发明方法，具体包括以下步骤：
焊接支架外形检测，通过三维形貌测量系统测量焊接区域及节点附近的变形量及残余应力；
所测数据输入大数据平台，与已有的设计结构方案进行对比，对不同结构形式的焊接节点进行划分，并分析各自的变形类型；
根据划分的不同类型，计算变形节点区域支架管单元的形状精度误差，确定所需的校形量，规划变形区域校形的先后顺序，确定最佳校形方案；
根据所述的最佳校形方案对航空支架变形节点进行校形，并通过三维形貌测量仪对校形后的节点进行形状检测，数据输入大数据平台；
通过大数据平台对校形效果进行评估，确定是否需二次校形，如需，则重复步骤(1)～(3)，逐步逼近，直至达到设计所需的形状精度，实现航空发动机支架的在线校形形状精度控制。
图2为本实施例一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形方法流程图
图3为一种基于大数据平台的激光喷丸自适应校形装置示意图，包括大数据平台及控制系统1.工控机系统、2.大数据平台、3.激光发生器、4.光路调控装置、5.激光冲击系统、6.流水控制系统、7.工件、8.支架校形专用夹具、9.多轴联动控制台、10.运动控制系统、11.三维形貌检测系统。
所述工件7表面需施加流水约束层，增加激光喷丸校形效果，约束层通过流水控制系统施加；所述多轴联动控制台包括沿X、Y、Z及旋转方向移动的工作台及固定支架的专用夹具8。所述运动控制系统10直接采用数控系统。运动控制系统控制激光头、工作台，并使激光头、工作台产生运动，通过编制CNC程序，实现工件系统与激光束产生预设的相对移动。
航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法与装置的具体实施方式是：三维形貌扫描仪11对航空支架进行整体形貌采集，将所测参数输入大数据平台系统2，与设计模型精度进行对比，确定产生变形的焊接区域，计算不同焊接变形区域的形状精度误差，规划不同区域校形的先后顺序，选择合理的激光喷丸校形参数；将最佳校形方案导入控制系统及激光发生器3，激光发生器根据方案发出的激光，经过光路调控装置4导出激光束5，激光束5穿过由流水控制系统施加的约束层，作用于需校形焊机变形区域表面，使工件产生所需的变形效果，达到校形的效果。其中校形区域表面涂有吸收层保护材料表面，在非激光喷丸区域涂有荧光显影剂，便于三维形貌扫描仪在校形过程中对支架结构数据的采集，并反馈给数据存储系统，便于评价激光喷丸校形效果，实现航空发动机支架激光喷丸校形形状精度的在线控制。
在不脱离本发明精神或必要特性的情况下，可以其它特定形式来体现本发明。应将所述具体实施例各方面仅视为解说性而非限制性。因此，本发明的范畴如随附申请专利范围所示而非如前述说明所示。所有落在申请专利范围的等效意义及范围内的变更应视为落在申请专利范围的范畴内。

Claims (6)

1.一种航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法，该方法包括以下步骤：
(1)焊接支架外形检测，通过三维形貌测量系统测量焊接区域及节点附近的变形量及残余应力；
(2)所测数据输入大数据平台，与已有的设计结构方案进行对比，对不同结构形式的焊接节点进行划分，并分析各自的变形类型；
(3)根据划分的不同类型，计算变形节点区域支架管单元的形状精度误差，确定所需的校形量，规划变形区域校形的先后顺序，确定最佳校形方案；
(4)根据所述的最佳校形方案对航空支架变形节点进行校形，并通过三维形貌测量仪对校形后的节点进行形状检测，数据输入大数据平台；
(5)通过大数据平台对校形效果进行评估，确定是否需二次校形，如需，则重复步骤(1)～(3)，逐步逼近，直至达到设计所需的形状精度，实现航空发动机支架的在线校形形状精度控制。
2.如权利要求1所述的一种航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法，其特征在于，该方法所用专用装置包括1)工控机系统、2)大数据平台、3)激光发生器、4)光路调控装置、5)激光冲击系统、6)流水控制系统、7)工件、8)支架校形专用夹具、9)多轴联动控制台、10)运动控制系统、11)三维形貌检测系统。
3.如权利要求2所述的一种航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法，其特征在于，所述大数据平台由数据采集存储模块、分布式计算架构和云计算模块组成。
4.如权利要求1所述的一种航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法，其特征在于，所述方法步骤(2)、(3)，具体为：在确定了航空支架焊接节点变形量后，与大数据平台中存储模块中已有的变形量进行比对，根据存储模块中已有的变形量与激光喷丸校形参数对应关系，确定最佳校形方案。
5.如权利要求4所述的一种航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法，其特征在于，所述的变形量与激光喷丸校形参数对应关系是通过实验采集获得的。
6.如权利要求1～5任一项所述的一种航空发动机支架激光喷丸校形形状精度在线控制的方法，其特征在于，所述方法能够校正航空发动机支架在焊接过程中的弯曲变形、扭转变形及弯扭复合变形。
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