CN107167097A - 转角测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种转角测量装置，其包括转接模块、正交反射模块、两组发射接收模块以及两组实时监控模块；转接模块固定连接于航空发动机的待测的截面；正交反射模块包括与转接模块连接的安装台以及可拆卸地安装于安装台上的正交反射镜，正交反射镜具有两个与X轴和Y轴分别垂直的镜面；发射接收模块包括测量激光器、接收框和接收网格，接收网格固定于接收框，测量激光器设置于接收网格，两个接收框分别平行于两个镜面，测量激光器用于向与接收框平行的镜面发射激光；两组实时监控模块分别设置于其中一个接收网格，接收镜面反射的激光并输出激光的坐标。

Description

转角测量装置

技术领域

本发明涉及一种航空发动机在试车台试验中所用到的测量装置，尤其涉及一种对航空发动机沿相互垂直的三个坐标轴转动微小角度进行测量的转角测量装置。

背景技术

航空发动机试车一般位于大型流道试验台内并采用桁架结构支撑发动机，尤其是涡桨、涡扇类发动机一般还是悬臂桁架结构。在试车过程中，发动机受到气流反力产生的扭矩会经过机匣传递到其支撑结构上，故发动机机匣截面以及支撑结构将发生一定的相对平移和偏转。现有技术1中一般多是在发动机机匣某截面处设置一个定位块，然后沿某个方向且距离定位块d处设置一个触发按钮，如果按钮被触发则说明发动机定位块最大移动距离达到了当前位置，再通过设置的距离d与轴向半径R的关系计算该截面的转角，或者是通过位移传感器测量定位块的移动距离d。现有技术2中是在该截面处增加专门的角位移传感器，传感器固定于桁架结构上，测量发动机截面相对桁架的转动角度。现有技术1只能测量该截面沿一个方向的转角，并且不一定能测到沿该方向最大的转动角度，因为需要若干次调整定位块与触发按钮的距离d，如果使用位移传感器能解决精确测量距离d的问题。现有技术2需要额外增加专用角位移传感器，测量截面改变则传感器改动较大，且只能测量相对桁架的转角，一旦截面相对桁架的平动位移过大则测量不准确。另外，两种现有技术只能测量一个方向的转角，且测量结果中包含了发动机被测平面的转动和平动两种效果，无法有效减小测量截面由于平动造成的影响。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种精确测量发动机机匣上任意截面位置相对静止地面绕X，Y，Z三轴转角的转角测量装置。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种转角测量装置，用于测量航空发动机在试车台实验中截面沿相互垂直的XYZ轴的转动角度，其中X轴为水平轴，Y轴为竖直轴，Z轴为水平轴并与所述航空发动机的轴线重合，其特征在于，所述转角测量包括转接模块、正交反射模块、两组发射接收模块以及两组实时监控模块；转接模块固定连接于所述航空发动机的待测的截面；正交反射模块包括与所述转接模块连接的安装台以及可拆卸地安装于所述安装台上的正交反射镜，所述正交反射镜具有两个与X轴和Y轴分别垂直的镜面；所述发射接收模块包括测量激光器、接收框和接收网格，所述接收网格固定于所述接收框，所述测量激光器设置于所述接收网格，两个所述接收框分别平行于两个所述镜面，所述测量激光器用于向与接收框平行的镜面发射激光；两组实时监控模块分别设置于其中一个所述接收网格，接收所述镜面反射的激光并输出激光的坐标。

根据本发明的一实施方式，所述实时监控模块包括设置于接收网格并能够感应激光的激光接收屏幕。

根据本发明的一实施方式，所述实时监控模块包括设置于接收网格的坐标纸以及监控所述坐标纸的摄像机。

根据本发明的一实施方式，所述安装台包括转动调节杆以及XY俯仰调节架，所述转动调节杆包括外套及内杆，所述外套固定于所述转接模块，所述内杆能够在外套内进行伸缩并固定于外套，且内杆与XY俯仰调节架相连并带动XY俯仰调节架绕Z轴转动；所述XY俯仰调节架包括调节架底板、弹簧、固定滚珠以及两个微调螺钉；所述调节架底板与内杆连接；所述弹簧连接正交反射镜与调节架底板；所述固定滚珠设置在正交反射镜与调节架底板之间；两个所述微调螺钉设在调节架底板上并与所述正交反射镜接触。

根据本发明的一实施方式，所述正交反射模块还包括校准反射镜及校准激光器，所述校准反射镜包括与Z轴平行并与水平面呈45度的半反半透镜，所述校准激光器位于校准平面的上方并竖直向下向半反半透镜发射激光，所述半反半透镜使激光分成两束并分别射向两个所述接收网格。

根据本发明的一实施方式，两个所述发射接收模块分别安装于墙壁和地面上。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明转角测量装置，通过光点的距离计算待测截面绕某方向转动角度，采用光杠杆原理将转角放大成两倍，且投射距离和光点移动位移大，因此可以忽略发动机平动位移带来的误差影响，还进一步提高了测量角度灵敏度，提高了准确度。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明一实施方式的转角测量装置的示意图；

图2是图1的转角测量装置在校准时的示意图；

图3是本发明工作原理图；

图4是图1中的安装台的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参见图1至图4，本发明公开了一种转角测量装置，用于测量航空发动机00在试车台实验中截面沿相互垂直的XYZ轴的转动角度，其中X轴为水平轴，Y轴为竖直轴，Z轴为水平轴并与所述航空发动机的轴线重合。本转角测量装置包括转接模块10、正交反射模块20、两组发射接收模块30以及两组实时监控模块40。其中，在图中仅显示一组发射接收模块30和实时监控模块40。

转接模块10固定连接于航空发动机的待测的截面，该转接模块10根据发动机机匣的待测截面的形状而定，一般通过若干处合适的刚性连接至机匣，该转接模块10的质量一般不大，但是要求连接牢固。

正交反射模块20包括与转接模块10连接的安装台以及可拆卸地安装于安装台上的正交反射镜23，正交反射镜23具有两个与X轴和Y轴分别垂直的镜面。该正交反射镜与安装台的连接方式并不限定，只要能够固定连接即可。在本实施方式中，该正交反射镜23与安装台之间是可以调节的，以便对正交反射镜23的角度进行微调。具体而言，在本实施方式中，该安装台包括转动调节杆21及XY俯仰调节架22，转动调节杆包括外套及内杆，所述外套固定于所述转接模块10，所述内杆能够在外套内进行伸缩并固定于外套，且内杆与XY俯仰调节架22相连并带动XY俯仰调节架绕Z轴转动。内杆与外套之间进行固定的具体结构并不限制，可以用紧定螺钉、卡爪、齿轮、蜗轮等机构。

XY俯仰调节架22包括调节架底板221、弹簧224、固定滚珠223以及两个微调螺钉222。调节架底板与内杆连接；所述弹簧连接正交反射镜与调节架底板；所述固定滚珠设置在正交反射镜与调节架底板之间；两个所述微调螺钉设在调节架底板上并与所述正交反射镜接触。微调螺钉222与固定滚珠223

所述发射接收模块30包括测量激光器31、接收框32和接收网格33，所述接收网格33固定于所述接收框32，所述测量激光器31设置于所述接收网格33，两个所述接收框32分别平行于正交反射镜的两个所述镜面，所述测量激光器31用于向与接收框32平行的镜面发射激光。在本实施方式中，两个发射接收模块分别安装在墙壁和地面上。接收框32的四角可固定螺钉，并用螺钉调整对正正交反射模块20。接收网格33由于是网格结构的，因而能够有利于安装激光接收屏幕。

两组实时监控模块40分别设置于其中一个所述接收网格，接收所述镜面反射的激光并输出激光的坐标，实时监控模块的具体结构并不限制。在本实施方式中，实时监控模块40包括设置于接收网格33并能够感应激光的激光接收屏幕41。该激光接收屏幕41能够在感应到激光的位置后，直接输出激光的坐标。该实时监控模块40也可以包括设置于接收网格33的坐标纸以及监控所述坐标纸的摄像机，该摄像机拍摄的图像中可以得到激光的光点在坐标纸中的位置坐标。

由图2可知，本发明实施方式中，正交反射模块还可以进一步包括校准反射镜24及校准激光器25，所述校准反射镜包括与Z轴平行并与水平面呈45度的半反半透镜，所述校准激光器25位于校准平面的上方并竖直向下向半反半透镜发射激光，所述半反半透镜使激光分成两束并分别射向两个所述接收网格。半反半透镜可以在两个接受网格上投射出光点，根据光路可逆原理，这两个光点即为测量激光器的安装位置。测量激光器的安装位置作为原点，可以在实时监控模块的激光接受屏幕或者坐标纸等结构上确定坐标系。坐标系确定后，将校准反射镜24取下并更换为正交反射镜23。

下面以绕着Z轴的转动角度为例，来说明本转角测量装置的使用过程。

航空发动机试车时，待测截面会带动正交反射镜23分别绕X、Y、Z轴发生转动，转角设为α、β、γ，同时也会沿X、Y、Z轴发生平动位移，位移大小为u、v、w。如图3所示，正交反射镜23随待测截面绕Z轴(发动机中心轴)转动角度γ，此时正交反射镜23亦发生偏转角度γ，而反射光束Ⅱ的转角为2γ，在激光接收屏幕41的光点朝Y方向移动距离Y。同时正交反射镜23沿-X轴方向平移位移为u(或者沿-Y轴平移位移v)，则反射光束Ⅱ’朝Y方向移动距离Y1(或者沿-Y轴平移引起的距离Y1’)。其中，L为激光接收屏幕41到正交反射镜23的距离，远远大于截面的平移位移u、v。通过实时监控模块40测量反射光束的移动距离Y可知：

Y＝L·tan2γ≈L·2γ (1)

Y1＝u·tan2γ≈u·2γ (2)

Y1′＝v·tanγ·tan2γ≈v·γ·2γ (3)

由于γ,u,v均为小量，而L＞＞u，v，所以Y＞＞Y1，Y1′，计算转角时，可以忽略Y1，Y1′的造成的误差影响，直接通过式(1)得到待测截面绕Z轴转角γ。其余转角α、β也可通过类似关系得到。

本发明通过光点的距离计算待测截面绕某方向转动角度，采用光杠杆原理将转角放大成两倍，且投射距离L和光点移动位移Y大，因此可以忽略发动机平动位移带来的误差影响，还进一步提高了测量角度灵敏度，提高了准确度。本申请的技术方案避免了现有技术中的

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (6)

1.一种转角测量装置，用于测量航空发动机在试车台实验中截面沿相互垂直的XYZ轴的转动角度，其中X轴为水平轴，Y轴为竖直轴，Z轴为水平轴并与所述航空发动机的轴线重合，其特征在于，所述转角测量包括：

转接模块，固定连接于所述航空发动机的待测的截面；

正交反射模块，包括与所述转接模块连接的安装台以及可拆卸地安装于所述安装台上的正交反射镜，所述正交反射镜具有两个与X轴和Y轴分别垂直的镜面；

两组发射接收模块，所述发射接收模块包括测量激光器、接收框和接收网格，所述接收网格固定于所述接收框，所述测量激光器设置于所述接收网格，两个所述接收框分别平行于两个所述镜面，所述测量激光器用于向与接收框平行的镜面发射激光；

两组实时监控模块，分别设置于其中一个所述接收网格，接收所述镜面反射的激光并输出激光的坐标。

2.根据权利要求1所述的转角测量装置，其特征在于，所述实时监控模块包括设置于接收网格并能够感应激光的激光接收屏幕。

3.根据权利要求1所述的转角测量装置，其特征在于，所述实时监控模块包括设置于接收网格的坐标纸以及监控所述坐标纸的摄像机。

4.根据权利要求1所述的转角测量装置，其特征在于，所述安装台包括转动调节杆以及XY俯仰调节架，所述转动调节杆包括外套及内杆，所述外套固定于所述转接模块，所述内杆能够在外套内进行伸缩并固定于外套，且内杆与XY俯仰调节架相连并带动XY俯仰调节架绕Z轴转动；所述XY俯仰调节架包括调节架底板、弹簧、固定滚珠以及两个微调螺钉；所述调节架底板与内杆连接；所述弹簧连接正交反射镜与调节架底板；所述固定滚珠设置在正交反射镜与调节架底板之间；两个所述微调螺钉设在调节架底板上并与所述正交反射镜接触。

5.根据权利要求1所述的转角测量装置，其特征在于，所述正交反射模块还包括校准反射镜及校准激光器，所述校准反射镜包括与Z轴平行并与水平面呈45度的半反半透镜，所述校准激光器位于校准平面的上方并竖直向下向半反半透镜发射激光，所述半反半透镜使激光分成两束并分别射向两个所述接收网格。

6.根据权利要求1所述的转角测量装置，其特征在于，两个所述发射接收模块分别安装于墙壁和地面上。