CN112620679A - 航空发动机异形件扩孔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空发动机异形件扩孔装置及方法，底座上固定安装台架，底座中心处安装水平移动单元，水平移动单元上端连接角移动单元，角移动单元上端连接有连接板，连接板上安装有内层模具，内层模具外部安装有损伤构件，损伤构件的扩孔部位穿装有校准工装，校准工装连接至内层模具的预制孔上；第三Z轴直线导轨垂直安装在台架顶端中部，第三Z轴直线导轨下端安装钻头夹头，钻头夹头上夹持扩孔钻头；第一CCD相机及第二CCD相机的光轴呈直角设置且焦点重合于钻头夹头正下方。本发明设计科学合理，采用机器视觉校准损伤异型件的空间姿态和位置，排除人为因素对扩孔质量的影响，提高工作效率，保证扩孔精度。

Description

航空发动机异形件扩孔装置及方法

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，涉及采用机器视觉进行校准和定位的航空发动机扩孔装置，特别涉及一种航空发动机异形件扩孔装置及方法。

背景技术

航空发动机机匣类构件结构复杂，其上布满各种功能孔，用于螺栓紧固和水气油路的导通，在工作过程中经常因烧蚀、磨损等原因产生损伤。为恢复损伤构件的使用性能，局部孔等部位损伤后通常采用扩孔等方式进行机械加工，恢复损伤构件的使用性能。为保证加工后的安装精度，要求扩孔的部位与原始孔位相对应，且孔的倾斜角度不能出现变化。由于航空发动机构件使用后会产生变形，无法对原有孔位置进行精确定位，而且人眼的识别精度最大为0.2mm，无法保证扩孔的定位精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种航空发动机异形件扩孔装置及方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种航空发动机异形件扩孔装置，其特征在于：包括底座、台架、水平移动单元、角位移单元、钻头夹持单元及CCD相机单元，所述底座上固定安装所述台架，所述底座中心处安装所述水平移动单元，所述水平移动单元上端连接所述角移动单元，所述角移动单元上端连接有连接板，所述连接板上安装有内层模具，所述内层模具外部安装有损伤构件，所述损伤构件的扩孔部位穿装有校准工装，所述校准工装连接至所述内层模具的预制孔上；所述钻头夹持单元包括第三Z轴直线导轨、钻头夹头及扩孔钻头，所述第三Z轴直线导轨垂直安装在所述台架顶端中部，所述第三Z轴直线导轨下端安装所述钻头夹头，所述钻头夹头上夹持所述扩孔钻头；所述CCD相机单元包括对称安装于所述台架两端的第一CCD相机及第二CCD相机，所述第一CCD相机及第二CCD相机的光轴呈直角设置且焦点重合于钻头夹头正下方。

而且，所述水平移动单元包括第一Y轴直线导轨及第二X轴直线导轨，第一Y轴直线导轨安装在底座上表面中部，在水平方向前后运动；第二X轴直线导轨安装在第一Y轴直线导轨上，在水平方向左右运动；第一Y轴直线导轨和第二X轴直线导轨运动方向相互垂直，实现损伤构件在水平方向两个维度与扩孔钻头相对位置调节。

而且，所述角位移单元包括第一角位移台及第二角位移台，所述第一角位移台由固定块、滑块及调节螺栓组成，固定块的底面安装在第二X轴直线导轨上，滑块与固定块以转动的方式配合，通过旋拧调节螺栓能够实现滑块在垂直平面上的角度调节，调节方向与第二X轴直线导轨的运动方向呈45°夹角；第二角位移台由固定块、滑块及调节螺栓组成，固定块的底面安装在第一角位移台的滑块顶面上，滑块与固定块以转动的方式配合，通过旋拧调节螺栓能够实现滑块在垂直平面的角度调节，调节方向与第一Y轴直线导轨的运动方向呈45°夹角；第一角位移台和第二角位移台的滑块调节方向互相垂直实现损伤构件在垂直方向两个维度的角度调节。

而且，所述的底座为水平设置的板状结构；台架为由左支撑臂、右支撑臂及连接在两个支撑臂上端的横梁构成的门字形结构，左支撑臂及右支撑臂的下端分别固定在底座的后端两侧部位。

一种航空发动机异形件的扩孔方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

S1、先对未使用过的航空发动机异形件进行3D扫描建模，根据建模结果加工内层模具，在内层模具上加工预制孔，其位置与航空发动机异形件上的孔位置相对应且倾斜角度相同；

S2、将损伤构件清洗后安装在内层模具上，将内层模具上的孔与损伤构件未出现损伤部位相应孔对齐后固定，将校准工装穿过损伤构件上损伤部位的孔固定在内层模具对应孔位上；然后将内层模具固定在航空发动机异形件扩孔装置的连接板上；

S3、调节第一Y轴直线导轨前后移动，第二X轴直线导轨左右移动，直至校准工装位于第一CCD相机和第二CCD相机的焦点处；开启第一CCD相机，通过灰度变化提取校准工装的边界，测量校准工装上两个位置中心点的坐标值，如果两个位置中心点的X＇轴坐标值不重合，旋拧第二角位移台上的调节螺栓直至X＇轴坐标值重合；开启第二CCD相机，通过灰度变化提取校准工装的边界，测量校准工装上两个位置中心点的坐标值，如果两个位置中心点的X＇轴坐标值不重合，旋拧第一角位移台的调节螺栓直至X＇轴坐标值重合；

S4、将校准工装更换为长度较短的工装，使第一Y轴直线导轨前后移动，第二X轴直线导轨左右移动，直至校准工装位于第一CCD相机和第二CCD相机的焦点处；开启第一CCD相机和第二CCD相机，测量扩孔钻头和校准工装的中心点的坐标值，如果两个位置的X＇轴坐标不重合，则扩孔钻头和校准工装不同轴，通过调节第一Y轴直线导轨第二X轴直线导轨，使扩孔钻头和校准工装同轴；

S5、拆除校准工装，使扩孔钻头高速旋转，通过调整第三Z轴直线导轨使扩孔钻头向下运动，直至穿过损伤构件完成扩孔。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明航空发动机异形件扩孔装置及方法，采用机器视觉校准损伤异型件的空间姿态和位置，排除人为因素对扩孔质量的影响，提高工作效率，保证扩孔精度。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明的校准工装垂直校准原理图；

图4为本发明的钻头和校准工装同轴校准原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本发明提供的航空发动机异形件扩孔装置包括底座1、台架2、第一Y轴直线导轨3、第二X轴直线导轨4、第一角位移台5、第二角位移台6、连接板7、第一CCD相机8、扩孔钻头9、钻头夹头10、第三Z轴直线导轨11、校准工装12、损伤构件13、第二CCD相机14、内层模具15。

所述的底座1为水平设置的板状结构；台架2为由左支撑臂、右支撑臂和连接在两个支撑臂上端的横梁构成的门字形结构，两个支撑臂的下端分别固定在底座1的后端两侧部位；第一Y轴直线导轨3安装在底座1上表面中部，在水平方向前后运动；第二X轴直线导轨4安装在第一Y轴直线导轨3上，在水平方向左右运动；第一Y轴直线导轨3和第二X轴直线导轨4运动方向相互垂直，实现损伤构件13在水平方向两个维度与扩孔钻头9相对位置调节。

第一角位移台5由固定块和滑块以及调节螺栓组成，其中固定块的底面安装在第二X轴直线导轨4上，滑块与固定块以转动的方式配合，通过旋拧调节螺栓能够实现滑块在垂直平面上的角度调节，调节方向与第二X轴直线导轨4的运动方向呈45°夹角；第二角位移台6由固定块和滑块以及调节螺栓组成，其中固定块的底面安装在第一角位移台5的滑块顶面上，滑块与固定块以转动的方式配合，通过旋拧调节螺栓能够实现滑块在垂直平面上的角度调节，调节方向与第一Y轴直线导轨3的运动方向呈45°夹角；第一角位移台5和第二角位移台6的滑块调节方向互相垂直，由此实现损伤构件13在垂直方向上两个维度的角度调节。连接板7安装在第二角位移台6滑块的顶面，用于固定安装损伤构件13。

所述的第三Z轴直线导轨11以能够上下移动的方式安装在台架2的顶端中部，垂直设置；钻头夹头10安装在第三Z轴直线导轨11的底端，用于夹持扩孔钻头9。

所述的第一CCD相机8水平安装在台架2的右支撑臂中部；第二CCD相机14水平安装在台架2的左支撑臂中部，并且第一CCD相机8和第二CCD相机14的光轴呈直角设置且焦点重合于钻头夹头10的正下方。

所述的内层模具15安装在连接板7上，损伤构件13安装在内层模具15外部，校准工装12穿过损伤构件13准备扩孔的部位并安装在内层模具15的预制孔上，用于扩孔定位和校准。

本发明的航空发动机异形件扩孔装置进行扩孔的具体操作步骤为：

第一步：先对未使用过的航空发动机异形件进行3D扫描建模，根据建模结果加工内层模具15，在内层模具15上加工预制孔，其位置与航空发动机异形件上的孔位置相对应且倾斜角度相同；

第二步：将损伤构件13清洗后安装在内层模具15上，将内层模具15上的孔与损伤构件13未出现损伤部位相应孔对齐后固定，将校准工装12穿过损伤构件13上损伤部位的孔固定在内层模具15对应孔位上。然后将内层模具15固定在航空发动机异形件扩孔装置的连接板7上；

第三步：如图3所示，调节第一Y轴直线导轨3前后移动，第二X轴直线导轨4左右移动，直至校准工装12位于第一CCD相机8和第二CCD相机14的焦点处。开启第一CCD相机8，通过灰度变化提取校准工装12的边界，测量校准工装12上两个位置中心点的坐标值，如果两个位置中心点的X＇轴坐标值不重合，旋拧第二角位移台6上的调节螺栓直至X＇轴坐标值重合；开启第二CCD相机14，通过灰度变化提取校准工装12的边界，测量校准工装12上两个位置中心点的坐标值，如果两个位置中心点的X＇轴坐标值不重合，旋拧第一角位移台5的调节螺栓直至X＇轴坐标值重合；

第四步：如图4所示，将校准工装12更换为长度较短的工装，使第一Y轴直线导轨3前后移动，第二X轴直线导轨4左右移动，直至校准工装12位于第一CCD相机8和第二CCD相机14的焦点处；开启第一CCD相机8和第二CCD相机14，测量扩孔钻头9和校准工装12的中心点的坐标值，如果两个位置的X＇轴坐标不重合，即扩孔钻头9和校准工装12不同轴，通过调节第一Y轴直线导轨3第二X轴直线导轨4，使扩孔钻头9和校准工装12同轴；

第五步：拆除校准工装12，使扩孔钻头9高速旋转，通过调整第三Z轴直线导轨使扩孔钻头9向下运动，直至穿过损伤构件13完成扩孔。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种航空发动机异形件扩孔装置，其特征在于：包括底座、台架、水平移动单元、角位移单元、钻头夹持单元及CCD相机单元，所述底座上固定安装所述台架，所述底座中心处安装所述水平移动单元，所述水平移动单元上端连接所述角移动单元，所述角移动单元上端连接有连接板，所述连接板上安装有内层模具，所述内层模具外部安装有损伤构件，所述损伤构件的扩孔部位穿装有校准工装，所述校准工装连接至所述内层模具的预制孔上；所述钻头夹持单元包括第三Z轴直线导轨、钻头夹头及扩孔钻头，所述第三Z轴直线导轨垂直安装在所述台架顶端中部，所述第三Z轴直线导轨下端安装所述钻头夹头，所述钻头夹头上夹持所述扩孔钻头；所述CCD相机单元包括对称安装于所述台架两端的第一CCD相机及第二CCD相机，所述第一CCD相机及第二CCD相机的光轴呈直角设置且焦点重合于钻头夹头正下方。

2.根据权利特征1所述的航空发动机异形件扩孔装置，其特征在于：所述水平移动单元包括第一Y轴直线导轨及第二X轴直线导轨，第一Y轴直线导轨安装在底座上表面中部，在水平方向前后运动；第二X轴直线导轨安装在第一Y轴直线导轨上，在水平方向左右运动；第一Y轴直线导轨和第二X轴直线导轨运动方向相互垂直，实现损伤构件在水平方向两个维度与扩孔钻头相对位置调节。

3.根据权利特征1或2所述的航空发动机异形件扩孔装置，其特征在于：所述角位移单元包括第一角位移台及第二角位移台，所述第一角位移台由固定块、滑块及调节螺栓组成，固定块的底面安装在第二X轴直线导轨上，滑块与固定块以转动的方式配合，通过旋拧调节螺栓能够实现滑块在垂直平面上的角度调节，调节方向与第二X轴直线导轨的运动方向呈45°夹角；第二角位移台由固定块、滑块及调节螺栓组成，固定块的底面安装在第一角位移台的滑块顶面上，滑块与固定块以转动的方式配合，通过旋拧调节螺栓能够实现滑块在垂直平面的角度调节，调节方向与第一Y轴直线导轨的运动方向呈45°夹角；第一角位移台和第二角位移台的滑块调节方向互相垂直实现损伤构件在垂直方向两个维度的角度调节。

4.根据权利特征1所述的航空发动机异形件扩孔装置，其特征在于：所述的底座为水平设置的板状结构；台架为由左支撑臂、右支撑臂及连接在两个支撑臂上端的横梁构成的门字形结构，左支撑臂及右支撑臂的下端分别固定在底座的后端两侧部位。

5.根据权利要求1～4所述的航空发动机异形件的扩孔方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

S1、先对未使用过的航空发动机异形件进行3D扫描建模，根据建模结果加工内层模具，在内层模具上加工预制孔，其位置与航空发动机异形件上的孔位置相对应且倾斜角度相同；

S2、将损伤构件清洗后安装在内层模具上，将内层模具上的孔与损伤构件未出现损伤部位相应孔对齐后固定，将校准工装穿过损伤构件上损伤部位的孔固定在内层模具对应孔位上；然后将内层模具固定在航空发动机异形件扩孔装置的连接板上；

S3、调节第一Y轴直线导轨前后移动，第二X轴直线导轨左右移动，直至校准工装位于第一CCD相机和第二CCD相机的焦点处；开启第一CCD相机，通过灰度变化提取校准工装的边界，测量校准工装上两个位置中心点的坐标值，如果两个位置中心点的X＇轴坐标值不重合，旋拧第二角位移台上的调节螺栓直至X＇轴坐标值重合；开启第二CCD相机，通过灰度变化提取校准工装的边界，测量校准工装上两个位置中心点的坐标值，如果两个位置中心点的X＇轴坐标值不重合，旋拧第一角位移台的调节螺栓直至X＇轴坐标值重合；

S4、将校准工装更换为长度较短的工装，使第一Y轴直线导轨前后移动，第二X轴直线导轨左右移动，直至校准工装位于第一CCD相机和第二CCD相机的焦点处；开启第一CCD相机和第二CCD相机，测量扩孔钻头和校准工装的中心点的坐标值，如果两个位置的X＇轴坐标不重合，则扩孔钻头和校准工装不同轴，通过调节第一Y轴直线导轨第二X轴直线导轨，使扩孔钻头和校准工装同轴；

S5、拆除校准工装，使扩孔钻头高速旋转，通过调整第三Z轴直线导轨使扩孔钻头向下运动，直至穿过损伤构件完成扩孔。

Images