CN112816061A - 一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法 - Google Patents

一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法，所述检测装置包括检测工作台和固定设置在所述检测工作台上方的刚性桥架，所述检测工作台上设置有数控分度盘，所述数控分度盘上安装有用于装夹涡轮的三爪自定心卡盘，所述刚性桥架上向下竖立设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的伸缩杆下端连接有一用于拨动涡轮叶片的拨片机械手，所述检测工作台上固定有朝向涡轮叶片的声音传感器，所述数控分度盘、第一电动推杆和声音传感器分别连接控制系统。本发明实现了涡轮叶片固有频率检测的自动化作业，并提高了涡轮叶片固有频率检测的精度和可靠性。

Description

一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及涡轮叶片固有频率检测技术领域，具体涉及一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法。
背景技术
涡轮的精密铸造常采用失蜡浇注技术，具体是先制作与金属涡轮毛坯形状相同的涡轮蜡模，然后在涡轮蜡模的外表面涂上一层耐火的复合砂浆料，经干燥后涡轮蜡模表面形成一层耐火的砂浆壳体，壳体放到炉内烧结脱蜡，壳体内蜡料被烧掉，留下硬化的模壳作为浇注模具，将金属熔融后浇入模壳内冷却固化，去除砂浆壳体，即形成金属涡轮。
对于一些有特殊要求的涡轮，其在精密铸造后，需要对涡轮叶片进行固有频率测试，以保证最终的成品涡轮的性能。
现有技术中，叶片固有频率测试的一种方法是采用人工激振法，例如CN102538950A公开了一种发动机零部件固有频率的声学测试方法，具体是操作者手持锤子敲击叶片，使得涡轮叶片受激振动，然后采用声波传感器拾取被测叶片发出的声波，声波依次经过前置放大器、信号采集处理器，最终，由计算机输出被测零部件的各阶频率。该方法具有操作简单，测试频带宽，测试结果精确等优点。
但是，上述叶片固有频率测试也存在以下不足：
一是叶片的激振是采用人工敲击法，容易导致敲击位置的不一致和敲击力量的不一致，从而影响到测量的精度和可靠性。而且，对于较薄的叶片容易导致因敲击力量过大而使得叶片变形而损伤叶片，对于较厚的叶片容易导致因敲击力量过小而无法有效使得叶片起振，由此同样影响了测量的精度和可靠性。
二是测试容易受到外界声音环境的干扰，从而影响到测量的精度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法，旨在实现涡轮叶片固有频率检测的自动化作业，并提高涡轮叶片固有频率检测的精度和可靠性。具体的技术方案如下：
一种涡轮叶片固有频率检测装置，包括检测工作台和固定设置在所述检测工作台上方的刚性桥架，所述检测工作台上设置有数控分度盘，所述数控分度盘上安装有用于装夹涡轮的三爪自定心卡盘，所述刚性桥架上向下竖立设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的伸缩杆下端连接有一用于拨动涡轮叶片的拨片机械手，所述检测工作台上固定有朝向涡轮叶片的声音传感器，所述数控分度盘、第一电动推杆和声音传感器分别连接控制系统。
本发明中，所述拨片机械手包括通过第一铰轴转动连接在所述第一电动推杆的伸缩杆下端的顶压连杆、通过第二铰轴转动设置在所述顶压连杆下端的拨片滚轮，所述第一电动推杆的伸缩杆的一侧固定连接有一推杆座，所述推杆座上安装有第二电动推杆，所述第二电动推杆的伸缩杆前端通过第三铰轴转动连接有一拨片连杆，所述拨片连杆与所述顶压连杆之间通过第四铰轴转动连接。
其中，所述第一电动推杆的驱动电机为步进电机，所述第一电动推杆的伸缩杆上设置有压力传感器。
作为本发明的进一步改进，所述第一电动推杆的伸缩杆上还连接有一在检测时用于屏蔽外界声音干扰的声音屏蔽罩装置；所述声音屏蔽罩装置包括连接在所述第一电动推杆的伸缩杆上的声音屏蔽弹性罩壳，所述拨片机械手位于所述声音屏蔽弹性罩壳之内。
优选的，所述压力传感器在所述第一电动推杆的伸缩杆上位于所述声音屏蔽弹性罩壳与所述第一电动推杆的伸缩杆之间的连接部以下的位置。
本发明中，所述声音屏蔽弹性罩壳的上端设置有固定板，所述声音屏蔽弹性罩壳通过所述固定板与所述第一电动推杆的伸缩杆相连接；所述固定板上向上竖立设置有若干数量导向柱，所述刚性桥架上设置有若干数量的导向孔，所述导向柱移动插入于所述导向孔中从而实现所述声音屏蔽弹性罩壳上下移动时的导向作用。
优选的，所述检测工作台上还设置有一环形座圈，所述环形座圈的上端面开设有环形槽，所述环形槽内设置有隔音液体，所述声音屏蔽弹性罩壳的下端插入于所述隔音液体内并与所述环形槽的槽底相接触。
优选的，所述检测工作台上设置有用于调整涡轮叶片起始安装角度的可调角铁，所述数控分度盘固定在所述可调角铁上以实现涡轮叶片角度的调整；所述检测工作台上设置有导轨，所述可调角铁移动设置在所述导轨上以实现装夹在所述三爪自定心卡盘上的涡轮位置的横向调整。
一种涡轮叶片固有频率检测装置的检测方法，包括如下步骤：
(1)涡轮安装：第一电动推杆的伸缩杆上升，带动声音屏蔽弹性罩壳向上打开，再将涡轮装夹定位到三爪自定心卡盘上，然后第一电动推杆的伸缩杆下移，带动声音屏蔽弹性罩壳向下关闭，将数控分度盘、三爪自定心卡盘、涡轮和声音传感器弹性罩住在所述检测工作台上；
(2)机械手拨片：第一电动推杆继续下移，使得拨片机械手上的拨片滚轮顶住所述涡轮叶片，当控制系统通过压力传感器检测到拨片滚轮对于涡轮叶片的顶压力达到设定值时，第二电动推杆的伸缩杆带动拨片连杆动作，将拨片滚轮迅速移离涡轮叶片，从而完成拨片机械手的拨片动作，使得涡轮叶片产生受激振动；
(3)声波采集及分析：涡轮叶片的受激振动通过声音向周围扩散，声音传感器采集涡轮叶片发出的声音，控制系统根据所述声音传感器采集到的声音频率信号，经处理后获得涡轮叶片的固有频率。
(4)逐片检测：涡轮的一片叶片检测完成后，依次将第一电动推杆和第二电动推杆复位，然后数控分度盘动作，将涡轮转过一角度，重复步骤(2)至步骤(3)，进行下一个叶片的固有频率检测，直至同一涡轮上所有叶片的固有频率检测完毕。
优选的，所述步骤(2)的机械手拨片中，综合考虑拨片滚轮对于涡轮叶片的顶压力和拨片滚轮对于涡轮叶片的下压量，使得所述拨片滚轮对于涡轮叶片的顶压力和拨片滚轮对于涡轮叶片的下压量均控制在预先设定的范围之内。
其中，当压力传感器检测到拨片滚轮刚接触到叶片时，所述控制系统通过所述第一电动推杆的步进电机控制拨片滚轮的顶压力和下压量均控制在预先设定的范围之内。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法，特殊设计的拨片机械手通过压力传感器精确控制拨动叶片的操作力，其克服了人工敲击法导致的敲击位置不一致和敲击力量不一致的弊端，由此提高涡轮叶片固有频率检测的精度和可靠性。
第二，本发明的一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法，配置有数控分度盘，其与拨片机械手相互协同配合，实现了涡轮叶片固有频率检测的自动化作业，检测效率高。
第三，本发明的一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法，设置有声音屏蔽罩装置，能够有效屏蔽外界声音环境的干扰，从而提高叶片固有频率检测的精度和可靠性。
第四，本发明的一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法，数控分度盘上设置有可调角铁，在涡轮叶片安装时可通过可调角铁调整叶片的倾斜度，从而与拨片机械手形成良好的配合，达到最佳的涡轮叶片受激振动效果。
第五，本发明的一种涡轮叶片固有频率检测装置及检测方法，拨动涡轮叶片的操作力和叶片变形完全受控，由此克服了现有技术中因叶片较薄、敲击力量过大而使得叶片变形的弊端，也克服了现有技术中因叶片较厚、敲击力量过小而导致叶片不易起振的弊端。
附图说明
图1是本发明的一种涡轮叶片固有频率检测装置的结构示意图；
图2是图1的局部放大视图。
图中：1、检测工作台，2、刚性桥架，3、数控分度盘，4、三爪自定心卡盘，5、第一电动推杆，6、拨片机械手，7、声音传感器，8、第一铰轴，9、顶压连杆，10、第二铰轴，11、拨片滚轮，12、推杆座，13、第二电动推杆，14、第三铰轴，15、拨片连杆，16、第四铰轴，17、压力传感器，18、声音屏蔽弹性罩壳，19、固定板，20、导向柱，21、环形座圈，22、环形槽，23、隔音液体，24、可调角铁，25、导轨，26、涡轮，27、涡轮叶片。
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作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至2所示为本发明的一种涡轮叶片固有频率检测装置的实施例，包括检测工作台1和固定设置在所述检测工作台1上方的刚性桥架2，所述检测工作台1上设置有数控分度盘3，所述数控分度盘3上安装有用于装夹涡轮26的三爪自定心卡盘4，所述刚性桥架2上向下竖立设置有第一电动推杆5，所述第一电动推杆5的伸缩杆下端连接有一用于拨动涡轮叶片27的拨片机械手，所述检测工作台1上固定有朝向涡轮叶片27的声音传感器7，所述数控分度盘3、第一电动推杆5和声音传感器7分别连接控制系统。
本实施例中，所述拨片机械手包括通过第一铰轴8转动连接在所述第一电动推杆5的伸缩杆下端的顶压连杆9、通过第二铰轴10转动设置在所述顶压连杆9下端的拨片滚轮11，所述第一电动推杆5的伸缩杆的一侧固定连接有一推杆座12，所述推杆座12上安装有第二电动推杆13，所述第二电动推杆13的伸缩杆前端通过第三铰轴14转动连接有一拨片连杆15，所述拨片连杆15与所述顶压连杆9之间通过第四铰轴16转动连接。
其中，所述第一电动推杆5的驱动电机为步进电机，所述第一电动推杆15的伸缩杆上设置有压力传感器17。
作为本实施例的进一步改进，所述第一电动推杆15的伸缩杆上还连接有一在检测时用于屏蔽外界声音干扰的声音屏蔽罩装置；所述声音屏蔽罩装置包括连接在所述第一电动推杆15的伸缩杆上的声音屏蔽弹性罩壳18，所述拨片机械手位于所述声音屏蔽弹性罩壳18之内。
优选的，所述压力传感器17在所述第一电动推杆5的伸缩杆上位于所述声音屏蔽弹性罩壳18与所述第一电动推杆5的伸缩杆之间的连接部以下的位置。
本实施例中，所述声音屏蔽弹性罩壳18的上端设置有固定板19，所述声音屏蔽弹性罩壳18通过所述固定板19与所述第一电动推杆5的伸缩杆相连接；所述固定板19上向上竖立设置有若干数量导向柱20，所述刚性桥架2上设置有若干数量的导向孔，所述导向柱20移动插入于所述导向孔中从而实现所述声音屏蔽弹性罩壳18上下移动时的导向作用。
优选的，所述检测工作台1上还设置有一环形座圈21，所述环形座圈的上端面开设有环形槽22，所述环形槽22内设置有隔音液体23，所述声音屏蔽弹性罩壳18的下端插入于所述隔音液体23内并与所述环形槽22的槽底相接触。
优选的，所述检测工作台1上设置有用于调整涡轮叶片27起始安装角度的可调角铁24，所述数控分度盘3固定在所述可调角铁24上以实现涡轮叶片角度的调整；所述检测工作台1上设置有导轨25，所述可调角铁24移动设置在所述导轨25上以实现装夹在所述三爪自定心卡盘4上的涡轮26位置的横向调整。
本实施例中，所述声音传感器7采用内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒，工作时声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压，这一电压通过放大，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给控制系统。
实施例2：
一种涡轮叶片固有频率检测装置的检测方法，包括如下步骤：
(1)涡轮安装：第一电动推杆5的伸缩杆上升，带动声音屏蔽弹性罩壳18向上打开，再将涡轮26装夹定位到三爪自定心卡盘4上，然后第一电动推杆5的伸缩杆下移，带动声音屏蔽弹性罩壳18向下关闭，将数控分度盘3、三爪自定心卡盘4、涡轮26和声音传感器7弹性罩住在所述检测工作台1上；
(2)机械手拨片：第一电动推杆5继续下移，使得拨片机械手上的拨片滚轮11顶住所述涡轮叶片27，当控制系统通过压力传感器17检测到拨片滚轮11对于涡轮叶片27的顶压力达到设定值时，第二电动推杆13的伸缩杆带动拨片连杆15动作，将拨片滚11轮迅速移离涡轮叶片27，从而完成拨片机械手的拨片动作，使得涡轮叶片27产生受激振动；
(3)声波采集及分析：涡轮叶片27的受激振动通过声音向周围扩散，声音传感器采集涡轮叶片27发出的声音，控制系统根据所述声音传感器7采集到的声音频率信号，经处理后获得涡轮叶片27的固有频率。
(4)逐片检测：涡轮27的一片叶片检测完成后，依次将第一电动推杆5和第二电动推杆13复位，然后数控分度盘3动作，将涡轮26转过一角度，重复步骤(2)至步骤(3)，进行下一个叶片的固有频率检测，直至同一涡轮26上所有叶片的固有频率检测完毕。
优选的，所述步骤(2)的机械手拨片中，综合考虑拨片滚轮11对于涡轮叶片27的顶压力和拨片滚轮11对于涡轮叶片27的下压量，使得所述拨片滚轮11对于涡轮叶27片的顶压力和拨片滚轮11对于涡轮叶片27的下压量均控制在预先设定的范围之内。
其中，当压力传感器17检测到拨片滚轮11刚接触到叶片时，所述控制系统通过所述第一电动推杆5的步进电机控制拨片滚轮11的顶压力和下压量均控制在预先设定的范围之内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种涡轮叶片固有频率检测装置，其特征在于，包括检测工作台和固定设置在所述检测工作台上方的刚性桥架，所述检测工作台上设置有数控分度盘，所述数控分度盘上安装有用于装夹涡轮的三爪自定心卡盘，所述刚性桥架上向下竖立设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的伸缩杆下端连接有一用于拨动涡轮叶片的拨片机械手，所述检测工作台上固定有朝向涡轮叶片的声音传感器，所述数控分度盘、第一电动推杆和声音传感器分别连接控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片固有频率检测装置，其特征在于，所述拨片机械手包括通过第一铰轴转动连接在所述第一电动推杆的伸缩杆下端的顶压连杆、通过第二铰轴转动设置在所述顶压连杆下端的拨片滚轮，所述第一电动推杆的伸缩杆的一侧固定连接有一推杆座，所述推杆座上安装有第二电动推杆，所述第二电动推杆的伸缩杆前端通过第三铰轴转动连接有一拨片连杆，所述拨片连杆与所述顶压连杆之间通过第四铰轴转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮叶片固有频率检测装置，其特征在于，所述第一电动推杆的驱动电机为步进电机，所述第一电动推杆的伸缩杆上设置有压力传感器。
4.根据权利要求3所述的一种涡轮叶片固有频率检测装置，其特征在于，所述第一电动推杆的伸缩杆上还连接有一在检测时用于屏蔽外界声音干扰的声音屏蔽罩装置；所述声音屏蔽罩装置包括连接在所述第一电动推杆的伸缩杆上的声音屏蔽弹性罩壳，所述拨片机械手位于所述声音屏蔽弹性罩壳之内。
5.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片固有频率检测装置，其特征在于，所述压力传感器在所述第一电动推杆的伸缩杆上位于所述声音屏蔽弹性罩壳与所述第一电动推杆的伸缩杆之间的连接部以下的位置。
6.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片固有频率检测装置，其特征在于，所述声音屏蔽弹性罩壳的上端设置有固定板，所述声音屏蔽弹性罩壳通过所述固定板与所述第一电动推杆的伸缩杆相连接；所述固定板上向上竖立设置有若干数量导向柱，所述刚性桥架上设置有若干数量的导向孔，所述导向柱移动插入于所述导向孔中从而实现所述声音屏蔽弹性罩壳上下移动时的导向作用。
7.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片固有频率检测装置，其特征在于，所述检测工作台上还设置有一环形座圈，所述环形座圈的上端面开设有环形槽，所述环形槽内设置有隔音液体，所述声音屏蔽弹性罩壳的下端插入于所述隔音液体内并与所述环形槽的槽底相接触。
8.根据权利要求7所述的一种涡轮叶片固有频率检测装置，其特征在于，所述检测工作台上设置有用于调整涡轮叶片起始安装角度的可调角铁，所述数控分度盘固定在所述可调角铁上以实现涡轮叶片角度的调整；所述检测工作台上设置有导轨，所述可调角铁移动设置在所述导轨上以实现装夹在所述三爪自定心卡盘上的涡轮位置的横向调整。
9.一种采用权利要求1至8中任一项所述的涡轮叶片固有频率检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)涡轮安装：第一电动推杆的伸缩杆上升，带动声音屏蔽弹性罩壳向上打开，再将涡轮装夹定位到三爪自定心卡盘上，然后第一电动推杆的伸缩杆下移，带动声音屏蔽弹性罩壳向下关闭，将数控分度盘、三爪自定心卡盘、涡轮和声音传感器弹性罩住在所述检测工作台上；
(2)机械手拨片：第一电动推杆继续下移，使得拨片机械手上的拨片滚轮顶住所述涡轮叶片，当控制系统通过压力传感器检测到拨片滚轮对于涡轮叶片的顶压力达到设定值时，第二电动推杆的伸缩杆带动拨片连杆动作，将拨片滚轮迅速移离涡轮叶片，从而完成拨片机械手的拨片动作，使得涡轮叶片产生受激振动；
(3)声波采集及分析：涡轮叶片的受激振动通过声音向周围扩散，声音传感器采集涡轮叶片发出的声音，控制系统根据所述声音传感器采集到的声音频率信号，经处理后获得涡轮叶片的固有频率。
(4)逐片检测：涡轮的一片叶片检测完成后，依次将第一电动推杆和第二电动推杆复位，然后数控分度盘动作，将涡轮转过一角度，重复步骤(2)至步骤(3)，进行下一个叶片的固有频率检测，直至同一涡轮上所有叶片的固有频率检测完毕。
10.根据权利要求9所述的一种涡轮叶片固有频率检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)的机械手拨片中，综合考虑拨片滚轮对于涡轮叶片的顶压力和拨片滚轮对于涡轮叶片的下压量，使得所述拨片滚轮对于涡轮叶片的顶压力和拨片滚轮对于涡轮叶片的下压量均控制在预先设定的范围之内。
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