CN113405517A - 一种航空发动机零件装配方法、装置、系统和工控机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种航空发动机零件装配方法、装置、系统和工控机。该方法包括：在所述承载装置带动待装配零件转动时，控制所述扫描装置对所述待装配零件的装配结合面进行扫描，得到所述装配结合面的表面信息；根据所述表面信息生成并输出装配指导信息，其中，所述装配指导信息用于指示装配对象按照所述装配指导信息对所述待装配零件进行装配。本申请的方法，提高了航空发动机零件装配质量。

Description

一种航空发动机零件装配方法、装置、系统和工控机

技术领域

本申请涉及机械装配技术，尤其涉及一种航空发动机零件装配方法、装置、系统和工控机。

背景技术

在航空发动机零件装配过程中，为了防止叶尖与机匣碰摩擦，同时抑制航空发动机运行过程中的振动问题，需要尽可能的提高各个静子零件间同心度，以及转子零件相对于转子回转轴的对中度。目前，在零件的装配生产过程中均引入了堆叠装配方法，以提高发动机装配效率及质量。

现有技术中的堆叠装配方法大多是以接触式位移传感器作为测量手段，在转台带动零件旋转的过程中，通过接触式位移传感器高精度测量回转零部件装配结合面既定半径圆周上的若干个点。然后以测量的若干个点为依据，拟合出零部件装配结合面的偏心度、垂直度等参数的形位公差，并根据拟合出的形位公差进行装配预测与指导。

然而，由于现有技术中采用固定半径圆周上的点来拟合待的形位公差，而接触式位移传感器能够测量到的装配结合面上的点的数量有限，所以这些测量点不能准确、全面的反映装配结合面的整体表面形貌，导致拟合出的偏心度/垂直度等参数的形位公差也无法反映出表面的不规则形貌，进而造成零件装配质量差的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种航空发动机零件装配方法、装置、系统和工控机，用以解决航空发动机零件装配质量差的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种航空发动机零件装配方法，该方法应用于零件装配系统中的工控机，零件装配系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及工控机，工控机分别与承载装置、扫描装置电连接；该方法包括：

在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息；

根据表面信息生成并输出装配指导信息，其中，装配指导信息用于指示装配对象按照装配指导信息对待装配零件进行装配。

在一种可能的实施方式中，待装配零件包括第一零件和第二零件，表面信息包括第一零件对应的第一表面信息和第二零件对应的第二表面信息，根据表面信息生成并输出装配指导信息，包括：

基于第一表面信息和第二表面信息得到第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度；

将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度；

将目标同轴度对应的相位角度确定为目标相位角度，并将目标相位角度确定为装配指导信息；

输出装配指导信息，以指示装配对象按照装配指导信息对第一零件和第二零件进行装配。

在一种可能的实施方式中，基于第一表面信息和第二表面信息得到第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度，包括：

根据第一表面信息生成第一零件的装配结合面的第一三维表面和第一形位公差平面；

将第一三维表面与第一形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第一三维表面；

根据第二表面信息生成第二零件的装配结合面的第二三维表面和第二形位公差平面；

将第二三维表面与第二形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第二三维表面；

基于对准后的第一三维表面和对准后的第二三维表面对第一零件和第二零件进行结合仿真，得到第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。

在一种可能的实施方式中，在将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度之前，还包括：

将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值最小的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

在一种可能的实施方式中，在将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度之前，还包括：

将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值小于或等于同轴度阈值的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

在一种可能的实施方式中，在输出装配指导信息，以指示装配对象按照装配指导信息对第一零件和第二零件进行装配之后，还包括：

获取第一零件和第二零件装配后的实际同轴度；

若实际同轴度满足指定条件，确定第一零件和第二零件装配完成。

在一种可能的实施方式中，在若实际同轴度满足指定条件，确定第一零件和第二零件装配完成之前，还包括：

若实际同轴度与目标同轴度之间差值在预设范围内，确定实际同轴度满足指定条件。

在一种可能的实施方式中，零件装配系统还包括接触式位移传感器，接触式位移传感器与工控机电连接；在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息，包括：

在承载装置带动待装配零件转动时，控制接触式位移传感器采集待装配零件的装配结合面的基准信息；

控制扫描装置采集的待装配零件的配结合面的扫描信息；

基于基准信息和扫描信息生成装配结合面的表面信息。

在一种可能的实施方式中，承载装置包括调节机构和回转机构，其中，调节机构与回转机构连接，在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息之前，还包括：

控制调节机构将待装配零件调节至与回转机构同轴；

控制回转机构带动待装配零件转动。

第二方面，本申请实施例提供一种航空发动机零件装配装置，该零件装配装置应用于零件装配系统中的工控机，零件装配系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及工控机，工控机分别与承载装置、扫描装置电连接；该零件装配装置包括：

表面信息获取模块，用于在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息；

装配指导信息输出模块，用于根据表面信息生成并输出装配指导信息，其中，装配指导信息用于指示装配对象按照装配指导信息对待装配零件进行装配。

在一种可能的实施方式中，该待装配零件包括第一零件和第二零件，该表面信息包括该第一零件对应的第一表面信息和该第二零件对应的第二表面信息，该装配指导信息输出模块，包括：

同轴度获取单元，基于该第一表面信息和该第二表面信息得到该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。

目标同轴度确定单元，将该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度。

装配指导信息确定单元，用于将该目标同轴度对应的相位角度确定为目标相位角度，并将该目标相位角度确定为装配指导信息。

输出单元，用于输出该装配指导信息，以指示装配对象按照该装配指导信息对该第一零件和该第二零件进行装配。

在一种可能的实施方式中，同轴度获取单元，具体用于根据第一表面信息生成该第一零件的装配结合面的第一三维表面和第一形位公差平面；将该第一三维表面与该第一形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第一三维表面；根据第二表面信息生成该第二零件的装配结合面的第二三维表面和第二形位公差平面；将该第二三维表面与该第二形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第二三维表面；基于该对准后的第一三维表面和该对准后的第二三维表面对该第一零件和该第二零件进行结合仿真，得到该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。

在一种可能的实施方式中，目标同轴度确定单元，具体用于将该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值最小的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

在一种可能的实施方式中，目标同轴度确定单元，具体还用于将该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值小于或等于同轴度阈值的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

在一种可能的实施方式中，该零件装配装置还包括：

实际同轴度获取模块，用于获取该第一零件和该第二零件装配后的实际同轴度。

装配完成确定模块，用于若该实际同轴度满足指定条件，确定该第一零件和该第二零件装配完成。

在一种可能的实施方式中，装配完成确定模块，具体用于若该实际同轴度与该目标同轴度之间差值在预设范围内，确定该实际同轴度满足指定条件。

在一种可能的实施方式中，该零件装配系统还包括接触式位移传感器，该接触式位移传感器与该工控机电连接；该表面信息获取模块，具体用于在该承载装置带动待装配零件转动时，控制该接触式位移传感器采集该待装配零件的装配结合面的基准信息；控制该扫描装置采集的该待装配零件的配结合面的扫描信息；基于该基准信息和该扫描信息生成该装配结合面的表面信息。

在一种可能的实施方式中，该承载装置包括调节机构和回转机构，其中，该调节机构与该回转机构连接，该零件装配装置还包括：

调节控制模块，用于控制该调节机构将待装配零件调节至与该回转机构同轴。

转动控制模块，用于控制该回转机构带动该待装配零件转动。

第三方面，本申请实施例提供一种工控机，工控机设置于零件装配系统中，零件装配系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及工控机，工控机分别与承载装置、扫描装置电连接；工控机包括：存储器和处理器；存储器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，处理器被配置为执行第一方面的方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现第一方面的方法。

第五方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面的方法。

第五方面，本申请实施例提供一种零件装配系统，系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及如第三方面的工控机，工控机分别与承载装置、扫描装置电连接。

本申请实施例提供的航空发动机零件装配方法、装置、系统和工控机，通过在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息，再根据表面信息生成并输出装配指导信息，其中，装配指导信息用于指示装配对象按照装配指导信息对待装配零件进行装配。由于扫描装置扫描对待装配零件的装配结合面进行扫描得到的表面信息可以准确、全面的反映装配结合面的整体表面形貌，所以基于该表面信息生成并输出的装配指导信息能够更准确地指导装配对象进装配，提升了零件装配质量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的零件装配系统的结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的航空发动机零件装配方法的流程图；

图3为本申请另一个实施例提供的航空发动机零件装配方法的流程图；

图4为本申请图3所示实施例中步骤202的流程图；

图5为本申请实施例提供的工控机在进行装配时的仿真示意图；

图6为本申请实施例提供的基于现有技术的装配方法得到仿真结果示意图；

图7为本申请实施例提供的基于本航空发动机零件装配方法得到的仿真结果示意图；

图8为本申请图7所示实施例中步骤206至207的流程图；

图9为本申请实施例提供的航空发动机零件装配装置的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的工控机的框图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

作为一种典型的复杂结构机械产品，航空发动机是由上万个零部件装配组成的。装配质量及效率对于产品的性能、可靠性及生产效率有着重要影响。传统装配工艺无法满足现代先进航空发动机的生产需求，需要通过运用先进装配技术提高航空发动机产品的装配质量与效率。航空发动机装配测试技术是其中的关键技术之一，能够有效的提高装配质量、稳定性及效率，并为发动机提供装配工艺指导。

目前在航空发动机装配过程中，为了防止叶尖与机匣碰摩擦，同时抑制航空发动机运行过程中的振动问题，需要尽可能的提高各个静子零件间同心度，以及转子零件相对于转子回转轴的对中度。采用传统的人工手动测试、经验指导的方法进行发动机装配时，往往会出现装配结果偏差较大的情况，需要多次返工，导致装配成功率低、生产效率低。

对此，国内外高水平航空发动机装配生产过程中均引入了堆叠装配方法，以提高发动机装配效率及质量。在现有发动机堆叠装配方法中，大多是以接触式位移传感器作为测量手段，在转台带动零件旋转的过程中，高精度测量回转零部件装配结合面既定半径圆周上的若干个点，然后以测量的点为依据，拟合出待测表面的偏心度/垂直度等参数的形位公差，并根据拟合出的形位公差进行装配预测与指导。相比于传统手工方法，该发动机堆叠装配方法提高了装配效率及质量。

然而由于仅采用固定半径圆周上的点来计算装配相位，接触式传感能够采集到的装配结合面上的点的数量始终是有限的，这些采集的点不能准确、全面的反映装配结合面的整体表面形貌，拟合出的偏心度/垂直度等参数的形位公差也无法准确反映装配结合面表面的不规则形貌，进而影响对待装配零件的装配质量。因此，现有的发动机堆叠装配方法成功率仍有较大提高空间。

为了解决上述的技术问题，本申请提供一种航空发动机零件装配方法、装置、系统和工控机，能够通过对零部件装配结合面进行表面扫描，得到可以准确、全面反映装配结合面的整体表面形貌的表面信息，再基于该表面信息生成并输出的装配指导信息以指导装配，从而提升了装配质量。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

图1为本申请实施例提供的航空发动机零件装配方法的应用场景图，如图1所示，该应用场景可以为一个零件装配系统中的工控机9，零件装配系统包括承载装置、扫描装置6以及工控机9，工控机9分别与承载装置、扫描装置6电连接。

其中，承载装置具有对待装配零件5提供支撑、回转运动及位置姿态微调等功能。

具体地，该承载装置可以包括堆叠工作台1、回转机构2、调节机构3以及固定机构4。其中，回转机构2可以安装在堆叠工作台1上，调节机构3可以与回转机构2连接，固定机构4可以与调节机构3连接。该固定机构4可以将待装配零件5固定在堆叠工作台1上的可动装置(如回转机构2和调节机构3)，可选地，固定的方式包括夹持固定、卡接固定等。该调节机构3可以调节固定在该固定机构4上的待装配零件5的位置、倾角、姿态等，具体地，调节机构3可以为调心调倾机构。该回转机构2可以依次带动调节机构3、固定机构4以及固定在该固定机构4上的待装配零件5进行转动。

可选地，回转机构2可以带有角度编码器，该角度编码器能够输出堆叠工作台1上的可动部分的回转角度。

可选地，该承载装置还可以包括夹持机构7，该夹持机构7可以设置在堆叠工作台1上，能够负责接触式位移传感器8、扫描装置6等设备的夹持固定与位置调整。

其中，扫描装置6可以为表面形貌扫描装置6，该表面形貌扫描装置6可以由夹持机构7固定，从而让该表面形貌扫描装置6与工作台连接。其中，该表面形貌扫描装置6不会跟随堆叠工作台1上的可动部分运动。夹持机构7能够通过手动调整，使形貌扫描装置6能够到达指定部位。表面形貌扫描转置能够与堆叠工作台1配合，通过线扫描在工件回转的过程中对环状结合面进行连续测量，获得待装配零件5的装配结合面的表面信息，其中，表面信息包括三维形貌特征数据，该扫描装置6可以为三维表面形貌仪。

其中，工控机9可以包括特征数据处理功能，具体用于对测量的数据内容及格式做初步处理，形成标准数据格式；表面形貌重建功能，具体用于根据处理后的标准数据建立测量对象的表面三维模型；表面形位公差拟合功能，具体用于通过表面形貌测量数据，拟合出测量工件的形位公差；标称面与三维形貌的对准功能，具体用于将三维形貌与其对应的三维模型标称面对准，便于预测误差在装配过程中的传递情况；三维形貌接触仿真装配算法，具体用于模拟仿真所测量的三维表面形貌在装配过程中对装配结果的影响；相位优化算法，具体用于根据仿真装配算法的计算结果，对零部件间的装配相位角进行调整，实现对于各个零部件间回转轴同轴度的优化。另外，该工控机9还可以对承载装置进行控制，即对承载装置中的各机构进行控制。

图2为本申请一个实施例提供的航空发动机零件装配方法，该方法可以应用于上述工控机，请参见图2所示，该方法可以包括：

101、在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息。

其中，表面信息可以为包括三维形貌特征数据，具体地，该三维形貌特征数据可以包括面积(空隙率，缺陷密度，磨损轮廓截面积等)、体积(孔深，点蚀，图案化表面、材料表面磨损体积以及球状和环状工件表面磨损体积等)、台阶高度、线与面粗糙度、透明膜厚、薄膜曲率半径以及其它几何参数等测量数据。

作为一种示例，例如现今需要对待装配零件中的第一零件和第二零件进行堆叠装配。可以将两个待装配零件中的其中一个待装配零件通过固定装置固定，并且调节夹持机构，使形扫描装置能够扫描到该待装配零件的装配结合面。然后工控机可以控制承载装置中的回转机构带动该待装配零件按照指定速率匀速转动。在承载装置带动待装配零件转动时，工控机可以控制扫描装置对该待装配零件的装配结合面进行扫描，得到该装配结合面的表面信息。其中，两个待装配零件中的另一个待装配零件也可以通过上述方式测得其装配结合面的表面信息。

可以理解的是，装配结合面指的是两个待装配零件装配结合时相互接触的表面。

102、根据表面信息生成并输出装配指导信息，其中，装配指导信息用于指示装配对象按照装配指导信息对待装配零件进行装配。

作为一种示例，工控机可以预先建立第一零件的标称几何模型，然后根据第一零件的装配结合面的表面信息进行三维表面形貌重建，以得到该第一零件的配结合面的三维形貌表面(也可称表面三维模型)，再将第一零件的标称几何模型中的装配结合面替换成三维形貌表面，得到替换后的第一零件几何模型。同理，可以通过上述方式也可以得到替换后的第二零件几何模型。

然后，工控机可以对替换后的第一零件几何模型和替换后的第二零件几何模型进行仿真结合，每次结合都可以得到一个替换后的第一零件几何模型和替换后的第二零件几何模型的同轴度以及与该同轴度对应的相位角度，在多次仿真结合后可以得到多个同轴度和多个相位角度。工控机则可以将最优的同轴度对应的相位角度作为装配指导信息。

最后，工控机可以通过显示器输出该装配指导信息，以指示装配对象按照该装配指导信息进行装配。

可选地，装配对象可以是装配工人，也可以是装配设备，如装配机械手等。如果装配对象为装配设备，工控机可以生产与装配指导信息对应的控制指令，并发送至装配设备，以控制装配设备按照装配指导信息进行装配。

在本实施例中，通过在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息，再根据表面信息生成并输出装配指导信息，其中，装配指导信息用于指示装配对象按照装配指导信息对待装配零件进行装配。由于扫描装置扫描对待装配零件的装配结合面进行扫描得到的表面信息可以准确、全面的反映装配结合面的整体表面形貌，所以基于该表面信息生成并输出的装配指导信息能够更准确地指导装配对象进装配，提升了零件装配质量。

图3为本申请另一个实施例提供的航空发动机零件装配方法，该方法可以应用于上述工控机，请参见图3所示，该方法可以包括：

201、在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息，其中，待装配零件包括第一零件和第二零件，表面信息包括第一零件对应的第一表面信息和第二零件对应的第二表面信息。

在一些实施方式中，步骤201的具体实施方式可以包括：在承载装置带动待装配零件转动时，控制接触式位移传感器采集待装配零件的装配结合面的基准信息；控制扫描装置采集的待装配零件的配结合面的扫描信息；基于基准信息和扫描信息生成装配结合面的表面信息。

其中，扫描信息可以是三维表面形貌仪采集的三维形貌特征数据。

作为一种示例，在承载装置带动待装配零件转动时，工控机可以控制接触式位移传感器在待装配零件的装配结合面的上等间隔采样，得到采样数据，可选地，每圈需要采样的采样点数量可以大于数量阈值。然后将采样数据通过最小二乘圆拟合，评定出倾斜量，再将倾斜量作为基准信息。另外，工控机还可以在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置采集的待装配零件的配结合面的扫描信息。然后工控机可以将通过基准信息对扫描信息进行校准，相当于以基准信息作为采集基准来采集扫描信息。

在本实施方式中，通过在承载装置带动待装配零件转动时，控制接触式位移传感器采集待装配零件的装配结合面的基准信息；控制扫描装置采集的待装配零件的配结合面的扫描信息；基于基准信息和扫描信息生成装配结合面的表面信息，从而能够以待装配零件在承载装置上的实际倾斜量为基准，来获得表面信息，保证了表面信息的准确性，进而提升了装配质量。

在一些实施方式中，在步骤201之前，该方法还可以包括：控制调节机构将待装配零件调节至与回转机构同轴；控制回转机构带动待装配零件转动。

作为一种示例，工控机可以预先控制接触式位移传感器采集待装配零件的装配结合面的基准信息，然后根据基准信息控制调节机构使待装配零件与回转机构同轴，从而保证在回转机构带动待装配零件转动过程中，通过扫描装置得到的表面信息更加准确。

202、基于第一表面信息和第二表面信息得到第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。

在一些实施方式中，如图4所示，步骤202可以包括：

2021、根据第一表面信息生成第一零件的装配结合面的第一三维表面和第一形位公差平面。

其中，第一三维表面可以是基于第一表面信息进行三维表面形貌重建得到的三维形貌表面。第一形位公差平面可以是通过第一表面信息拟合出第一零件的形位公差。

可选地，形位公差包括但不限于同心度、垂直度、平行度等，具体可以根据实际情况来选取需要的形位公差，在此不做限定。

需要说明的是，形位公差是用拟合平面的旋转、平移来表示的，因此根据形位公差也可以是指形位公差平面。

2022、将第一三维表面与第一形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第一三维表面。

具体地，可以将第一三维表面对准到与第一形位公差平面相同的位置，从而得到对准后的第一三维表面。

2023、根据第二表面信息生成第二零件的装配结合面的第二三维表面和第二形位公差平面。

其中，第二三维表面可以是基于第二表面信息进行三维表面形貌重建得到的三维形貌表面。第二形位公差平面可以是通过第二表面信息拟合出第二零件的形位公差。

2024、将第二三维表面与第二形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第二三维表面。

具体地，可以将第二三维表面对准到与第二形位公差平面相同的位置，从而得到对准后的第二三维表面。

2025、基于对准后的第一三维表面和对准后的第二三维表面对第一零件和第二零件进行结合仿真，得到第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。

作为一种示例，如图5所示，其中，图5中的a为第一零件，b为第一零件的配结合面的第一三维表面，c为第一零件的配结合面的第一形位公差平面，d为第一三维表面与第一零件的标称几何模型对应表面的替换对准，e为对准后的第一三维表面和对准后的第二三维表面对第一零件和第二零件进行结合仿真时的相位角。

考虑到重建的三维表面只能反映装配结合面的形貌，而不能反映其表面与待装配零件的相对位置，在本实施方式中，通过根据第一表面信息生成第一零件的装配结合面的第一三维表面和第一形位公差平面，将第一三维表面与第一形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第一三维表面；根据第二表面信息生成第二零件的装配结合面的第二三维表面和第二形位公差平面，将第二三维表面与第二形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第二三维表面；并基于对准后的第一三维表面和对准后的第二三维表面对第一零件和第二零件进行结合仿真，得到第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。由于形位公差平面能够反映待装配零件的装配结合面相对于待装配零件的位置，因此，通过对准后的三维表进行仿真结合，可以提高仿真结果的准确性。

203、将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度。

在一些实施方式中，在步骤203之前，该方法可以包括：将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值最小的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

其中，将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合时会得到多个同轴度，多个相位角度和多个同轴度一一对应，工控机可以将多个同轴度中数值最小的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

在另一些实施方式中，在步骤203之前，该方法可以包括：将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值小于或等于同轴度阈值的同轴度确定为满足预设条件的同轴度，其中，同轴度阈值可以由用户自定义设置，也可以根据装配历史记录设置，例如，第一零件和第二零件在多次装配结合中同轴度数值出现次数最多的，可以作为同轴度阈值。

在又一些实施方式中，在步骤203之前，该方法可以包括：将第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值最小的同轴度作为初始同轴度，再确定该初始同轴度是否小于或等于同轴度阈值，若是，则将该初始同轴度确定为满足预设条件的同轴度。若否，则将该初始同轴度确定不满足预设条件的同轴度。

考虑到第一零件和第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值最小的同轴度可能也不满足用户的需求，在本实施方式中，通过判断数值最小的同轴度否小于或等于同轴度阈值，若是，则确定满足预设条件，从而保证了满足预设条件的同轴度对应的相位角可以更有效地指导零件装配。

204、将目标同轴度对应的相位角度确定为目标相位角度，并将目标相位角度确定为装配指导信息。

205、输出装配指导信息，以指示装配对象按照装配指导信息对第一零件和第二零件进行装配。

其中，工控机可以直接通过显示器输出该目标相位角度，以指导装配人员按照该目标相位角度对第一零件和第二零件进行装配。可选地，工控机还可以通过音频输出装置输出目标相位角度。

作为一种示例，如图6和图7所示，图6为现有技术中基于形位公差拟合表面进行装配仿真后的第一零件和第二零件，图7为本实施中基于三维形貌表面进行装配仿真后的第一零件和第二零件。从图6中可见，第一零件的装配结合面的三维形貌511并没有与第二零件的装配结合面的三维形貌521正常结合，从而会导致基于仿真结果做出的装配指导不准确。而从图7中可见，第一零件的装配结合面的三维形貌511与第二零件的装配结合面的三维形貌521能够正常结合，因此基于该仿真结果做出的装配指导是准确的。

在一些实施方式中，如图8所示，在步骤205之后还可以包括：

206、获取第一零件和第二零件装配后的实际同轴度。

207、若实际同轴度满足指定条件，确定第一零件和第二零件装配完成。

作为一种方式，若实际同轴度与目标同轴度之间差值在预设范围内，确定实际同轴度满足指定条件。

作为另一种方式，若实际同轴度小于或等于指定数值，确定实际同轴度满足指定条件。

在一些实施方式中，若实际同轴度不满足指定条件，则可以返回至步骤201，并重新执行步骤201至步骤207的操作。

在本实施方式中，通过获取第一零件和第二零件装配后的实际同轴度，并在实际同轴度满足指定条件时，确定第一零件和第二零件装配完成，从而准确、有效地验证装配是否完成。

下面将上述各实施例中涉及的方法步骤作为整体对实际应用中的零件装配过程进行说明。

第一步，将需要进行堆叠安装的发动机零部件吊装至堆叠工作台的上，并由固定机构将待装配零件固定。其中，需根据待装配零件的形状及测量位置，选择合适的固定机构及工装与待装配零件配合，确保在后续的过程中待装配零件位姿稳固不变、所测部分能够被传感器探测头有效触及，并检测。

第二步，以接触式位移传感器的测量信息作为基准，通过调心调倾机构使工作台上夹持的待装配零件回转轴至理想位置。其中，在用接触式位移传感器测量待装配零件的基准面时，应采用测量“一端面垂直度+一柱面同心度”或“两柱面同心度”的方式确定待装配零件的回转轴，工件垂直度及同心度由测量的表面跳动数据拟合而来，并且需通过调心调倾机构使垂直度、使同心度在数值上尽可能归零。

第三步，调整夹持机构，使待装配零件的装配结合面贴近至扫描装置量程内。其中，在测量过程中，应保证扫描线宽大于装配结合面的宽度，避免漏测装配结合面的部分表面，影响最终结果。

第四步，匀速旋转工作台转台，并通过扫描装置获取待装配零件的装配结合面的表面信息，通过角度编码器获取角度信息，该角度信息可以用于重建表面信息的三维模型，通过接触式位移传感器获取基准信息。

第五步，工控机首先对获取的信息进行处理，随后跟进处理后的信息进行测量表面的三维重建。其中，信息处理可以包括角度编码器数据、位移传感器数据以及表面形貌数据格式的处理；基于接触式位移传感器数据的基准拟合；角度编码器数据与表面形貌三维数据的对齐，从而实现表面形貌信息与相位角度的对应。其中，表面三维重建是工控机中根据测量数据建立的表面三维模型，并且表面三维模型在空间中的位姿由与接触式传感器测量基准的相对位置来确定。

第六步，工控机根据处理后的表面信息确定形位公差平面，以便于对装配过程中零部件之间相对位置的描述。这里所指的形位公差包括但不限于同心度、垂直度、平行度等，具体需根据实际情况来选取需要的形位公差。

第七步，在完成表面三维形貌的重建之后，需将形位公差平面、表面三维形貌与预先建立的待转配零件的标称三维模型进行对准，用重建的平面代替对应标称几何模型中的平面，以便于后续的仿真装配及优化工作。

第八步，基于对准后的待装配零件的三维模型进行部件之间的仿真装配，并通过调整零部件之间的相位角优化装配后各个零部件之间的同轴度。其中，在装配的过程中，由于三维形貌表面的存在，需要通过算法解算粗糙表面之间的接触情况，以及表面接触情况对于零部件装配结果的影响。其中，各个零部件之间的相位角以零部件同轴度为优化目标，由优化算法给出各零部件之间的最佳相位角。

第九步，工人根据工控机给出的优化结果进行装配，如零部件装配完成，则流程结束。否则，返回第一步继续进行测量装配。

可见，本实施例的航空发动机零件装配方法可以利用航空发动机堆叠工作台上的设备对待装配零件进行承载、调整、回转等处理，并通过扫描装置获取待装配零件装配的装配结合面的表面信息，并将表面信息输入工控机，实现发动机零部件的堆叠装配、优化及指导。其中，将装配结合面的表面信息重建为三维形貌表面后作为仿真数据，能够提高装配仿真数据的真实性，进而提高发动机装配仿真预测的准确性。

图9为本公开一个实施例提供的航空发动机零件装配装置的结构示意图，该航空发动机零件装配装置应用于零件装配系统中的工控机，该零件装配系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及该工控机，该工控机分别与该承载装置、该扫描装置电连接。如图10所示，该航空发动机零件装配装置包括：

表面信息获取模块31，用于在承载装置带动待装配零件转动时，控制扫描装置对待装配零件的装配结合面进行扫描，得到装配结合面的表面信息。

装配指导信息输出模块32，用于根据表面信息生成并输出装配指导信息，其中，装配指导信息用于指示装配对象按照装配指导信息对待装配零件进行装配。

可选地，该待装配零件包括第一零件和第二零件，该表面信息包括该第一零件对应的第一表面信息和该第二零件对应的第二表面信息，该装配指导信息输出模块32，包括：

同轴度获取单元，基于该第一表面信息和该第二表面信息得到该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。

目标同轴度确定单元，将该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度。

装配指导信息确定单元，用于将该目标同轴度对应的相位角度确定为目标相位角度，并将该目标相位角度确定为装配指导信息。

输出单元，用于输出该装配指导信息，以指示装配对象按照该装配指导信息对该第一零件和该第二零件进行装配。

可选地，同轴度获取单元，具体用于根据第一表面信息生成该第一零件的装配结合面的第一三维表面和第一形位公差平面；将该第一三维表面与该第一形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第一三维表面；根据第二表面信息生成该第二零件的装配结合面的第二三维表面和第二形位公差平面；将该第二三维表面与该第二形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第二三维表面；基于该对准后的第一三维表面和该对准后的第二三维表面对该第一零件和该第二零件进行结合仿真，得到该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。

可选地，目标同轴度确定单元，具体用于将该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值最小的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

可选地，目标同轴度确定单元，具体还用于将该第一零件和该第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值小于或等于同轴度阈值的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

可选地，该零件装配装置还包括：

实际同轴度获取模块，用于获取该第一零件和该第二零件装配后的实际同轴度。

装配完成确定模块，用于若该实际同轴度满足指定条件，确定该第一零件和该第二零件装配完成。

可选地，装配完成确定模块，具体用于若该实际同轴度与该目标同轴度之间差值在预设范围内，确定该实际同轴度满足指定条件。

可选地，该零件装配系统还包括接触式位移传感器，该接触式位移传感器与该工控机电连接；该表面信息获取模块31，具体用于在该承载装置带动待装配零件转动时，控制该接触式位移传感器采集该待装配零件的装配结合面的基准信息；控制该扫描装置采集的该待装配零件的配结合面的扫描信息；基于该基准信息和该扫描信息生成该装配结合面的表面信息。

可选地，该承载装置包括调节机构和回转机构，其中，该调节机构与该回转机构连接，该零件装配装置还包括：

调节控制模块，用于控制该调节机构将待装配零件调节至与该回转机构同轴。

转动控制模块，用于控制该回转机构带动该待装配零件转动。

图10为本申请实施例提供的一种工控机，该工控机设置于零件装配系统中，零件装配系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及工控机，工控机分别与承载装置、扫描装置电连接；该工控机包括：存储器62和处理器61；其中，存储器62用于存储处理器61可执行指令的存储器62；处理器61被配置为执行上述实施例中的零件装配方法。

本申请实施例提供还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由工控机800的处理器61执行以完成上述实施例的零件装配方法。例如，非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本申请实施例提供还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行以完成上述实施例的零件装配方法。

本申请实施例提供还提供了一种零件装配系统，该系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及上述实施例提供的工控机，工控机分别与承载装置、扫描装置电连接。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种航空发动机零件装配方法，其特征在于，所述方法应用于零件装配系统中的工控机，所述零件装配系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及所述工控机，所述工控机分别与所述承载装置、所述扫描装置电连接；所述方法包括：

在所述承载装置带动待装配零件转动时，控制所述扫描装置对所述待装配零件的装配结合面进行扫描，得到所述装配结合面的表面信息；

根据所述表面信息生成并输出装配指导信息，其中，所述装配指导信息用于指示装配对象按照所述装配指导信息对所述待装配零件进行装配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待装配零件包括第一零件和第二零件，所述表面信息包括所述第一零件对应的第一表面信息和所述第二零件对应的第二表面信息，所述根据所述表面信息生成并输出装配指导信息，包括：

基于所述第一表面信息和所述第二表面信息得到所述第一零件和所述第二零件在多个相位角度下结合的同轴度；

将所述第一零件和所述第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度；

将所述目标同轴度对应的相位角度确定为目标相位角度，并将所述目标相位角度确定为装配指导信息；

输出所述装配指导信息，以指示装配对象按照所述装配指导信息对所述第一零件和所述第二零件进行装配。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一表面信息和所述第二表面信息得到所述第一零件和所述第二零件在多个相位角度下结合的同轴度，包括：

根据第一表面信息生成所述第一零件的装配结合面的第一三维表面和第一形位公差平面；

将所述第一三维表面与所述第一形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第一三维表面；

根据第二表面信息生成所述第二零件的装配结合面的第二三维表面和第二形位公差平面；

将所述第二三维表面与所述第二形位公差平面进行位置对准，得到对准后的第二三维表面；

基于所述对准后的第一三维表面和所述对准后的第二三维表面对所述第一零件和所述第二零件进行结合仿真，得到所述第一零件和所述第二零件在多个相位角度下结合的同轴度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将所述第一零件和所述第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度之前，还包括：

将所述第一零件和所述第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值最小的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将所述第一零件和所述第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中满足预设条件的同轴度确定为目标同轴度之前，还包括：

将所述第一零件和所述第二零件在多个相位角度下结合的同轴度中数值小于或等于同轴度阈值的同轴度确定为满足预设条件的同轴度。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述输出所述装配指导信息，以指示装配对象按照所述装配指导信息对所述第一零件和所述第二零件进行装配之后，还包括：

获取所述第一零件和所述第二零件装配后的实际同轴度；

若所述实际同轴度满足指定条件，确定所述第一零件和所述第二零件装配完成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述若所述实际同轴度满足指定条件，确定所述第一零件和所述第二零件装配完成之前，还包括：

若所述实际同轴度与所述目标同轴度之间差值在预设范围内，确定所述实际同轴度满足指定条件。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述零件装配系统还包括接触式位移传感器，所述接触式位移传感器与所述工控机电连接；所述在所述承载装置带动待装配零件转动时，控制所述扫描装置对所述待装配零件的装配结合面进行扫描，得到所述装配结合面的表面信息，包括：

在所述承载装置带动待装配零件转动时，控制所述接触式位移传感器采集所述待装配零件的装配结合面的基准信息；

控制所述扫描装置采集的所述待装配零件的配结合面的扫描信息；

基于所述基准信息和所述扫描信息生成所述装配结合面的表面信息。

9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述承载装置包括调节机构和回转机构，其中，所述调节机构与所述回转机构连接，在所述承载装置带动待装配零件转动时，控制所述扫描装置对所述待装配零件的装配结合面进行扫描，得到所述装配结合面的表面信息之前，还包括

控制所述调节机构将待装配零件调节至与所述回转机构同轴；

控制所述回转机构带动所述待装配零件转动。

10.一种航空发动机零件装配装置，其特征在于，所述零件装配装置应用于零件装配系统中的工控机，所述零件装配系统包括用于承载待装配零件的承载装置、扫描装置以及所述工控机，所述工控机分别与所述承载装置、所述扫描装置电连接；所述零件装配装置包括：

表面信息获取模块，用于在所述承载装置带动待装配零件转动时，控制所述扫描装置对所述待装配零件的装配结合面进行扫描，得到所述装配结合面的表面信息；

装配指导信息输出模块，用于根据所述表面信息生成并输出装配指导信息，其中，所述装配指导信息用于指示装配对象按照所述装配指导信息对所述待装配零件进行装配。

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