CN114216426A - 航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置、方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置、方法，所述装置包括：工作台面；转环组件，旋转架设在工作台面一侧的支撑腿上；定位夹具，设置在所述转环组件上；六轴机械手臂，设置在所述工作台面上；三维扫描仪，设置在所述六轴机械手臂的前端，用于对装夹在夹具上的各型号导向器叶片或整盘导向器进行三维扫描获得三维点云数据；操作面板，设置在所述工作台面上且与所述转环组件、六轴机械手臂、三维扫描仪控制连接，用于控制所述转环组件、六轴机械手臂、三维扫描仪协同作业；工作站，设置在所述工作台面上，与所述操作面板、三维扫描仪信号连接。本申请的测量效率高、周期短、精度高、有利于提高产品的装配质量。

Description

航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置、方法

技术领域

本申请涉及航空发动机导向器测量及装配领域技术领域，特别地，涉及一种航空发动机导向器装的装配装置及喉道面积虚拟计算方法。

背景技术

航空发动机的导向器是航空发动机中的重要组成部件，而导向器的喉道面积是决定他的流通能力的主要因素，直接影响涡轮前后温度、气流流畅、推力、转数、消耗率等参数。燃气涡轮发动机的导向器面积是整个发动机性能的关键参数，发动机性能的调整主要是通过对导向器喉道面积的调整来实现。装配一台性能优越的发动机需要对导向器装配进行控制，严格控制其喉道面积，对导向器叶片进行优化组合满足其性能要求。

航空发动机导向器喉道截面是一个扭转的空间曲面，空间小，各测量点的方向都有不同的空间角度，要引出这些尺寸非常困难，同时对单一组件的测量，要在盆向及背向虚拟一个叶片进行测量，实现起来非常困难。航空发动机导向器叶片叶身要进行热障涂层，用杠杆表测量时会在叶身表面产生划痕，影响产品质量，现有的测量技术存在以下技术问题

1)现有人工测量方式多个测量点定位基准不同，拟合计算精度差、重复性差和效率偏低；

2)流函数试验周期长(单次转工时间约5天)，只是对导向器性能的一个总的判别，导向器工作中的不均布性的具体情况无法进行有效监控；

3)流函数试验只能进行验收，其试验结果只能定性判断导向器的流通股能力，不能直接指导叶片装配。装配完成后一次合格率低，需多次分解调整方可合格。

发明内容

本申请一方面提供了一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算、装配装置，以解决现有的航空发动机导向器喉道测量效率低、周期长、精度差、影响产品质量的技术问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，包括：

工作台面；

转环组件，架设在工作台面一侧的支撑腿上并按要求旋转；

定位夹具，设置在所述转环组件上，用于装夹各型号导向器叶片和整盘导向器；

六轴机械手臂，设置在所述工作台面上；

三维扫描仪，设置在所述六轴机械手臂的前端，用于对装夹在夹具上的各型号导向器叶片或整盘导向器进行三维扫描获得三维点云数据；

操作面板，设置在所述工作台面上且与所述转环组件、六轴机械手臂、三维扫描仪控制连接，用于控制所述转环组件、六轴机械手臂、三维扫描仪协同作业；

工作站，设置在所述工作台面上，与所述操作面板、三维扫描仪信号连接。

进一步地，所述转环组件包括：

齿轮旋转模组，可转动地设置在所述支撑腿上；

电机组件，通过齿轮传动与所述齿轮旋转模组驱动连接，用于驱动齿轮旋转模组按要求旋转。

进一步地，所述定位夹具包括用于装架各型号导向器叶片的多联叶片夹具。

进一步地，所述多联叶片夹具包括：

中间夹持载具，用于夹持固定各型号导向器叶片；

第一包围框架，设置在所述中间夹持载具外边缘，用于将整个多联叶片夹具与转环组件固定连接，同时粘贴有定位标点；

压力滑块，设置在所述中间夹持载具上，用于对各型号导向器叶片进行压紧固定。

进一步地，所述定位夹具包括用于装夹整盘导向器的整盘导向器夹具。

进一步地，所述整盘导向器夹具包括：

手动三抓夹紧机构，用于夹持固定整盘导向器；

第二包围框架，设置在所述手动三抓夹紧机构外边缘，用于将整个整盘导向器夹具与转环组件固定连接，同时粘贴有定位标点。

本申请另一方面还提供了一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置方法，基于所述的装置，包括步骤：

根据设定驱动转环组件、六轴机械手臂、三维扫描仪，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据；

根据所述三维点云数据对导向器叶片和整盘导向器建模，计算得到导向器叶片的喉道面积和整盘导向器的总喉道面积值存入数据库；

进行优选匹配时，用户从数据库中导入相应数量的导向器叶片，同时导入导向器的轮盘骨架用于辅助装配放置；

判断导入的导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，若是则进行喉道面积均匀分布分析，对各导向器叶片排序后进行两两组合，反之则提示更换导向器叶片后，再次判断导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，直到满足要求；

根据导向器内外环、配合面特征和所述排序后的两两组合方式，对叶片做装配仿真，并在界面中显示；

重新计算装配仿真完成后的整盘导向器的总喉道面积，并在界面上显示每个喉道的面积值；

人工按装配仿真顺序装配完成后，再次扫描测量装配完成的整盘导向器的喉道面积值，确保整盘导向器流量函数测试一次通过。

进一步地，根据设定驱动转环组件、六轴机械手臂6、三维扫描仪，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据，具体包括步骤：

将工件表面清理干净，清理完成后，将工件用定位夹具夹紧，准备扫描，扫描开始前，自动进行标定；

启动转环组件，六轴机械手臂带动三维扫描仪根据规划好的扫描路径对定位夹具上的导向器叶片和整盘导向器进行扫描，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据。

进一步地，根据所述三维点云数据对导向器叶片和整盘导向器建模，计算得到导向器叶片的喉道面积和整盘导向器的总喉道面积值存入数据库，具体包括步骤：

导入一个或多个单组导向器叶片点云模型；

框选出最小喉道面积可能所在的区域，在框选区域内，根据喉道面积特性，计算并遍历所有喉道面积值，寻找最小的喉道面积值并记录为导向器叶片的喉道面积；

导入整盘导向器的点云数据，同时导入标准模板，将点云数据与标准模板数据进行坐标对齐，确保点云的检测姿态正确；

框选整盘导向器的测量区域，观察区域无误后，根据前述的喉道面积求解过程，计算出该整盘导向器的总喉道面积值。

进一步地，判断导入的导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，若是则进行喉道面积均匀分布分析，对各导向器叶片排序后进行两两组合，反之则提示更换导向器叶片后，再次判断导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，直到满足要求，具体包括步骤：

从数据库中导入已测量的若干导向器叶片，自动组成一个导向器环；

计算所述导向器环的总喉道面积值；

当所述总喉道面积值位于设计最大或最小值的范围内时，将导入的若干导向器叶片按喉道面积值从小到大排列；

将具有最小喉道面积值的导向器叶片和最大喉道面积值的导向器叶片为一组，次小喉道面积值的导向器叶片和次小喉道面积值的导向器叶片为一组，以此类推地将导入的所有导向器叶片两两组合；

当所述总喉道面积值超出设计最大或最小值的范围内时，提示更换其中某一个面积最大或最小的导向器叶片，直到所述总喉道面积值位于设计最大或最小值的范围内时，重复前述步骤。

相比现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供零了一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置、方法，所述装置包括工作台面、转环组件、定位夹具、六轴机械手臂、三维扫描仪、操作面板、工作站，本申请适用于工程的面积测量方法和叶片优选装配，通过全自动三维扫描单组导向器叶片或整盘导向器，利用精确的三维点云数据，在计算机中仿真计算单组叶片的喉道面积用于导向器的优选装配；也可以仿真计算整盘涡轮导向器的喉道面积并分析喉道面积分布是否均匀。本申请通过全自动非接触式的检测导向器喉道面积，在保护叶片涂层的同时，简化喉道面积检测难度，辅助导向器优选装配，优化整体装配工艺和检测工艺，效率高、周期短、精度高、有效提升产品质量。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请优选实施例的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置整体结构示意图。

图2是本申请优选实施例的旋转环组件结构示意图。

图3是本申请优选实施例的多联叶片夹具结构示意图。

图4是本申请优选实施例的整盘导向器夹具结构示意图。

图5是本申请优选实施例的最短线段遍历原理示意图。

图6是本申请优选实施例的对具有三个喉道的导向器组件第一次扫描所得数据。

图7是本申请优选实施例的对具有三个喉道的导向器组件第二次扫描所得数据。

图8是本申请优选实施例的对具有三个喉道的导向器组件第三次扫描所得数据。

图中：1、工作站；2、工作台面；3、操作面板；4、转环组件；4.1、电机组件；4.2、齿轮旋转模组；5、多联叶片夹具；5.1、第一包围框架；5.2、中间夹持载具；5.3、压力滑块；6、协作式六轴机械手臂；7、标定板；8、三色警示灯；9、整盘导向器夹具；9.1、第二包围框架；9.2、手动三抓夹紧机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1至图3所示，本申请的优选实施例提供了一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，包括：

工作台面2；

转环组件4，架设在工作台面2一侧的支撑腿上并按要求旋转；

定位夹具，设置在所述转环组件4上，用于装夹各型号导向器叶片和整盘导向器；

六轴机械手臂6，设置在所述工作台面2上；

三维扫描仪，设置在所述六轴机械手臂6的前端，用于对装夹在夹具上的各型号导向器叶片或整盘导向器进行三维扫描获得三维点云数据；

操作面板3，设置在所述工作台面2上且与所述转环组件4、六轴机械手臂6、三维扫描仪控制连接，用于控制所述转环组件4、六轴机械手臂6、三维扫描仪协同作业，同时，操作面板3还安装有三色警示灯8，用于标识当前作业状态；

工作站1，设置在所述工作台面2上，与所述操作面板3、三维扫描仪信号连接。

本实施例提供零了一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，所述装置包括工作台面、转环组件、定位夹具、六轴机械手臂、三维扫描仪、操作面板、工作站，本实施例适用于工程的面积测量方法和叶片优选装配，通过全自动三维扫描单组导向器叶片或整盘导向器，利用精确的三维点云数据，在计算机中仿真计算单组叶片的喉道面积用于导向器的优选装配；也可以仿真计算整盘涡轮导向器的喉道面积并分析喉道面积分布是否均匀。本实施例通过全自动非接触式的检测导向器喉道面积，在保护叶片涂层的同时，简化喉道面积检测难度，辅助导向器优选装配，优化整体装配工艺和检测工艺，效率高、周期短、精度高、有效提升产品质量。

具体地，如图2所示，所述转环组件4包括：

齿轮旋转模组4.2，可转动地设置在所述支撑腿上；

电机组件4.1，通过齿轮传动与所述齿轮旋转模组4.2驱动连接，用于驱动齿轮旋转模组4.2按要求旋转。

本实施例中，转环组件4为中空、外齿轮啮合驱动设计，可保证一次装夹完成上下两面的数据扫描。

具体地，如图3所示，所述定位夹具包括用于装架各型号导向器叶片的多联叶片夹具5，所述多联叶片夹具5包括：

中间夹持载具5.2，用于夹持固定各型号导向器叶片；

第一包围框架5.1，设置在所述中间夹持载具5.2外边缘，用于将整个多联叶片夹具与转环组件4固定连接，同时粘贴有定位标点；

压力滑块5.3，设置在所述中间夹持载具5.2上，用于对各型号导向器叶片进行压紧固定。

具体地，如图4所示，所述定位夹具包括用于装夹整盘导向器的整盘导向器夹具9，所述整盘导向器夹具9包括：

手动三抓夹紧机构9.2，用于夹持固定整盘导向器；

第二包围框架9.1，设置在所述手动三抓夹紧机构9.2外边缘，用于将整个整盘导向器夹具9与转环组件4固定连接，同时粘贴有定位标点。

根据扫描需求，上述实施例设计有一个转环组件4。转环组件4架设在两个支撑腿上，可由电机组件4.1驱动齿轮旋转模组4.2按要求旋转。扫描工作时，不同的导向器叶片和导向器使用专用定位夹具装夹到位，再吊装到齿轮旋转模组4.2上，随后根据扫描工作设置，按程序自动旋转。

被测物由定位夹具固定，根据不同的被测物可更换不同的定位夹具。定位夹具安装在转环组件4上，根据六轴机械手臂6的自动扫描要求，由转环组件4带动定位夹具旋转。

所述多联叶片夹具5的设计只需保证导向器叶片在扫描空间范围内稳定即可。多联叶片夹具5整体通过第一包围框架5.1与转环组件4连接。多联叶片夹具5一次可同时装夹四个同型号导向器叶片同时扫描。扫描时不需要翻面即可在很短的时间内完成四个导向器叶片的三维点云数据获取；

中间夹持载具5.2为定制的复合塑料件，在保证强度和稳定性的前提下可避免装夹时磕碰工件。定位标点粘贴在第一包围框架5.1上，一次粘贴永久有效，可免去每次给工件粘贴定位标点的麻烦。上料后，中间夹持载具5.2可直接卡紧工件，同时可拉出压力滑块5.3二次固定导向器叶片。更换时可根据不同的导向器叶片尺寸更换中间夹持载具5.2，调整固定支撑杆的位置和高度。

整盘导向器夹具9按照全自动扫描要求，整盘导向器不进行手动翻面的工序设计，定位夹具设计将整盘导向器从内外两侧夹紧，平面摆放且可以360°旋转。整盘导向器夹具9由第二包围框架9.1和手动三抓夹紧机构9.2组成，第二包围框架9.1可通过螺栓安装到转环组件4上；

第二包围框架9.1上粘贴有定位标点，一次粘贴永久有效，可免去每次给工件粘贴定位标点的麻烦。上料时，可直接将整盘导向器摆放到第二包围框架9.1上，转动手动三抓夹紧机构9.2将整盘导向器对中夹紧。整盘导向器夹具9具有一定的兼容性，可根据不同的整盘导向器尺寸，调整夹紧位置和状态。

上述定位夹具采用可兼容设计，只需要保证被测工件在扫描过程中固定不动，后期喉道面积计算不以定位夹具为基准计算。

工件装夹可实现两步装夹或一步装夹。在不更换被扫描工件种类的前提下，可先将定位夹具安装到转环盘上，再将工件夹持到定位夹具上，更换工件时不需拆下定位夹具；亦可实现两步装夹，先将工件夹持到定位夹具上，再将定位夹具安装到转环组件4上，更换工件时需整体拆卸定位夹具，根据现场需求，可选择不同的安装方法。

本申请另一实施例还提供了一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置方法，基于所述的装置，包括步骤：

S1、根据设定驱动转环组件4、六轴机械手臂6、三维扫描仪，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据；

S2、根据所述三维点云数据对导向器叶片和整盘导向器建模，计算得到导向器叶片的喉道面积和整盘导向器的总喉道面积值存入数据库；

S3、进行优选匹配时，用户从数据库中导入相应数量的导向器叶片，同时导入导向器的轮盘骨架用于辅助装配放置；

S4、判断导入的导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，若是则进行喉道面积均匀分布分析，对各导向器叶片排序后进行两两组合，反之则提示更换导向器叶片后，再次判断导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，直到满足要求；

S5、根据导向器内外环、配合面特征和所述排序后的两两组合方式，对叶片做装配仿真，并在界面中显示；

S6、重新计算装配仿真完成后的整盘导向器的总喉道面积，并在界面上显示每个喉道的面积值；

S7、人工按装配仿真顺序装配完成后，再次扫描测量装配完成的整盘导向器的喉道面积值，确保整盘导向器流量函数测试一次通过。

本实施例可以实现一次性粘贴定位标点，全自动三维扫描，大大降低工作复杂性和工作强度，降低数据获取的难度，提高工作效率。无需给工件粘贴定位标点即可全自动对其测量零件表面进行高精度三维扫描，采集表面数据，将数据传输给计算机，经处理得出叶片喉道面积最小值。

本实施例利用高定位精度的六轴机械手臂6即可保证不与工件产品发生碰撞，又保证喉道狭小空间扫描的速度与数据完整性。扫描方式的自动化和统一化，保证了点云结果的重复性和准确性，从而保证计算准确度。

本实施例通过全自动非接触式的检测导向器喉道面积，在保护叶片涂层的同时，简化喉道面积检测难度，辅助导向器优选装配，优化整体装配工艺和检测工艺，效率高、周期短、精度高、有效提升产品装配效率和质量。

具体地，在本申请的优选实施例中，根据设定驱动转环组件4、六轴机械手臂6、三维扫描仪，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据，具体包括步骤：

S11、将工件表面清理干净，清理完成后，将工件用定位夹具夹紧，准备扫描，扫描开始前，自动进行标定；

S12、启动转环组件4，六轴机械手臂6带动三维扫描仪根据规划好的扫描路径对定位夹具上的导向器叶片和整盘导向器进行扫描，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据。

具体地，在本申请的优选实施例中，根据所述三维点云数据对导向器叶片和整盘导向器建模，计算得到导向器叶片的喉道面积和整盘导向器的总喉道面积值存入数据库，具体包括步骤：

S21、导入一个或多个单组导向器叶片点云模型；

S22、框选出最小喉道面积可能所在的区域，在框选区域内，根据喉道面积特性，计算并遍历所有喉道面积值，寻找最小的喉道面积值并记录为导向器叶片的喉道面积；

S23、导入整盘导向器的点云数据，同时导入标准模板，将点云数据与标准模板数据进行坐标对齐，确保点云的检测姿态正确；

S24、框选整盘导向器的测量区域，观察区域无误后，根据前述的喉道面积求解过程，计算出该整盘导向器的总喉道面积值。

上述实施例中，导向器叶片的型面为扭曲空间型面，获取到完整的点云数据以后，需要根据点云数据对导向器叶片进行高精度重构，要求所重构的叶片曲面尽可能的复现被测导向器叶片的曲面的形状，为后续的喉道面积计算、面积均布分析等提供数据。对点云数据做准确的非连接项和体外孤点删除、减少噪音以及异常点过滤，保证重构后的曲面与原始点云能完美贴合，不发生不确定性的突变与形变。

下面对喉道面积计算原理进行说明。

喉部面积估算方法原理如图5所示，导向器叶片上下两个表面，扫描后由很多点云组成，顶点的相对位置精度很高，且每对相邻点间的距离是已知的，要估算喉部面积，本质是要找到上表面上的一条线段L₁，及其在下表面的垂直投影曲线L₂，使得对于L₁上的每一点P_i及在L₂上的投影点Q_i，满足取得最小值，即为喉部面积的估计值。

在本申请的上述实施例中，由于上下表面均为离散化后的点云数据，喉道面积的求法不再是积分，改为求和，H为线段上相邻点间的距离；

Qi无需通过投影方法计算，只需在局部区域R_i中，通过计算机遍历的方式寻找长度最短的线段，即先从叶片排气边尾缘的点经过不断的遍历寻找到最短的线段集合，然后将这些集合求和即可得到单个喉道的面积值。得到喉部区域所有采样点对应的线段后,则所求喉部最小面积为：

式中，S为最小喉部面积，n为细分数量，H为细分步长，L_i为相邻叶片第i个细分点到相应表面距离(P_i到Q_i的欧式距离)。

计算得出得喉部面积与采用流函数得出的喉部流通能力进行比对，通过某一系数转换(该系数需在实施时由用户配合经过多次流函数测试得出)，建立对应关系，通过判断喉部面积得出喉部流通能力。

在本申请的一个实施例中，样本选取了一件具有30个喉道的导向器，对样本进行扫描，然后进行喉道面积计算，最终得出了30个喉道的最小面积值，面积值集中在680-700平方毫米的一个范围内，这与理论设计值692非常吻合，可见测量结果是可靠的。

在本申请的一个实施例中，样本选取了一件具有3个喉道的导向器组件，对样本进行三次扫描、计算最后得出多次结果如图6至图8所示，可见单个喉道的测量重复性极差≤2.79平方毫米，即重复性极差评估值为≤0.5119％，可见喉道面积计算算法是可靠稳定的。

具体地，在本申请的优选实施例中，判断导入的导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，若是则进行喉道面积均匀分布分析，对各导向器叶片排序后进行两两组合，反之则提示更换导向器叶片后，再次判断导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，直到满足要求，具体包括步骤：

S41、从数据库中导入已测量的10导向器叶片，自动组成一个导向器环；

S42、计算所述导向器环的总喉道面积值；

S43、当所述总喉道面积值位于设计最大或最小值的范围内时，将导入的若干导向器叶片按喉道面积值从小到大排列；

S44、将具有最小喉道面积值的导向器叶片和最大喉道面积值的导向器叶片为一组，次小喉道面积值的导向器叶片和次小喉道面积值的导向器叶片为一组，以此类推地将导入的所有导向器叶片两两组合；

S45、当所述总喉道面积值超出设计最大或最小值的范围内时，提示更换其中某一个面积最大或最小的导向器叶片，直到所述总喉道面积值位于设计最大或最小值的范围内时，重复前述步骤。

导向器叶片分组优化装配，是要在多个目标要素限制的条件下给出最优解，保证一次装配完成后，导向器可达到工艺要求的技术性能。优化装配的目标包括要保证整盘的喉道面积总和无限趋近于目标面积总和，同时确保整盘叶片间的喉道面积分布均匀，要保证多联叶片之间的接缝内外环处缝隙大小一致。在有大量多联叶片备选的情况下，选用先进、合理的算法对数据进行分析、处理，选用合理的目标加权与权重，提供最佳的优化装配方案，得到准确的优选装配数据保证一次装配合格，并保证所有的备选多联叶片可以合理分组，保证导向器技术性能的前提下，不浪费和抛弃合格的备选多联叶片。

例如，在本申请优选实施例中：

首先对每一件零件进行单个面积测量，得到后期优选的基础数据；

然后导入所有测量的10个导向器叶片，自动组成一个导向器环，对于打开的所有零件，会有一个总面积值，这个总面积值首先会被一个设计理论的最大最小值所限制，如果超出设计值，首先会提示更换其中的某一个面积最大或最小的零件；

当“实际总面积”值超过了设计“总面积上限”，实际总面积值被标红，且提示出更换目标和更换建议，更换以后，再次导入，“实际总面积”变成了绿色，点击“最佳排列”按钮，系统会根据当前10个零件的面积值进行均匀分布排列，其均布的总体思路为：首先将10个零件按照面积从小到大排列，然后第1、第10号组成一组；第2、第9号组成一组；第3、第8号组成一组；第4、第7号组成一组；第5、第6号组成一组。这样就使得两两零件的组合最为接近这10个零件面积值的平均数，从而使之达到均布的目的。

综上所述，本申请可以实现一次性粘贴定位标点，全自动三维扫描，大大降低工作复杂性和工作强度，降低数据获取的难度，提高工作效率。无需给工件粘贴定位标点即可全自动对其测量零件表面进行高精度三维扫描，采集表面数据，将数据传输给计算机，经处理得出叶片喉道面积最小值。高定位精度的机械手即可保证不与工件产品发生碰撞，又保证喉道狭小空间扫描的速度与数据完整性。扫描方式的自动化和统一化，保证了点云结果的重复性和准确性，从而保证计算准确度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，其特征在于，包括：

工作台面(2)；

转环组件(4)，架设在工作台面(2)一侧的支撑腿上并按要求旋转；

定位夹具，设置在所述转环组件(4)上，用于装夹各型号导向器叶片和整盘导向器；

六轴机械手臂(6)，设置在所述工作台面(2)上；

三维扫描仪，设置在所述六轴机械手臂(6)的前端，用于对装夹在夹具上的各型号导向器叶片或整盘导向器进行三维扫描获得三维点云数据；

操作面板(3)，设置在所述工作台面(2)上且与所述转环组件(4)、六轴机械手臂(6)、三维扫描仪控制连接，用于控制所述转环组件(4)、六轴机械手臂(6)、三维扫描仪协同作业；

工作站(1)，设置在所述工作台面(2)上，与所述操作面板(3)、三维扫描仪信号连接。

2.根据权利要求1所述的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，其特征在于，所述转环组件(4)包括：

齿轮旋转模组(4.2)，可转动地设置在所述支撑腿上；

电机组件(4.1)，通过齿轮传动与所述齿轮旋转模组(4.2)驱动连接，用于驱动齿轮旋转模组(4.2)按要求旋转。

3.根据权利要求1所述的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，其特征在于，所述定位夹具包括用于装架各型号导向器叶片的多联叶片夹具(5)。

4.根据权利要求3所述的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，其特征在于，所述多联叶片夹具(5)包括：

中间夹持载具(5.2)，用于夹持固定各型号导向器叶片；

第一包围框架(5.1)，设置在所述中间夹持载具(5.2)外边缘，用于将整个多联叶片夹具与转环组件4)固定连接，同时粘贴有定位标点；

压力滑块(5.3)，设置在所述中间夹持载具(5.2)上，用于对各型号导向器叶片进行压紧固定。

5.根据权利要求1所述的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，其特征在于，所述定位夹具包括用于装夹整盘导向器的整盘导向器夹具9)。

6.根据权利要求5所述的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置，其特征在于，所述整盘导向器夹具(9)包括：

手动三抓夹紧机构(9.2)，用于夹持固定整盘导向器；

第二包围框架(9.1)，设置在所述手动三抓夹紧机构(9.2)外边缘，用于将整个整盘导向器夹具(9)与转环组件(4)固定连接，同时粘贴有定位标点。

7.一种航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置方法，基于如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，包括步骤：

根据设定驱动转环组件(4)、六轴机械手臂(6)、三维扫描仪，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据；

根据所述三维点云数据对导向器叶片和整盘导向器建模，计算得到导向器叶片的喉道面积和整盘导向器的总喉道面积值存入数据库；

进行优选匹配时，用户从数据库中导入相应数量的导向器叶片，同时导入导向器的轮盘骨架用于辅助装配放置；

判断导入的导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，若是则进行喉道面积均匀分布分析，对各导向器叶片排序后进行两两组合，反之则提示更换导向器叶片后，再次判断导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，直到满足要求；

根据导向器内外环、配合面特征和所述排序后的两两组合方式，对叶片做装配仿真，并在界面中显示；

重新计算装配仿真完成后的整盘导向器的总喉道面积，并在界面上显示每个喉道的面积值；

人工按装配仿真顺序装配完成后，再次扫描测量装配完成的整盘导向器的喉道面积值，确保整盘导向器流量函数测试一次通过。

8.根据权利要求7所述的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置方法，其特征在于，

根据设定驱动转环组件(4)、六轴机械手臂(6)、三维扫描仪，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据，具体包括步骤：

将工件表面清理干净，清理完成后，将工件用定位夹具夹紧，准备扫描，扫描开始前，自动进行标定；

启动转环组件(4)，六轴机械手臂(6)带动三维扫描仪根据规划好的扫描路径对定位夹具上的导向器叶片和整盘导向器进行扫描，获得导向器叶片和整盘导向器的三维点云数据。

9.根据权利要求7所述的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置方法，其特征在于，根据所述三维点云数据对导向器叶片和整盘导向器建模，计算得到导向器叶片的喉道面积和整盘导向器的总喉道面积值存入数据库，具体包括步骤：

导入一个或多个单组导向器叶片点云模型；

框选出最小喉道面积可能所在的区域，在框选区域内，根据喉道面积特性，计算并遍历所有喉道面积值，寻找最小的喉道面积值并记录为导向器叶片的喉道面积；

导入整盘导向器的点云数据，同时导入标准模板，将点云数据与标准模板数据进行坐标对齐，确保点云的检测姿态正确；

框选整盘导向器的测量区域，观察区域无误后，根据前述的喉道面积求解过程，计算出该整盘导向器的总喉道面积值。

10.根据权利要求7所述的航空发动机导向器喉道面积虚拟计算及装配装置方法，其特征在于，判断导入的导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，若是则进行喉道面积均匀分布分析，对各导向器叶片排序后进行两两组合，反之则提示更换导向器叶片后，再次判断导向器叶片的喉道面积之和是否在设定范围内，直到满足要求，具体包括步骤：

从数据库中导入已测量的若干导向器叶片，自动组成一个导向器环；

计算所述导向器环的总喉道面积值；

当所述总喉道面积值位于设计最大或最小值的范围内时，将导入的若干导向器叶片按喉道面积值从小到大排列；

将具有最小喉道面积值的导向器叶片和最大喉道面积值的导向器叶片为一组，次小喉道面积值的导向器叶片和次小喉道面积值的导向器叶片为一组，以此类推地将导入的所有导向器叶片两两组合；

当所述总喉道面积值超出设计最大或最小值的范围内时，提示更换其中某一个面积最大或最小的导向器叶片，直到所述总喉道面积值位于设计最大或最小值的范围内时，重复前述步骤。

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