CN114459377A

CN114459377A - 一种航空发动机叶片型面测量装置及其方法

Info

Publication number: CN114459377A
Application number: CN202210124534.XA
Authority: CN
Inventors: 闫峰; 高继昆; 李季; 王晓艳; 王荣誉; 张涛; 权伊明
Original assignee: AECC Shenyang Engine Research Institute
Current assignee: AECC Shenyang Engine Research Institute
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-05-10

Abstract

本申请涉及一种航空发动机叶片型面测量装置，包括：转台，其上连接航空发动机叶片，能够带动航空发动机叶片转动；光学扫描仪；六自由度机械臂，其上连接光学扫描仪，能够带动光学扫描仪相对于转台运动；控制器，与转台、六自由度机械臂、光学扫描仪连接，能够控制转台、六自由度机械臂协同动作，以及能够控制光学扫描仪采集航空发动机叶片各部位的三维点云坐标；计算机，与光学扫描仪连接，能够根据航空发动机叶片各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机叶片的型面。此外，涉及一种航空发动机叶片型面测量方法，该方法基于上述航空发动机叶片型面测量装置实施。

Description

一种航空发动机叶片型面测量装置及其方法

技术领域

本申请属于航空发动机叶片型面测量技术领域，具体涉及一种航空发动机叶片型面测量装置及其方法。

背景技术

航空发动机中叶片的型面，对航空发动机的性能具有重要影响，准确的获取航空发动机叶片的型面，可为叶片加工、制造及其性能预测提供指导。

当前，主要通过以下三种方法测量航空发动机叶片的型面：

1)标准样件测具法，使用经标准样件标校过的专用测具，测量航空发动机叶片的相关几何参数，根据测得几何参数经计算得到航空发动机叶片的型面，该种方法操作繁琐、测量效率低，且需要多几何参数支撑计算得出航空发动机叶片的型面，存在数据累积误差的传递，误差较大；

2)三坐标测量法，利用三坐标测量机采集航空发动机叶片上三维点坐标，根据测得的三维点坐标计算得到航空发动机叶片的型面，该种方法采集的三维点坐标密度较低，不能精确的复现航空发动机叶片的型面特征难以得到准确的测量结果。

鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。

需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本申请的目的是提供一种航空发动机叶片型面测量装置及其方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。

本申请的技术方案是：

一方面提供一种航空发动机叶片型面测量装置，包括：

转台，其上连接航空发动机叶片，能够带动航空发动机叶片转动；

光学扫描仪；

六自由度机械臂，其上连接光学扫描仪，能够带动光学扫描仪相对于转台运动；

控制器，与转台、六自由度机械臂、光学扫描仪连接，能够控制转台、六自由度机械臂协同动作，以及能够控制光学扫描仪采集航空发动机叶片各部位的三维点云坐标；

计算机，与光学扫描仪连接，能够根据航空发动机叶片各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机叶片的型面。

根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机叶片型面测量装置中，计算机能够将计算得到的航空发动机叶片的型面与其三维模型进行对比，得到航空发动机叶片型面的形状、尺寸偏差。

根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机叶片型面测量装置中，还包括：

机械臂操纵手柄，与六自由度机械臂，以能够操纵六自由度机械臂动作。

校准板，用以光学扫描仪的校准。

根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机叶片型面测量装置中，测量台，其上连接转台、六自由度机械臂、控制器、计算机、机械臂操纵手柄、校准板。

叶片夹具，连接在转台上，夹紧航空发动机叶片的根部。

四根定位参考杆，一端连接在转台上，环绕航空发动机叶片，其上具有定位标记点；

光学扫描仪能够采集定位标记点的空间坐标，以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机叶片各部位的三维点云坐标进行拼接。

根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机叶片型面测量装置中，四根定位参考杆位于矩形的四个顶点处。

四根连杆，每根连杆对应连接在两根相邻定位参考杆远离转台的一端。

另一方面提供一种航空发动机叶片型面测量方法，包括：

利用校准板对光学扫描仪进行校准；

在航空发动机叶片上喷粉；

将航空发动机叶片夹持在叶片夹具上；

以控制器控制转台、六自由度机械臂协同动作，调节光学扫描仪相对于转台的位置，使光学扫描仪在任一高度正对航空发动机叶片，以及使航空发动机叶片转动，控制光学扫描仪采集航空发动机叶片在该高度的三维点云坐标，以及采集定位参考杆上定位标记点的空间坐标，直至遍历航空发动机叶片的各高度；

以光学扫描仪以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机叶片各高度的三维点云坐标进行拼接；

以计算机根据航空发动机叶片各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机叶片的型面，以及将计算得到的航空发动机叶片的型面与其三维模型进行对比，得到航空发动机叶片型面的形状、尺寸偏差。

附图说明

图1是本申请实施例提供的航空发动机叶片型面测量装置的示意图；

图2是本申请实施例提供的航空发动机叶片型面测量装置的局部示意图；

其中：

1-转台；2-航空发动机叶片；3-光学扫描仪；4-六自由度机械臂；5-控制器；6-计算机；7-机械臂操纵手柄；8-校准板；9-测量台；10-叶片夹具；11-定位参考杆；12-连杆。

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，此外，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

一方面提供一种航空发动机叶片型面测量装置，包括：

转台1，其上连接航空发动机叶片2，能够带动航空发动机叶片2转动；

光学扫描仪3；

六自由度机械臂4，其上连接光学扫描仪3，能够带动光学扫描仪3相对于转台1运动；

控制器5，与转台1、六自由度机械臂4、光学扫描仪3连接，能够控制转台1、六自由度机械臂4协同动作，以及能够控制光学扫描仪3采集航空发动机叶片2各部位的三维点云坐标；

计算机6，与光学扫描仪3连接，能够根据航空发动机叶片2各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机叶片2的型面。

上述实施例公开的航空发动机叶片型面测量装置，对航空发动机叶片的型面进行测量，可参照以下步骤进行：

将航空发动机叶片2连接到转台1上，位于转台1的中心部位；

以控制器5控制转台1、六自由度机械臂4协同动作，调节光学扫描仪3相对于转台1的位置，使光学扫描仪3在任一高度正对航空发动机叶片2，以及使航空发动机叶片2转动，控制光学扫描仪3采集航空发动机叶片2在该高度的三维点云坐标直至遍历航空发动机叶片2的各高度，具体可以是，自上而下对航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标进行采集，或自下而上对航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标进行采集；

以光学扫描仪3对航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标进行拼接；

以计算机6根据航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标，计算得到航空发动机叶片2的型面。

为了防止发生反光，影响对航空发动机叶片2型面的测量精度，在将航空发动机叶片2连接到单轴转台1上之前，可在航空发动机叶片2上喷粉。

对于上述实施例公开的航空发动机叶片型面测量装置，领域内技术人员可以理解的是，其通过光学扫描仪3采集航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标，精度高、密度高，拼接后可较好的复现航空发动机叶片2的轮廓，基于此，根据航空发动机叶片2各部位的三维点云坐标，能够较为准确的得到航空发动机叶片2的型面。

对于上述实施例公开的航空发动机叶片型面测量装置，领域内技术人员可以理解的是，其设计以控制器5控制转台1、六自由度机械臂4协同动作，调节光学扫描仪3相对于转台1的位置，使航空发动机叶片2转动，以及控制光学扫描仪3采集航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标，自动化程度较高，可准确、高效的得到航空发动机叶片2的型面。

对于上述实施例公开的航空发动机叶片型面测量装置，领域内技术人员可以理解的是，其设计以转台1带动航空发动机叶片2转动，角度回转精度高，且在控制器5的控制下与六自由度机械臂4协同动作，即可视为六自由度外的第七自由度，能够准确的定位光学扫描仪3与航空发动机叶片2相对位置、角度，高效的实现对航空发动机叶片2各高度三维点云坐标的采集。

在一些可选的实施例中，上述的航空发动机叶片型面测量装置中，计算机6能够将计算得到的航空发动机叶片2的型面与其理论三维模型进行对比，得到航空发动机叶片2型面的形状、尺寸偏差。

在一些可选的实施例中，上述的航空发动机叶片型面测量装置中，还包括：

机械臂操纵手柄7，与六自由度机械臂4，以能够操纵六自由度机械臂4动作，基于此，可手动对六自由度机械臂4进行操纵。

校准板8，用以光学扫描仪3的校准。

对于上述实施例公开的航空发动机叶片型面测量装置，领域内技术人员可以理解的是，在以其对航空发动机叶片型面进行测量时，可先利用校准板8对光学扫描仪3进行校准，保证对航空发动机叶片型面测量的准确性。

在一些可选的实施例中，上述的航空发动机叶片型面测量装置中，测量台9，其上连接转台1、六自由度机械臂4、控制器5、计算机6、机械臂操纵手柄7、校准板8。

叶片夹具10，连接在转台1上，夹紧航空发动机叶片2的根部，其具体形式、尺寸可由相关技术人员在应用本申请公开的技术方案时，根据具体实际进行设计，或参考采用已有的夹具，在此不再进行更详细的说明。

四根定位参考杆11，一端连接在转台1上，环绕航空发动机叶片2，其上具有定位标记点；

光学扫描仪3能够采集定位标记点的空间坐标，以定位标记点的空间坐标为定位基准，将对航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标进行拼接。

对于上述实施例公开的航空发动机叶片型面测量装置，领域内技术人员可以理解的是，其设计在以光学扫描仪3采集航空发动机叶片2各高度三维点云坐标的同时，可同时采集四根定位参考杆11上定位标记点的空间坐标，进而可以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标进行拼接，快速、高效，定位标记点具体可以是粘贴在定位参考杆11上的容易被识别的标识，具体分布位置及其数量，可由相关技术人员在应用本申请公开的技术方案时，根据具体实际进行设计，在此不再进行进一步的限定。

在一些可选的实施例中，上述的航空发动机叶片型面测量装置中，四根定位参考杆11位于矩形的四个顶点处，具体可以是正方形的四个顶点处，且位于以转台1中心为圆心的圆上。

四根连杆12，每根连杆12对应连接在两根相邻定位参考杆11远离转台1的一端，与定位参考杆11构成框架结构，其上也可以设置相应的定位参考点，该定位参考点的空间坐标可被光学扫描仪3，作为航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标进行拼接的定位基准点。

另一方面提供一种航空发动机叶片型面测量方法，包括：

利用校准板8对光学扫描仪3进行校准；

在航空发动机叶片2上喷粉；

将航空发动机叶片2夹持在叶片夹具10上；

以控制器5控制转台1、六自由度机械臂4协同动作，调节光学扫描仪3相对于转台1的位置，使光学扫描仪3在任一高度正对航空发动机叶片2，以及使航空发动机叶片2转动，控制光学扫描仪3采集航空发动机叶片2在该高度的三维点云坐标，以及采集定位参考杆11、连杆12上定位标记点的空间坐标，直至遍历航空发动机叶片2的各高度；

以光学扫描仪3以定位标记点的空间坐标为定位基准，将航空发动机叶片2各高度的三维点云坐标统一到同一坐标系下，进行拼接；

以计算机6根据航空发动机叶片2各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机叶片2的型面，以及将计算得到的航空发动机叶片2的型面与其理论三维模型进行对比，得到航空发动机叶片2的形状、尺寸偏差。

对于上述实施例公开的航空发动机叶片型面测量方法，其基于上述实施例公开的航空发动机叶片型面测量装置实施，描述的较为简单，具体相关之处可参见航空发动机叶片型面测量装置部分的相关说明，其技术效果也可参考航空发动机叶片型面测量装置相关部分的技术效果，在此不再赘述。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，包括：

转台(1)，其上连接航空发动机叶片(2)，能够带动航空发动机叶片(2)转动；

光学扫描仪(3)；

六自由度机械臂(4)，其上连接所述光学扫描仪(3)，能够带动所述光学扫描仪(3)相对于所述转台(1)运动；

控制器(5)，与所述转台(1)、所述六自由度机械臂(4)、光学扫描仪(3)连接，能够控制所述转台(1)、所述六自由度机械臂(4)协同动作，以及能够控制光学扫描仪(3)采集所述航空发动机叶片(2)各部位的三维点云坐标；

计算机(6)，与所述光学扫描仪(3)连接，能够根据所述航空发动机叶片(2)各部位的三维点云坐标，计算得到所述航空发动机叶片(2)的型面。

2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，

所述计算机(6)能够将计算得到的航空发动机叶片(2)的型面与其三维模型进行对比，得到航空发动机叶片(2)型面的形状、尺寸偏差。

3.根据权利要求1所述的航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，

还包括：

机械臂操纵手柄(7)，与所述六自由度机械臂(4)，以能够操纵所述六自由度机械臂(4)动作。

4.根据权利要求3所述的航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，

还包括：

校准板(8)，用以所述光学扫描仪(3)的校准。

5.根据权利要求4所述的航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，

测量台(9)，其上连接所述转台(1)、所述六自由度机械臂(4)、所述控制器(5)、所述计算机(6)、所述机械臂操纵手柄(7)、所述校准板(8)。

6.根据权利要求1所述的航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，

还包括：

叶片夹具(10)，连接在所述转台(1)上，夹紧所述航空发动机叶片(2)的根部。

7.根据权利要求1所述的航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，

还包括：

四根定位参考杆(11)，一端连接在所述转台(1)上，环绕所述航空发动机叶片(2)，其上具有定位标记点；

所述光学扫描仪(3)能够采集所述定位标记点的空间坐标，以所述定位标记点的空间坐标为定位基准，对所述航空发动机叶片(2)各部位的三维点云坐标进行拼接。

8.根据权利要求7所述的航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，

四根所述定位参考杆(11)位于矩形的四个顶点处。

9.根据权利要求8所述的航空发动机叶片型面测量装置，其特征在于，

还包括：

四根连杆(12)，每根所述连杆(12)对应连接在两根相邻定位参考杆(11)远离所述转台(1)的一端。

10.一种航空发动机叶片型面测量方法，其特征在于，包括：

利用校准板(8)对光学扫描仪(3)进行校准；

在航空发动机叶片(2)上喷粉；

将航空发动机叶片(2)夹持在叶片夹具(10)上；

以控制器(5)控制转台(1)、六自由度机械臂(4)协同动作，调节光学扫描仪(3)相对于转台(1)的位置，使光学扫描仪(3)在任一高度正对航空发动机叶片(2)，以及使航空发动机叶片(2)转动，控制光学扫描仪(3)采集航空发动机叶片(2)在该高度的三维点云坐标，以及采集定位参考杆(11)上定位标记点的空间坐标，直至遍历航空发动机叶片(2)的各高度；

以光学扫描仪(3)以定位标记点的空间坐标为定位基准，对航空发动机叶片(2)各高度的三维点云坐标进行拼接；

以计算机(6)根据航空发动机叶片(2)各部位的三维点云坐标，计算得到航空发动机叶片(2)的型面，以及将计算得到的航空发动机叶片(2)的型面与其三维模型进行对比，得到航空发动机叶片(2)型面的形状、尺寸偏差。