发明内容
本发明实施例提供一种涡轮导向器喉道面积检测方法及装置,旨在减小检测涡轮导向器喉道面积检测周期和成本,并且实现快速、精确、批量地检测涡轮导向器喉道面积。
第一方面,本发明实施例提供了一种涡轮导向器喉道面积检测方法,其包括:
获取待测涡轮导向器的三维模型和定位基准信息;
扫描待测涡轮导向器,获取扫描模型;
根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,确定扫描模型的喉道面积;
获取三维模型的喉道面积;
根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,判断扫描模型的喉道是否符合要求。
可选地,定位基准信息包括平面固定信息、径向固定信息以及轴向固定信息。
可选地,扫描待测涡轮导向器,获取扫描模型,包括:
采用3D扫描设备扫描待测涡轮导向器,获取待测涡轮导向器的点云数据;
对点云数据进行数据处理,得到扫描模型。
可选地,根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,确定扫描模型的喉道区域之前,包括:
根据三维模型中每一相邻叶片的相邻侧边上的定点,确定三维模型的每一喉道区域。
可选地,根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,确定扫描模型的喉道面积,包括:
根据定位基准信息和三维模型的每一喉道区域,拟合确定扫描模型的每一喉道区域,构建扫描模型的每一喉道片体单元;
计算每一喉道片体单元的面积,得到扫描模型的每一喉道的面积。
可选地,根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,确定扫描模型的喉道面积,还包括:
根据每一喉道片体单元的面积,计算所有喉道片体单元的总面积,得到扫描模型所有喉道的总面积。
可选地,获取三维模型的喉道面积,包括:
调取三维模型的三维信息,获取三维模型的每一喉道面积和三维模型所有喉道的总面积。
可选地,根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,判断扫描模型的喉道是否符合要求,包括:
计算三维模型的每一喉道面积与其所拟合的扫描模型的每一喉道面积的差值,得到第一面积差值;
判断第一面积差值是否符合第一预设误差指标。
可选地,根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,判断扫描模型的喉道是否符合要求,还包括:
计算三维模型所有喉道的总面积与扫描模型所有喉道的总面积的第二面积差值;
判断第二面积差值是否符合第二预设误差指标。
第二方面,本发明实施例还提供了一种涡轮导向器喉道面积检测装置,其包括:
第一获取模块,用于获取待测涡轮导向器的三维模型和定位基准信息;
扫描模块,用于扫描待测涡轮导向器,获取扫描模型;
扫描模型喉道面积确定模块,用于根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,确定扫描模型的喉道面积;
第二获取模块,用于获取三维模型的喉道面积;
判断模块,用于根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,判断扫描模型的喉道是否符合要求。
本发明实施例,通过获取待测涡轮导向器的三维模型和定位基准信息,从而获取待测涡轮导向器标准件的尺寸信息。扫描待测涡轮导向器,以便获取待测涡轮导向器的准确数据所形成的扫描模型。根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,可以将待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型以同样的姿态放置于同一位置,从而使待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型重合,可以精确确定扫描模型的喉道面积。获取三维模型的喉道标准面积后,根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,可以快速准确地判断扫描模型的喉道是否符合要求。本方案相对于现有技术可以获得涡轮导向器每一喉道面积和涡轮导向器的喉道总面积,并且检测工序较短,检测误差较小,检测成本低,可以快速、精确、批量地检测涡轮导向器喉道面积。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
涡轮是航空发动机最主要的部件之一,是将高温高压燃气的能量转变为动能和机械能的叶轮机械。涡轮导向器是发动机结构中重要的涡轮结构,它是由内、外环和一排导向叶片组成的环形静止叶片。其中,每两个叶片之间的间隔区域为涡轮导向器的喉道,其是发动机的喉部,可以影响整个发动机的性能。具体地,涡轮导向器的喉道面积的大小直接影响发动机流量、推力和高压裕度等重要性能指标。此外,涡轮导向器的喉道面积的大小还对发动机转差及涡轮后温度具有很大的影响。
目前涡轮导向器喉道面积的测量主要有两种,第一种方法为:用尺寸检测工具手动或机器测量导向器每个叶片的喉部尺寸,然后采用近似梯形截面计算方法来代表每个叶片之间的喉道面积。示例性地,图2为本发明实施例提供的一种涡轮导向器喉道的结构示意图,如图2所示,其中,A点和B点为相邻叶片形成喉道的两侧尖端部分相距最近的点、C点和D点为相邻叶片形成喉道的两侧底端部分相距最近的点,L
1为A点和B点的距离,L
2为C点和D点的距离,H为涡轮导向器喉道的尖端与低端的距离。由此喉道面积S近似公式为:S=H(L
1+L
2)/2。对于结构复杂叶片,为提高测量精度,可选取多个与叶片延伸方向垂直的面,并与相邻叶片形成喉道的两侧相交,获取相交点的距离,由此喉道面积S近似公式为:
其中n为:选取与叶片延伸方向垂直的面的个数,i为选取第i个与叶片延伸方向垂直的面与相邻叶片形成喉道的两侧相交,L
i为:选取第i个与叶片延伸方向垂直的面与相邻叶片形成喉道的两侧相交点的距离。此外,所有相邻叶片之间的喉道面积之和即为整个导向器的喉道面积。综上可知,采用近似梯形截面计算方法来代表每个叶片之间的喉道面积的检测设备简单、一次投入成本较低,但是工作量较大,检测时间长,不适合批量生产检测。此外,涡轮导向器的喉道面积是近似计算,因而测量精度有待提高。
第二种方法为水流法,其计算公式为:A=V/vt,其中A为涡轮导向器喉道总面积、V为t时间水流过的体积、v为水流的流速、t为水流过导向器喉道的时间。由于t、v、V均为需要测量值,因此采用水流法检测涡轮导向器喉道面积的测量系统对测量的精度要求较高。此外,水流法的测量条件比较苛刻,对水质、水温、在水箱内的停留时间甚至水的循环利用处理等都有十分严格的要求。由此可知,水流法的特点是测量精度高、测量时间短、工作量小,适合批量生产的检测。但是由于水流法检测涡轮导向器喉道面积的测量系统对测量的精度要求较高,存在控制难度大,并且需要设计制造专业的水流量设备以及工装。此外,水流法检测涡轮导向器喉道面积的测量系统占地面积较大、投入的成本较高。
在实际批量生产中,检测涡轮导向器指定两个叶片某个截面的大小,一般采用最小过球直径来间接表征涡轮导向器的喉道尺寸,该方法检测简单方便,但由于单一截面过球直径大小和流道轮廓度的无法直接量化反映出每个导向器的实际喉道大小,给制造方和设计方带来较大的困惑。
为解决上技术问题,本发明实施例提出了一种涡轮导向器喉道面积检测方法,旨在减小检测涡轮导向器喉道面积检测成本,并且实现快速、精确的检测涡轮导向器喉道面积。
图3为本发明实施例提供的一种涡轮导向器喉道面积检测方法的流程示意图,本实施例可适用于需要对涡轮导向器进行批量检测的情况。该方法具体包括如下步骤:
S110、获取待测涡轮导向器的三维模型和定位基准信息。
其中,在生产涡轮导向器前,需要设计符合生产需求的涡轮导向器的三维模型,并依照涡轮导向器的三维模型制造出涡轮导向器。在检测待测涡轮导向器前需要获取待测涡轮导向器的三维模型,从而获取待测涡轮导向器的标准件的尺寸信息。定位基准信息是待测涡轮导向器的三维模型的姿态信息,获取定位基准信息便于调整待测涡轮导向器的位置和姿态,便于将待测涡轮导向器与待测涡轮导向器的三维模型同时处于同一位置和姿态进行比对,从而确定待测涡轮导向器是否符合要求设计要求。
S120、扫描待测涡轮导向器,获取扫描模型。
其中,在将待测涡轮导向器与待测涡轮导向器的三维模型同时处于同一位置和姿态进行比对前,需要对待测涡轮导向器进行扫描,以便获取待测涡轮导向器的准确数据所形成的扫描模型。由此,将待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型同时处于同一位置和姿态进行比,可以准确地获取到二者的差异,从而可以更精准地判断待测涡轮导向器是否符合要求设计要求。
S130、根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,确定扫描模型的喉道面积。
其中,定位基准信息包括待测涡轮导向器的三维模型的位置信息和姿态信息,根据定位基准信息,可以将待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型以同样的姿态放置于同一位置,从而使待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型重合。此时,可以根据待测涡轮导向器的三维模型的喉道区域拟合确定待测涡轮导向器的扫描模型的喉道区域,进而可以精准确定待测涡轮导向器的扫描模型的喉道面积。
S140、获取三维模型的喉道面积。
其中,待测涡轮导向器的三维模型中包含三维模型的所有信息,可以直接从待测涡轮导向器的三维模型的信息中调取三维模型的喉道面积,三维模型的喉道面积是待测涡轮导向器的标准面积。
S150、根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,判断扫描模型的喉道是否符合要求。
其中,预设误差指标是预设的待测涡轮导向器的扫描模型的喉道面积与待测涡轮导向器的三维模型的喉道面积的允许误差范围。若待测涡轮导向器的扫描模型的喉道面积与待测涡轮导向器的三维模型的喉道面积的差值在预设误差指标规定的范围内,则待测涡轮导向器的扫描模型的喉道符合要求;若待测涡轮导向器的扫描模型的喉道面积与待测涡轮导向器的三维模型的喉道面积的差值没有在预设误差指标规定的范围内,则待测涡轮导向器的扫描模型的喉道不符合要求。
本发明实施例,通过获取待测涡轮导向器的三维模型和定位基准信息,从而获取待测涡轮导向器的标准件尺寸信息。扫描待测涡轮导向器,以便获取待测涡轮导向器的准确数据所形成的扫描模型。根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,可以将待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型以同样的姿态放置于同一位置,从而使待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型重合,可以精确确定扫描模型的喉道面积。获取三维模型的喉道标准面积后,根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,可以快速准确地判断扫描模型的喉道是否符合要求。本方案相对于现有技术可以获得涡轮导向器每一喉道面积和涡轮导向器的喉道总面积,并且检测工序较短,检测误差较小,检测成本低,可以快速、精确、批量地检测涡轮导向器喉道面积。
可选地,定位基准信息包括平面固定信息、径向固定信息以及轴向固定信息。
其中,平面固定信息是确定待测涡轮导向器的某一平面以固定姿态放置在空间的位置。径向固定信息是确定待测涡轮导向器在空间中放置的高度。轴向固定信息是确定待测涡轮导向器的转轴在空间中放置的姿态。
示例性地,图4为本发明实施例提供的一种涡轮导向器平面固定的结构示意图,如图4所示,平面固定信息包括至少三个点的坐标信息,即点P1、点P2以及点P3的坐标信息。其中,点P1、点P2以及点P3同时处于与涡轮导向器共圆心的圆周上,需要注意的是,点P1、点P2以及点P3同时所在的圆的半径需大于待测涡轮导向器叶片的底端到圆心的距离,并小于待测涡轮导向器叶片的尖端到圆心的距离。图5为本发明实施例提供的一种沿图4中M-M’方向正视涡轮导向器径向固定的结构示意图,如图5所示,径向固定信息包括待测涡轮导向器在空间中放置的高度,例如点P1到基准面的高度。图6为本发明实施例提供的一种沿图4中N-N’方向正视涡轮导向器轴向固定的结构示意图,如图6所示,轴向固定信息包括叶片轴向的位置,例如图中右叶片在空间中的轴向姿态的固定信息,或根据图中右叶片的切点R的具体坐标信息。
图7为本发明实施例提供的另一种涡轮导向器喉道面积检测方法的流程示意图,该方法具体包括如下步骤:
S210、获取待测涡轮导向器的三维模型和定位基准信息。
S220、采用3D扫描设备扫描待测涡轮导向器,获取待测涡轮导向器的点云数据。
其中,采用3D扫描设备扫描待测涡轮导向器,3D扫描仪很难通过从一个方向扫描一次来获得待测涡轮导向器的完整点云数据,采用3D扫描设备扫描待测涡轮导向器信息需要通过多次扫描来完成,从而得到待测涡轮导向器的完整点云数据。
S230、对点云数据进行数据处理,得到扫描模型。
其中,每次扫描待测涡轮导向器的图像帧都是以扫描仪位置为零点的局部坐标系,也就是,每次扫描获得的点云数据的坐标系是独立且不相关的。由此需要对点云数据进行数据处理,即将这些点云阵列数据转换成相同的坐标系,从而对获得的点云数据进行拼接和匹配。对获得的点云数据进行拼接和匹配首先需要截取点云数据的一部分,形成点云“切片”(可以选取三角形的点云切片),然后将“切片”导入相关软件进行拼接匹配。在拼接点云数据的过程中,会进行一系列三维变换,例如平移、旋转和缩放等,最终得到扫描模型。
S240、根据三维模型中每一相邻叶片的相邻侧边上的定点,确定三维模型的每一喉道区域。
示例性的,继续参考图2,三维模型中每一相邻叶片的相邻侧边上的定点分别为相邻叶片形成喉道的两侧尖端部分相距最近的A点和B点,相邻叶片形成喉道的两侧底端部分相距最近的C点和D点,以A点、B点、C点以及D点围成的区域为基础,在相邻叶片的间隔区间内延伸,确定三维模型的每一喉道区域。图8为本发明实施例提供的一种待测涡轮导向器三维模型的每一喉道区域的结构示意图。图8中待测涡轮导向器三维模型的每一喉道区域均由上述方法确定。
S250、根据定位基准信息和三维模型的每一喉道区域,拟合确定扫描模型的每一喉道区域,构建扫描模型的每一喉道片体单元。
其中,根据定位信息,可以将待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型以同样的姿态放置于同一位置,从而使待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型重合。在待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型重合后,根据三维模型的每一喉道区域拟合确定扫描模型的每一喉道区域,即以三维模型的每一喉道区域为基准进行调整拟合确定扫描模型的每一喉道区域。示例性的,若扫描模型的喉道区域边界在三维模型的喉道区域边界之外,则需要逐渐扩大维模型的喉道区域边界直至与扫描模型的喉道区域边界重合,由此确定扫描模型的喉道区域,并构建扫描模型的喉道区域形状一致的片体单元,即扫描模型的喉道片体单元。
S260、计算每一喉道片体单元的面积,得到扫描模型的每一喉道的面积。
其中,通过3D扫描软件可以检测到每一喉道片体单元的面积,从而得到扫描模型的每一喉道的面积。
S270、根据每一喉道片体单元的面积,计算所有喉道片体单元的总面积,得到扫描模型所有喉道的总面积。
示例性的,假设每一喉道片体单元的面积分别为S
1,S
2,S
3,…S
n,则所有喉道片体单元的总面积A
n为:
S280、调取三维模型的三维信息,获取三维模型的每一喉道面积和三维模型所有喉道的总面积。
其中,待测涡轮导向器的三维模型中包含三维模型的三维信息,可以直接调取三维模型的三维信息,将三维模型的每一喉道面积和三维模型所有喉道的总面积筛选出来。
S290、计算三维模型的每一喉道面积与其所拟合的扫描模型的每一喉道面积的差值,得到第一面积差值;判断第一面积差值是否符合第一预设误差指标。
其中,第一预设误差指标是预设的扫描模型的每一喉道面积与三维模型的每一喉道面积差值的最大允许误差值。计算三维模型的每一喉道面积与其所拟合的扫描模型的每一喉道面积的差值,得到第一面积差值后,将第一面积差值与第一预设误差指标对比,若是第一面积差值小于第一预设误差指标,则表示扫描模型的喉道面积符合要求;若是第一面积差值大于第一预设误差指标,则表示扫描模型的喉道面积不符合要求,此时会根据报废指标判断待测涡轮导向器是需要报废还是进行尺寸返修。若是待测涡轮导向器需要进行尺寸返修,则返修后需要重新进行喉道面积检测。
S300、计算三维模型所有喉道的总面积与扫描模型所有喉道的总面积的第二面积差值;判断第二面积差值是否符合第二预设误差指标。
其中,第二预设误差指标是预设的扫描模型所有喉道的总面积与三维模型所有喉道的总面积差值的最大允许误差值。计算扫描模型所有喉道的总面积与三维模型所有喉道的总面积的差值,得到第二面积差值后,将第二面积差值与第二预设误差指标对比,若是第二面积差值小于第二预设误差指标,则表示扫描模型所有喉道的总面积符合要求;若是第二面积差值大于第二预设误差指标,则表示扫描模型所有喉道的总面积不符合要求,此时会根据报废指标判断待测涡轮导向器是报废还是进行尺寸返修。若是待测涡轮导向器需要进行尺寸返修,则返修后需要重新进行喉道面积检测。
图9为本发明实施例提供的一种涡轮导向器喉道面积检测装置的结构示意图,如图9所示,涡轮导向器喉道面积检测装置包括:
第一获取模块910,用于获取待测涡轮导向器的三维模型和定位基准信息;
扫描模块920,用于扫描待测涡轮导向器,获取扫描模型;
扫描模型喉道面积确定模块930,用于根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,确定扫描模型的喉道面积;
第二获取模块940,用于获取三维模型的喉道面积;
判断模块950,用于根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,判断扫描模型的喉道是否符合要求。
本发明实施例,第一获取模块通过获取待测涡轮导向器的三维模型和定位基准信息,从而获取待测涡轮导向器的标准件尺寸信息。扫描模块扫描待测涡轮导向器,以便获取待测涡轮导向器的准确数据所形成的扫描模型。扫描模型喉道面积确定模块根据定位基准信息,拟合三维模型和扫描模型,可以将待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型以同样的姿态放置于同一位置,从而使待测涡轮导向器的扫描模型和待测涡轮导向器的三维模型重合,可以精确确定扫描模型的喉道面积。第二获取模块获取三维模型的喉道标准面积后,判断模块根据预设误差指标和三维模型的喉道面积,可以快速准确地判断扫描模型的喉道是否符合要求。本方案相对于现有技术可以获得涡轮导向器每一喉道面积和涡轮导向器的喉道总面积,并且检测工序较短,检测误差较小,检测成本低,可以快速、精确、批量地检测涡轮导向器喉道面积。
可选地,定位基准信息包括平面固定信息、径向固定信息以及轴向固定信息。
可选地,扫描模块,具体用于采用3D扫描设备扫描待测涡轮导向器,获取待测涡轮导向器的点云数据;对点云数据进行数据处理,得到扫描模型。
可选地,涡轮导向器喉道面积检测装置还包括:
三维模型喉道区域确定模块,用于根据三维模型中每一相邻叶片的相邻侧边上的定点,确定三维模型的每一喉道区域。
可选地,扫描模型喉道面积确定模块,具体用于根据定位基准信息和三维模型的每一喉道区域,拟合确定扫描模型的每一喉道区域,构建扫描模型的每一喉道片体单元;
计算每一喉道片体单元的面积,得到扫描模型的每一喉道的面积。
可选地,扫描模型喉道面积确定模块,还具体用于根据每一喉道片体单元的面积,计算所有喉道片体单元的总面积,得到扫描模型所有喉道的总面积。
可选地,第二获取模块,具体用于调取三维模型的三维信息,获取三维模型的每一喉道面积和三维模型所有喉道的总面积。
可选地,判断模块,具体用于计算三维模型的每一喉道面积与其所拟合的扫描模型的每一喉道面积的差值,得到第一面积差值;
判断第一面积差值是否符合第一预设误差指标。
可选地,判断模块,还具体用于计算三维模型所有喉道的总面积与扫描模型所有喉道的总面积的第二面积差值;
判断第二面积差值是否符合第二预设误差指标。
上述实施例所提供的涡轮导向器喉道面积检测装置,可执行本发明任意实施例所提供的方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。