CN115451899A - 一种航空发动机同轴度装配测量仪校准方法与装置 - Google Patents

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Abstract

一种航空发动机同轴度装配测量仪校准方法与装置属于精密仪器及机械技术领域；角度测量单元包括竖直调节机构(11)、信号读取器(12)、水平调节机构(15)、多自由度调节机构(9)；位移测量单元包括位移传感器(3)、多自由度调节机构(9)、圆度标准器(4)；角度信号获取单元包括角度传感器(1)、角度传感器支座(2)、信号读取器(12)、调整定位器(18)；调整位姿单元包括多自由度调节机构(9)、立柱(8)、调节臂(5)、调节臂锁紧机构(6)、调节机构(7)；调整位移传感器(3)的触头与圆度标准器(4)相接触，按角度传感器(1)指示的角度位置采集数据，经数据处理获得航空发动机同轴度装配测量仪的回转误差校准结果；本发明可实现航空发动机同轴度装配测量仪精确快速现场校准。

Description

一种航空发动机同轴度装配测量仪校准方法与装置
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种航空发动机同轴度装配测量仪校准方法与装置。
背景技术
航空发动机被称为“工业皇冠上的明珠”，是装备制造领域的尖端产品，代表着一个国家的科技水平和综合国力。航空发动机的装配过程占全机生产工作的一半以上，装配质量对航空发动机工作的稳定性影响很大。航空发动机装配过程中若造成同轴度超差、螺栓预紧力不均匀，会造成转子转动不平衡现象，产生振动和噪声，甚至造成发动机停机现象。航空发动机同轴度装配测量仪的校准工作对于航空发动机装配至关重要。
专利CN111043995A“校准三坐标测量机转台的方法及装置”,提出了一种三坐标测量机转台的校准方法及装置，通过在转台转动到不同角度时拟合已知尺寸的圆柱规得到圆柱模型，进而构建该圆柱模型的对称圆柱模型并确定该对称圆柱模型的对称中心线，最后根据该对称中心线校准转台的转台轴。
文献(陈爽,鲁伟俊,张强,秦敏.基于参数估计的精密离心机回转轴线测量方法[J].仪器仪表学报,2020,41(06):76-84.DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.J2006260.)通过高斯滤波、偏心量及倾斜量参数估计、自动化调整，提出了一种基于参数估计的精密离心机回转轴线测量方法，可实现标准圆柱棒几何中心线与回转轴线重合，达到基准转换的目的。其过程复杂，需要用到六轴运动平台，控制精度要求极高且标准器的几何中心线也无法完全表征轴线在各截面的具体情况。
综上所述，针对航空发动机同轴度装配测量仪需要一种方便且稳定的校准方法和装置。
发明内容
针对上述现有技术所存在的不足，本发明提出了一种航空发动机同轴度装配测量仪校准方法和装置。
本发明的技术方案是：
一种航空发动机同轴度装配测量仪校准方法,该方法包括以下步骤：
1)调整航空发动机同轴度装配测量仪工作台面处于水平状态；
2)将花岗岩桥板置于工作台面中心，圆度标准器置于花岗岩桥板上，调整圆度标准器使其中心位于转台轴线上；
3)将角度传感器装配于角度传感器支座上，角度传感器支座置于工作台面上，以角度传感器支座的内环面E为基准，调整角度传感器使其中心轴线与转台轴线重合；
4)使调整定位器的底面B与角度传感器支座的表面C相贴合，调整定位器的表面D与角度传感器的表面I相贴合；使信号读取器的下端面J与调整定位器的表面F相贴合，侧端面K与调整定位器的表面G相贴合；信号读取器的感光部分正对调整定位器的窗口，使角度传感器处于正常工作状态后，移除调整定位器；
5)调整位移传感器使其触头与圆度标准器相接触，并使位移传感器的测量轴线与转台轴线正交；
6)位移传感器控制器控制位移传感器按角度传感器指示的角度位置采集数据，在相互垂直的X向和Y向上测量，测量值为Xi和Yi，i＝1,2,3,...,[360/Δθ]，Δθ为采样角度间隔；
7)将Xi和Yi展开成傅氏级数：
Figure BDA0003877046200000021
式中i＝1,2,...,[360/Δθ]，Δθ为采样角度间隔，k为谐波次数，ax0、ay0为零次项系数，ax1、bx1、ay1、by1为一次项系数，去除零次和一次谐波分量，有：
Figure BDA0003877046200000022
经数据处理有：
Figure BDA0003877046200000023
8)航空发动机同轴度装配测量仪的回转误差校准结果为：L＝max{Li}。
一种航空发动机同轴度装配测量仪校准装置，包括角度测量单元、位移测量单元、角度信号获取单元和调整位姿单元，所述的角度测量单元包括竖直调节机构、信号读取器、水平调节机构、多自由度调节机构；所述的竖直调节机构通过锁紧机构与多自由度调节机构连接，通过调节锁紧机构调整信号读取器竖直方向的高度，所述的竖直调节机构通过水平调节结构与信号读取器固连，水平调节结构调整信号读取器水平方向移动；
所述的位移测量单元包括位移传感器、多自由度调节机构、圆度标准器；所述的花岗岩桥板置于工作台面的中心，圆度标准器置于花岗岩桥板上；所述的位移传感器与多自由度调节机构通过锁紧机构固定，通过锁紧机构调整位移传感器的位姿，使位移传感器的测量轴线与转台轴线正交；
所述的角度信号获取单元包括角度传感器、角度传感器支座、信号读取器、调整定位器；所述的角度传感器与角度传感器支座采用锥面配合方式，角度传感器的端面L上分布有圆周阵列螺纹孔，与角度传感器支座端面C分布的螺纹孔相对应，通过配置在圆周阵列螺纹孔螺钉调节角度传感器的位姿；所述的调整定位器的底面B与角度传感器支座的表面C相贴合，调整定位器的表面D与角度传感器表面I相贴合，调整信号读取器，使其下端面J与调整定位器的表面F相贴合，使其侧端面K与调整定位器的表面G相贴合，信号读取器的感光部分正对调整定位器的窗口；
所述的调整位姿单元包括多自由度调节机构、立柱、调节臂、锁紧机构、调节机构，所述的立柱通过螺栓连接固定，锁紧机构调整调节臂沿立柱竖直方向以及绕立柱水平方向的运动，调节机构调整调节臂绕立柱竖直方向的运动。
所述的多自由度调节机构包括锁紧旋钮、第一关节、第二关节、第三关节、底座、第一直臂、第二直臂、第三直臂；所述的多自由度调节机构通过第三关节与底座固连，第二直臂可绕第二关节旋转，第二直臂与第三直臂通过锁紧旋钮锁紧，竖直调节机构通过锁紧机构与第一直臂固连。
所述的角度传感器与角度传感器支座的配合面为锥面。
所述的调整定位器为L型结构，其厚度h和w的数值为角度传感器与信号读取器的有效探测距离。
所述的花岗岩桥板与回转台接触一侧开有导气槽。
附图说明
图1为航空发动机同轴度装配测量仪校准装置结构示意图；
图2为位移测量单元结构示意图；
图3为角度测量单元结构示意图；
图4为角度信号获取单元结构示意图；
图5为角度传感器支座结构示意图；
图6为调整定位器结构示意图；
图7为多自由度调节机构示意图
图8为花岗岩桥板结构示意图；
图中：1、角度传感器；2、角度传感器支座；3、位移传感器；4、圆度标准器；5、调节臂；6、调节臂锁紧机构；7、调节机构；8、立柱；9、多自由度调节机构；10、位移传感器控制器；11、竖直调节机构；12、信号读取器；13、花岗岩桥板；14、转台；15、水平调节机构；16、锁紧机构；17、圆周阵列螺纹孔；18、调整定位器；19、螺纹孔；20、第一直臂；21、第一关节；22、第二直臂；23、锁紧旋钮；24、第二关节；25、第三直臂；26、第三关节；27、底座；28、导气槽；a、轴线；A、工作台面。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置中调整定位器(18)设计为L型结构，其厚度h和w的数值为角度传感器(1)与信号读取器(12)的有效探测距离，调整定位器(18)实现了信号读取器(12)的快速调整，使校准系统具有高的测量效率。
2、本发明装置中立柱(8)通过螺栓连接固定，调节臂锁紧机构(6)调整调节臂(5)沿立柱(8)竖直方向以及绕立柱(8)水平方向的运动，调节机构(7)调整调节臂(5)绕立柱(8)竖直方向的运动，调节臂(5)末端与位移传感器(3)或竖直调节机构(11)相连，保证了校准系统的灵活性和稳定性。
3、本发明装置中多自由度调节机构(9)通过第三关节(26)与底座(27)固连，第二直臂(22)可绕第二关节(24)旋转，第二直臂(22)与第三直臂(25)通过锁紧旋钮(23)锁紧，竖直调节机构(11)以及位移传感器(3)通过锁紧机构(16)与第一直臂(20)固连，提高了校准系统的便携性。
4、本发明装置中花岗岩桥板(13)与回转台接触一侧开有导气槽(28)，保证了圆度标准器(4)不受转台排气的影响。
本发明方法与装置用途广泛，尤其适用于航空发动机同轴度装配测量仪校准。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
一种航空发动机同轴度装配测量仪校准方法，测量过程包括以下步骤：
1)调整航空发动机同轴度装配测量仪工作台面(A)处于水平状态；
2)将花岗岩桥板13置于工作台面A中心，圆度标准器4置于花岗岩桥板13上，调整圆度标准器4使其中心位于转台(14)轴线a上；
3)将角度传感器1装配于角度传感器支座2上，角度传感器支座2置于工作台面A上，以角度传感器支座2的内环面E为基准，调整角度传感器1使其中心轴线与转台14轴线(a)重合；
4)使调整定位器18的底面B与角度传感器支座2的表面C相贴合，调整定位器18的表面D与角度传感器1的表面I相贴合；多自由度调节机构9通过第三关节26与底座27固连，第二直臂22可绕第二关节24旋转，第二直臂22与第三直臂25通过锁紧旋钮23锁紧，竖直调节机构11通过锁紧机构16与第一直臂20固连，通过调节锁紧机构16调整信号读取器12竖直方向的高度，使信号读取器12的下端面J与调整定位器18的表面F相贴合；通过水平调节结构15调整信号读取器12水平方向移动，使其侧端面K与调整定位器18的表面G相贴合；信号读取器12的感光部分正对调整定位器18的窗口H，使角度传感器1处于正常工作状态后，移除调整定位器18；
5)多自由度调节机构9通过第三关节26与底座27固连，第二直臂22可绕第二关节24旋转，第二直臂22与第三直臂25通过锁紧旋钮23锁紧，位移传感器3通过锁紧机构16与第一直臂固连，通过锁紧机构16调整位移传感器3的位姿，使位移传感器3的触头与圆度标准器4相接触，并使位移传感器3的测量轴线与转台14轴线a正交；
6)位移传感器控制器10控制位移传感器3按角度传感器1指示的角度位置采集数据，在相互垂直的X向和Y向上测量，测量值为Xi和Yi，i＝1,2,3,...,[360/Δθ]，Δθ为采样角度间隔；
将周期函数Xi和Yi展开成傅氏级数：
Figure BDA0003877046200000061
式中i＝1,2,...,[360/Δθ]，Δθ为采样角度间隔，k为谐波次数，ax0、ay0为零次项系数，ax1、bx1、ay1、by1为一次项系数，有：
Figure BDA0003877046200000062
去除零次和一次谐波分量，有：
Figure BDA0003877046200000063
经数据处理有：
Figure BDA0003877046200000064
7)航空发动机同轴度装配测量仪的回转误差校准结果为L＝max{Li}。

Claims (6)

1.一种航空发动机同轴度装配测量仪校准方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)调整航空发动机同轴度装配测量仪工作台面(A)处于水平状态；
2)将花岗岩桥板(13)置于工作台面(A)中心，圆度标准器(4)置于花岗岩桥板(13)上，调整圆度标准器(4)使其中心位于转台(14)轴线(a)上；
3)将角度传感器(1)装配于角度传感器支座(2)上，角度传感器支座(2)置于工作台面(A)上，以角度传感器支座(2)的内环面E为基准，调整角度传感器(1)使其中心轴线与转台(14)轴线(a)重合；
4)使调整定位器(18)的底面B与角度传感器支座(2)的表面C相贴合，调整定位器(18)的表面D与角度传感器(1)的表面I相贴合；使信号读取器(12)的下端面J与调整定位器(18)的表面F相贴合，侧端面K与调整定位器(18)的表面G相贴合；信号读取器(12)的感光部分正对调整定位器(18)的窗口(H)，使角度传感器(1)处于正常工作状态后，移除调整定位器(18)；
5)调整位移传感器(3)使其触头与圆度标准器(4)相接触，并使位移传感器(3)的测量轴线与转台(14)轴线(a)正交；
6)位移传感器控制器(10)控制位移传感器(3)按角度传感器(1)指示的角度位置采集数据，在相互垂直的X向和Y向上测量，测量值为Xi和Yi，i＝1,2,3,...,[360/Δθ]，Δθ为采样角度间隔；
7)将Xi和Yi展开成傅氏级数：
Figure FDA0003877046190000011
式中i＝1,2,...,[360/Δθ]，Δθ为采样角度间隔，k为谐波次数，ax0、ay0为零次项系数，ax1、bx1、ay1、by1为一次项系数，去除零次和一次谐波分量，有：
Figure FDA0003877046190000012
经数据处理有：
Figure FDA0003877046190000013
8)航空发动机同轴度装配测量仪的回转误差校准结果为：L＝max{Li}。
2.一种实施权利要求1所述方法的航空发动机同轴度装配测量仪校准装置，包括角度测量单元、位移测量单元、角度信号获取单元和调整位姿单元；其特征在于：所述的角度测量单元包括竖直调节机构(11)、信号读取器(12)、水平调节机构(15)、多自由度调节机构(9)；所述的竖直调节机构(11)通过锁紧机构(16)与多自由度调节机构(9)连接，通过调节锁紧机构(16)调整信号读取器(12)竖直方向的高度，所述的竖直调节机构(11)通过竖直调节机构(11)与信号读取器(12)固连，水平调节结构(15)调整信号读取器(12)水平方向移动；
所述的位移测量单元包括位移传感器(3)、多自由度调节机构(9)、圆度标准器(4)；所述的花岗岩桥板(13)置于工作台面(A)中心，圆度标准器(4)置于花岗岩桥板(13)上；所述的位移传感器(3)与多自由度调节机构(9)通过锁紧机构(16)固定，通过锁紧机构(16)调整位移传感器(3)的位姿，使位移传感器(3)的测量轴线与转台(14)轴线(a)正交；
所述的角度信号获取单元包括角度传感器(1)、角度传感器支座(2)、信号读取器(12)、调整定位器(18)；所述的角度传感器(1)与角度传感器支座(2)采用锥面配合方式，角度传感器(1)的端面L上分布有圆周阵列螺纹孔(17)，与角度传感器支座(2)端面C分布的螺纹孔(19)相对应，通过配置在圆周阵列螺纹孔(17)螺钉调节角度传感器(1)的位姿；所述的调整定位器(18)的底面(B)与角度传感器支座(2)的表面(C)相贴合，调整定位器(18)的表面(D)与角度传感器(1)表面(I)相贴合，调整信号读取器(12)，使其下端面(J)与调整定位器(18)的表面(F)相贴合，使其侧端面(K)与调整定位器(18)的表面(G)相贴合，信号读取器(12)的感光部分正对调整定位器(18)的窗口(H)；
所述的调整位姿单元包括多自由度调节机构(9)、立柱(8)、调节臂(5)、调节臂锁紧机构(6)、调节机构(7)，所述的立柱(8)通过螺栓连接固定，调节臂锁紧机构(6)调整调节臂(5)沿立柱(8)竖直方向以及绕立柱(8)水平方向的运动，调节机构(7)调整调节臂(5)绕立柱(8)竖直方向的运动。
3.根据权利要求2所述的一种实施权利要求1所述方法的航空发动机同轴度装配测量仪校准装置，其特征在于：所述的多自由度调节机构(9)包括锁紧旋钮(23)、第一关节(21)、第二关节(24)、第三关节(26)、底座(27)、第一直臂(20)、第二直臂(22)、第三直臂(25)；所述的多自由度调节机构(9)通过第三关节(26)与底座(27)固连，第二直臂(22)可绕第二关节(24)旋转，第二直臂(22)与第三直臂(25)通过锁紧旋钮(23)锁紧，竖直调节机构(11)通过锁紧机构(16)与第一直臂(20)固连。
4.根据权利要求2所述的一种实施权利要求1所述方法的航空发动机同轴度装配测量仪校准装置，其特征在于：所述的角度传感器(1)与角度传感器支座(2)的配合面为锥面。
5.根据权利要求2所述的一种实施权利要求1所述方法的航空发动机同轴度装配测量仪校准装置，其特征在于：所述的调整定位器(18)为L型结构，其厚度h和w的数值为角度传感器(1)与信号读取器(12)的有效探测距离。
6.根据权利要求2所述的一种实施权利要求1所述方法的航空发动机同轴度装配测量仪校准装置，其特征在于：所述的花岗岩桥板(13)与回转台接触一侧开有导气槽(28)。
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