CN116182761B - 一种发动机涡轮盘接叶偏差检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机涡轮盘接叶偏差检测方法及系统，系统包括自平衡工件台、控制器，自平衡工件台的顶部设有容纳槽，容纳槽内设有承载液体，承载液体的表面设有可以上下浮动的用于承载涡轮盘的承载台，承载台开设有中孔，中孔为上下两端开口大、中部开口小的结构，容纳槽的底部设有向上滑动穿过中孔的中柱，自平衡工件台的一侧设有与容纳槽连通的液体循环机构，自平衡工件台上设有环绕承载台的环形轨道，环形轨道设有滑动连接的机台，环形轨道的上方设有驱动机台运动的动力发生机构，机台设有用于检测涡轮盘的测距传感器，容纳槽内设有偏差补偿模块，控制器电性连接液体循环机构、动力发生机构，控制器信号连接测距传感器、偏差补偿模块。

Description

一种发动机涡轮盘接叶偏差检测方法及系统

技术领域

本发明涉及涡轮检测技术领域，更具体地说，它涉及一种发动机涡轮盘接叶偏差检测方法及系统。

背景技术

现代工业的一颗明珠是航空工业，对于民营航空领域而言，其因高效的载客运输能力而被大范围推广。

随着民航飞机的需求增大，相应的生产加工需求增大；对于飞机而言，发动机是极其关键的部件，因此对其有着极高的质量要求。涡轮盘，作为发动机承高温高压的重要部件，对发动机质量有着重大的影响。

参照图1所示，涡轮盘A上有涡轮叶片B；以往通过榫头、榫槽配合将叶片B装配至涡轮盘A。近年来出现有一种整体盘，整体盘相对而言结构简化、气流损失减小，所以更符合高性能航空需求，然而：整体盘的一种加工方式为焊接加工，其叶片采用电子束焊、线性摩擦焊或是真空固态扩散联结等焊接技术将前期加工的叶片焊接至叶盘，受焊接精度影响各叶片在焊接后存在精度误差需要再加铣削，但是铣削无法对叶片位置等固定偏差更改，为保障出厂的涡轮盘的质量，本申请提出一种新的技术方案对接叶后的涡轮盘做质检。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统。

本发明的目的二是提供一种发动机涡轮盘接叶偏差检测方法。

为了实现上述目的一，本发明提供一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统，包括自平衡工件台、控制器，所述自平衡工件台的顶部设有容纳槽，所述容纳槽内设有承载液体，所述承载液体的表面设有可以上下浮动的用于承载涡轮盘的承载台，所述承载台沿其中心轴线开设有中孔，中孔为上下两端开口大、中部开口小的结构，所述容纳槽的底部设有向上滑动穿过所述中孔的中柱，所述自平衡工件台的一侧设有与所述容纳槽连通的液体循环机构，所述自平衡工件台上设有环绕所述承载台的环形轨道，所述环形轨道设有滑动连接的机台，所述环形轨道的上方设有驱动所述机台运动的动力发生机构，所述机台设有用于检测所述涡轮盘的测距传感器，所述容纳槽内设有偏差补偿模块，所述控制器电性连接所述液体循环机构、动力发生机构，所述控制器信号连接所述测距传感器、偏差补偿模块。

作为进一步地改进，所述液体循环机构包括与所述容纳槽连通的注射器、驱动所述注射器的活塞往复运动的直线驱动单元，所述控制器电性连接所述直线驱动单元。

进一步地，所述控制器通过无线信号连接所述测距传感器，所述机台设有给所述测距传感器供电的蓄电池。

进一步地，所述环形轨道包括环形滑槽，所述环形滑槽内设有引导环，所述机台的底部设有滑动连接所述引导环的滑套。

进一步地，所述动力发生机构包括第一电极导轨、第二电极导轨，第一电极导轨与第二电极导轨的相向面为内凹结构，所述第一电极导轨、第二电极导轨分别电性连接电源模块的两极，所述机台的前后两侧分别固定有导电的芯棒，所述芯棒被滑动夹持在所述第一电极导轨与第二电极导轨之间的内凹结构内，所述第一电极导轨、芯棒、第二电极导轨形成导电回路，所述控制器电性连接所述电源模块。

进一步地，所述承载台的顶部设有电磁铁，所述控制器电性连接所述电磁铁。

进一步地，所述偏差补偿模块包括信号连接所述控制器的液位传感器、陀螺仪，液位传感器设在所述容纳槽内，所述陀螺仪设置于漂浮在所述承载液体的漂浮板上。

进一步地，所述容纳槽的底部设有向上滑动穿过所述漂浮板的限位杆。

进一步地，所述承载液体为水或其他不易燃的液体。

为了实现上述目的二，本发明提一种发动机涡轮盘接叶偏差检测方法，包括：

将接叶后的涡轮盘放置于承载台上，且涡轮盘与承载台同中心轴线放置；

控制器控制动力发生机构驱动机台环绕承载台旋转，同时控制测距传感器获取涡轮盘同一高度各位置的距离检测值；

控制器根据距离检测值生成同一高度的侧向参数变化曲线，并计算同一高度的侧向参数变化曲线和预设的标准工件验证曲线的差值；

汇总差值，记为偏差数据。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有的优点为：

本发明通过将接叶后的涡轮盘放置于承载台，由动力发生机构驱动机台环绕承载台旋转，以连续检测测距传感器相对涡轮盘的距离，再通过控制器基于标准工件验证所得数据做偏差分析，帮助工作人员确定涡轮盘的缺陷，引导完成质检等工作；同时，本申请还可以在检测过程中可利用液位传感器和陀螺仪检测涡轮盘在Z轴方向上的干扰，得到补偿量，利用补偿量校正偏差分析，保障偏差检测的准确性。

附图说明

图1为涡轮盘的结构示意图；

图2为本发明中自平衡工件台的结构示意图；

图3为本发明中控制结构的结构示意图；

图4为本发明中机台的结构示意图；

图5为本发明中环形轨道的俯视结构示意图；

图6为本发明中环形轨道的局部结构示意图；

图7为本发明中动力发生机构的结构示意图；

图8为本发明中电极导轨的部分结构示意图。

其中：1-自平衡工件台、2-控制器、3-容纳槽、4-承载台、5-液体循环机构、6-环形轨道、7-机台、8-动力发生机构、9-测距传感器、10-注射器、11-直线驱动单元、12-蓄电池、13-环形滑槽、14-引导环、15-滑套、16-第一电极导轨、17-第二电极导轨、18-电源模块、19-芯棒、20-电磁铁、21-液位传感器、22-陀螺仪、23-漂浮板、24-中柱、25-限位杆、26-通孔、27-无线模块、28-滑板、29-连接板。

具体实施方式

下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。

参阅图2～图8，一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统，包括自平衡工件台1、控制器2。自平衡工件台1的顶部设有容纳槽3，容纳槽3内设有承载液体，承载液体可以是水或其他不易燃的液体；考虑取材的便捷性，本实施例直接选用过滤水。

承载液体的表面设有可以上下浮动的用于承载涡轮盘的承载台4，承载台4为圆台且为空心结构；诸如：塑料圆台；需要注意的是，要求承载台4的上台面至少打磨平整。使用时，承载台4漂浮于容纳槽3的承载液体的表面，且上台面高于自平衡工件台1的顶面；接叶后的涡轮盘平放于承载台4上，且优先与承载台4呈同中心轴线放置。承载台4沿其中心轴线开设有中孔，中孔为上下两端开口大、中部开口小的结构，容纳槽3的底部设有向上滑动穿过所述中孔的中柱24。如中孔的孔壁设置为朝向中间凸起，且凸起面为圆弧面，或中间靠近中心轴线且上下逐渐远离的拐角结构，即形成纵截面断口类似于上下两个漏斗小口相接的结构。即可利用中柱24限制承载台4横向偏移，又不会阻碍承载台4在涡轮盘重心偏移下产生歪斜，中柱24可以防止横向飘动而对检测结果产生干扰。

自平衡工件台1的一侧设有与容纳槽3连通的液体循环机构5，自平衡工件台1上设有环绕承载台4的环形轨道6，环形轨道6设有滑动连接的机台7，环形轨道6的上方设有驱动机台7运动的动力发生机构8，机台7设有用于检测涡轮盘的测距传感器9，容纳槽3内设有偏差补偿模块，控制器2电性连接液体循环机构5、动力发生机构8，控制器2信号连接测距传感器9、偏差补偿模块。

液体循环机构5可以令容纳槽3中的液面高度可变，即令本系统可对涡轮盘的不同高度的特征检测。液体循环机构5包括与容纳槽3连通的注射器10、驱动注射器10的活塞往复运动的直线驱动单元11，控制器2电性连接直线驱动单元11。容纳槽3通过通孔26连通注射器10，直线驱动单元11可以是直线马达或电动推杆或伺服气缸。之所以采用注射器10而非放水补水改变液位，是考虑放水容易造成涡流扰动液面，且防水补水的方式在容纳槽3中的液体不是水而是其他时，容易造成浪费；相对而言，在不考虑液体蒸发、挥发等损失时，注射器10的抽吸可保障容纳槽3中的液体总量持平，且不易扰动液面，从而保障检测的准确性。

优选的，控制器2通过无线信号连接测距传感器9，即控制器2通过无线模块27无线信号连接测距传感器9，无线模块27可以是蓝牙模块或WIFI模块或4G/5G模块，机台7设有给测距传感器9供电的蓄电池12，排除传输线、供电线对测距传感器9的牵制干扰，测距传感器9为激光测距传感器，检测时，激光测距传感器从涡轮盘侧方以预设的固定入射角（如：相对标准件的平视角）探测涡轮盘的相对位置。

环形轨道6俯视轮廓呈C型状，包括环形滑槽13，环形滑槽13内设有引导环14，引导环14通过连接板29连接环形滑槽13的底部，机台7的底部设有滑动连接引导环14的滑套15，滑套15呈C型状扣合于引导环14上，且滑套15的长度大于C型状环形轨道6的开口间隙宽度。机台7的两侧分别设有与环形轨道6顶部滑动连接的滑板28。

在本实施例中，动力发生机构8包括第一电极导轨16、第二电极导轨17，第一电极导轨16、第二电极导轨17为平行的且为弧形结构，即第一电极导轨16、第二电极导轨17俯视呈弧形，且弧心与环形轨道6的圆心重合，如图8所示为第一电极导轨16、第二电极导轨17的一部分结构示意图，第一电极导轨16与第二电极导轨17的相向面为内凹结构。第一电极导轨16、第二电极导轨17分别电性连接电源模块18的两极（正极和负极），控制器2电性连接电源模块18。机台7的前后两侧分别固定有导电的芯棒19，机台7为绝缘材料制成，芯棒19平行引导环14，芯棒19被滑动夹持在第一电极导轨16与第二电极导轨17之间，第一电极导轨16、芯棒19、第二电极导轨17形成导电回路，利用电磁力对芯棒19进行推送，以产生驱使机台7移动的推力。

可以理解的是，该推送方向类似于电磁炮，且因为推力大小受控于电流，所以推力大小更为可控，切换第一电极导轨16、第二电极导轨17的极性后可以实现机台7移动方向的改变。

以下用两种情况解释：

第一种：机台7单向一次次被电磁力推动做环形移动，此时，电源的两极固定，但是开启建议发生在芯棒19进入第一电极导轨16、第二电极导轨17后。

当芯棒19静止置于第一电极导轨16、第二电极导轨17之间，通电，电磁推送；随着机台7不断移动，其另一端的芯棒19逐渐插入两个导轨之间，此时再次通电，再次推送，由此令机台7一次次的环形移动。

因为上述环形移动的需求，所以需要芯棒19的横向宽度略大于所固定的机台7部位，以避免机台7发生干涉。机台7之所以设计为上小下大，此为第一个原因，第二个原因是锥台的结构强度更大。

第二种：机台7被顺时针推动一次，在另一端的芯棒插入第一电极导轨16、第二电极导轨17之间后，再被反向推动一次。此时，电源的两极需要做交换，交换方式，可以是：电源的对每个对外接线头分别有两根导线，连接电源的两极，然后每个导线上均设置开关元件；由此，即可通过开关元件的开闭决定对外接线头到底是正，还是负，实现极性切换。开关元件，可以是继电器，其触点串联导线，线圈电连接于控制器预设的继电器输出，以对继电器启闭控制。

在其他实施例中，动力发生机构8可以是诸如无人机弹射器一类的电推结构或气缸。

承载台4的顶部设有电磁铁20，控制器2电性连接电磁铁20，可以防止涡轮盘自身质量分布不均匀，或涡轮盘接叶后重心偏移会导致其放置于承载台4的中心轴线位置上时发生偏移，而造成涡轮盘从承载台上滑落的风险。

偏差补偿模块包括信号连接控制器2的液位传感器21、陀螺仪22，液位传感器21设在容纳槽3内，用于检测液位高度。陀螺仪22设置于漂浮在承载液体的漂浮板23上，用于检测输出Z轴方向的加速度，以计算Z轴方向振动量。

容纳槽3的底部设有向上滑动穿过漂浮板23的限位杆25，保证漂浮板23只能上下浮动。一方面可以用于减小液体蒸发导致的Z轴偏差影响，另一方面可以用于减小液面波动导致的Z轴偏差影响。

一种发动机涡轮盘接叶偏差检测方法，包括：

将接叶后的涡轮盘放置于承载台4上，且涡轮盘与承载台4同中心轴线放置；

控制器2控制动力发生机构8驱动机台7环绕承载台4旋转，同时控制测距传感器9获取涡轮盘同一高度各位置的距离检测值；

控制器2根据距离检测值生成同一高度的侧向参数变化曲线，并计算同一高度的侧向参数变化曲线和预设的标准工件验证曲线的差值；

汇总差值，记为偏差数据。

进一步地，控制器2接收液位传感器21和陀螺仪22的数据，计算补偿量，并基于补偿量校正偏差分析，输出结果作为偏差数据。

关于补偿量，其具体地：

假设容纳槽3的标准液位为z1，则注射器10在初始位置时容纳槽3中的液位为z1；

建立驱使注射器10动作的直线驱动单元11在X轴方向移动量x1与液位变化量z2的关系表；

若x1≠0，则理论液位z0=z1±z2；其中，x1逐渐增大为“-”，x1逐渐减小为“+”；

若液位传感器21输出的液位检测值为z3，则液体导致的Z轴向偏差d1=|z0-z3|。

进一步的，基于陀螺仪22的Z轴向检测值计算液面Z轴振动量d2。

基于时间轴计算各个时刻Z轴向偏差d1+Z轴振动量d2的总值d，即为补偿量。

关于偏差分析，其包括：

基于上述补偿量，实时更新距离检测值的取样高度；诸如：原计划高度为z1+h，实际为z1+h+d；

同一高度的距离检测值汇总，并记录于同一二维坐标系，得到涡轮盘的侧向参数变化曲线；其中，坐标系的X轴代表时间；

计算同一高度的侧向参数变化曲线和预设的标准工件验证曲线的差值；

汇总差值，记为偏差数据。

可以理解的是，在上述过程中各个涡轮盘需要以同一姿态下放；即，需要保证相互比较的同一时间的两个距离检测值对应着涡轮盘同一角度（圆的角度）；其中，同一时间，指的是每一轮检测过程的相同数值时刻，如：第4s的距离检测值和验证过程中的第4s的距离检测值比较。

已知涡轮盘的盘体结构为圆形，所以非叶片区域的距离检测值，无论哪一个高度、角度应该都是相同的；而叶片则不然，一旦接叶后的涡轮盘与标准工件差异超出误差范围，则无论是涡轮盘在自重作用下沉降量较大、偏斜较大，均会在偏差数据上存在明显差异。

比如：标准件令承载台4下沉5cm，此时有一个工件下沉7cm，则同一高度同一时刻同一角度，除了在涡轮盘的盘体上，激光打在叶片的位置明显出现差异，一个可能打在叶片上顶点下的2cm处，一个打在叶片上顶点下的4cm处，而叶片存在明显的弧度变化，由此，从偏差数据可明显得出距离检测值明显变化。

根据上述可知，本申请可帮助工作人员相对高效、精确的得到涡轮盘的接叶偏差数据，以实现对涡轮盘质检等。

在本方法的一个实施例中，还主动改变涡轮盘的高度，即本方法还包括：基于预设的升降逻辑控制直线驱动单元11动作驱使涡轮盘升降。

可以更为全面的对涡轮盘做侧向检测；同时，基于上述实施例的内容，控制器2可根据实时距离检测值是否符合承载台4空置时测得的距离检测阈值，判断出当前检测过程哪两个高度对应着涡轮盘的上下边，由此确定涡轮盘真实位置。

在得到涡轮盘的真实位置后，可以用于计算同一涡轮盘高度同一角度同一时刻的偏差量，由此可以在距离检测值减去测距传感器9与标准涡轮盘接叶最远端的间距，得到展开的涡轮盘侧向高差变化曲线，用于建立涡轮盘三维模型，以为后期的应力分析、车削作业做基础。

关于升降逻辑，在本方法的一个实施例中，具体地：

测距传感器9每转动一圈，直线驱动单元下降一个预设的最小高差；

当实时距离检测值符合承载台4空置时测得的距离检测阈值时，测距传感器9每转动一圈，直线驱动单元上升一个预设的最小高差。

上述测距传感器9是否转动一圈，可以设置为：根据耗时确定；因为驱动模组转动一圈的耗时是可以控制的；同时，其还可以通过在起始点配置光电传感器，通过光电检测信号确定是否转动一圈。

需要注意的是，由于测距传感器9的转动速度较快，所以在开始升降后，优先不继续执行记录距离检测值，产生侧向参数变化曲线；而是给出一个缓冲时间T，缓冲时间T后，一次升降完成，之后再次记录、分析、产生侧向参数变化曲线。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统，其特征在于，包括自平衡工件台（1）、控制器（2），所述自平衡工件台（1）的顶部设有容纳槽（3），所述容纳槽（3）内设有承载液体，所述承载液体的表面设有可以上下浮动的用于承载涡轮盘的承载台（4），所述承载台（4）沿其中心轴线开设有中孔，中孔为上下两端开口大、中部开口小的结构，所述容纳槽（3）的底部设有向上滑动穿过所述中孔的中柱（24），所述自平衡工件台（1）的一侧设有与所述容纳槽（3）连通的液体循环机构（5），所述自平衡工件台（1）上设有环绕所述承载台（4）的环形轨道（6），所述环形轨道（6）设有滑动连接的机台（7），所述环形轨道（6）的上方设有驱动所述机台（7）运动的动力发生机构（8），所述机台（7）设有用于检测所述涡轮盘的测距传感器（9），所述容纳槽（3）内设有偏差补偿模块，所述控制器（2）电性连接所述液体循环机构（5）、动力发生机构（8），所述控制器（2）信号连接所述测距传感器（9）、偏差补偿模块；

所述液体循环机构（5）包括与所述容纳槽（3）连通的注射器（10）、驱动所述注射器（10）的活塞往复运动的直线驱动单元（11），所述控制器（2）电性连接所述直线驱动单元（11）；

所述动力发生机构（8）包括第一电极导轨（16）、第二电极导轨（17），第一电极导轨（16）与第二电极导轨（17）的相向面为内凹结构，所述第一电极导轨（16）、第二电极导轨（17）分别电性连接电源模块（18）的两极，所述机台（7）的前后两侧分别固定有导电的芯棒（19），所述芯棒（19）被滑动夹持在所述第一电极导轨（16）与第二电极导轨（17）之间的内凹结构内，所述第一电极导轨（16）、芯棒（19）、第二电极导轨（17）形成导电回路，所述控制器（2）电性连接所述电源模块（18）；

所述偏差补偿模块包括信号连接所述控制器（2）的液位传感器（21）、陀螺仪（22），液位传感器（21）设在所述容纳槽（3）内，所述陀螺仪（22）设置于漂浮在所述承载液体的漂浮板（23）上。

2.根据权利要求1所述的一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统，其特征在于，所述控制器（2）通过无线信号连接所述测距传感器（9），所述机台（7）设有给所述测距传感器（9）供电的蓄电池（12）。

3.根据权利要求1所述的一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统，其特征在于，所述环形轨道（6）包括环形滑槽（13），所述环形滑槽（13）内设有引导环（14），所述机台（7）的底部设有滑动连接所述引导环（14）的滑套（15）。

4.根据权利要求1所述的一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统，其特征在于，所述承载台（4）的顶部设有电磁铁（20），所述控制器（2）电性连接所述电磁铁（20）。

5.根据权利要求1所述的一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统，其特征在于，所述容纳槽（3）的底部设有向上滑动穿过所述漂浮板（23）的限位杆（25）。

6.根据权利要求1所述的一种发动机涡轮盘接叶偏差检测系统，其特征在于，所述承载液体为水或其他不易燃的液体。

7.一种使用权利要求1-6任意一项所述的发动机涡轮盘接叶偏差检测系统的方法，其特征在于，包括：

将接叶后的涡轮盘放置于承载台（4）上，且涡轮盘与承载台（4）同中心轴线放置；

控制器（2）控制动力发生机构（8）驱动机台（7）环绕承载台（4）旋转，同时控制测距传感器（9）获取涡轮盘同一高度各位置的距离检测值；

控制器（2）根据距离检测值生成同一高度的侧向参数变化曲线，并计算同一高度的侧向参数变化曲线和预设的标准工件验证曲线的差值；

汇总差值，记为偏差数据。

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