CN116922028A - 一种航空发动机低涡长轴自动化精密对中方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机装配技术领域，具体涉及一种用于航空发动机低压涡轮转子组件装配过程中的精密高效自动化对中方法及系统。通过对安装好的双目相机子系统进行标定，得到发动机上多个定位标记点的成像特性，并在粗对中之后，通过双目相机实时获得定位特征的数据，计算出相对位置姿态偏差，控制大机械臂和多自由度精密调姿平台进行精密的运动，实现低涡长轴相对于航空发动机装配体的对中任务。本申请技术方案能够大幅提高航空低涡转子组件的装配效率、自动化水平和操作可靠性。

Description

一种航空发动机低涡长轴自动化精密对中方法及系统

技术领域

本发明涉及航空发动机装配技术领域，具体涉及一种用于航空发动机低压涡轮转子组件装配过程中的精密高效自动化对中方法及系统。

背景技术

低压涡轮转子组件是航空发动机的关键部分，由于低涡转子组件包括有一个几乎贯穿航空发动机前后的长轴零部件，其装配过程是一项零部件结构复杂、精度要求高、技术难度大的工作。传统上，要实现低压涡轮轴插入且穿过航空发动机高压转子中心，并与风扇组件的支承组件准确连接，需要通过人工观察或者激光跟踪仪调试对准的方式，以保障装配操作过程中低压涡轮长轴零部件在发动机中心的对中性。由于无论是人工仔细观察或者激光跟踪仪对准，都需要较长的工作调试周期以避免由于过大的对准误差导致连接损伤等问题，所以低压涡轮轴的装配对中操作效率普遍较低。近年来，国内外对航空发动机的高效可靠装配的需求越来越强烈，所以迫切需要发展一种新型的自动化、智能化的技术手段来实现低压涡轮转子组件装配过程中的长轴零部件高效对中难题。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足,本发明提出了一种用于航空发动机整机装配过程的低涡长轴自动化精密对中的技术方案。

本发明提出一种低涡长轴自动化精密对中系统，所述系统包括：

大型机械臂，以进行大角度回转及上下精密可控运动，用于吊装航空发动机低压涡轮转子组件。

多自由度精密调姿平台，安装在大型机械臂上，通过低涡转子组件安装工装连接着低压涡轮转子组件，能够进行多自由度的精密运动调节，在发动机装配过程实现低压涡轮长轴的精密对中任务。

低涡长轴组件安装工装，能够对低涡长轴组件进行精密定位和夹紧，并安装到多自由度精密调姿平台上。

双目相机子系统，与多自由度精密调姿平台进行固定连接，与低涡长轴组件始终保持准确的相对位姿关系。

数据处理及操作控制子系统，能够接收双目相机子系统的图像数据，通过软件程序进行数据处理，计算出多自由度精密调姿平台的调姿参数并发送控制指令。

本发明还提出一种低涡长轴自动化精密对中系统的对中方法，所述方法包括：

步骤1：对安装好的双目相机子系统进行标定，确定出理想对中条件下，在给定距离时，相机要检测的发动机上多个定位标记点的成像特性。

步骤2：使大机械臂和多自由度精密调姿平台进入初始操作状态，使低涡长轴相对于航空发动机装配体完成粗对中任务。

步骤3：使用双目相机子系统，对航空发动机装配体上的多个定位标记点进行成像。

步骤4：将双目相机子系统的图像数据以及与发动机装配体上指定端面的距离数据发送给数据处理及操作控制子系统，通过软件程序进行数据处理，计算出低涡转子组件相对于发动机装配体的偏心距、角度差，然后根据偏心距和角度差测算出来多自由度精密调姿平台的调姿参数并控制多自由度精密调姿平台进行运动，实现精密对中。

步骤5：操作机械臂缓慢下降，使得低压涡轮轴逐渐插入且穿过航空发动机高压转子中心，与风扇单元的支承组件准确对接。

根据本发明的一种实施方式，所述数据处理及操作控制子系统的数据处理程序包括一项关键的算法，对双目相机子系统的图像数据进行处理以计算出低涡转子组件相对于发动机装配体的偏心距、角度差。具体包括如下步骤：

步骤4.1：数据处理程序中包括有一个理想对中条件成像数据库，数据库中存储了理想对中条件下在给定距离对应的定位标记点的成像数据；

步骤4.2：提取双目相机系统对航空发动机装配体上多个定位标记点的当前成像数据，计算这些定位标记点的坐标、计算这些定位点构成的图形At的面积；

步骤4.3：计算图形面积At与成像数据库中标准图形Az的面积比值数据并取平方根,以成像数据库中标准图形Az对应的名义距离数据为参考，推算出当前成像位置与发动机装配体上指定端面的实际距离；

步骤4.4：根据当前成像图形及定位标记点坐标数据，与成像数据库中的标准图形及定位标记点坐标数据进行比较，计算出低压涡轮轴当前位置与理想对中位置的偏心距离和角度差值。

除此之外，本申请还提供了一种低涡长轴自动化精密对中方法的计算设备以及计算机可读存储介质，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行以实现上述低涡长轴自动化精密对中方法。所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现上述低涡长轴自动化精密对中方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用了全自动化闭环控制的技术方案，通过双目相机实时获得定位特征的数据，并计算出相对位置姿态偏差，控制大机械臂和多自由度精密调姿平台进行精密的运动，实现低涡长轴相对于航空发动机装配体的对中任务，能够大幅提高航空低涡转子组件的装配效率、自动化水平和操作可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1低涡长轴自动化精密对中系统结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

结合附图1，本发明提出的低涡长轴自动化精密对中系统，所包括：大型机械臂(1)、多自由度精密调姿平台(2)、低涡长轴组件安装工装(3)、双目相机子系统(4)、数据处理及操作控制子系统(5)、发动机上多个定位标记点(6)。

其中大型机械臂以进行大角度回转及上下精密可控运动，用于吊装航空发动机低压涡轮转子组件。

多自由度精密调姿平台，安装在大型机械臂上，通过低涡转子组件安装工装连接着低压涡轮转子组件，能够进行多自由度的精密运动调节，在发动机装配过程实现低压涡轮长轴的精密对中任务。

低涡长轴组件安装工装，能够对低涡长轴组件进行精密定位和夹紧，并安装到多自由度精密调姿平台上。

双目相机子系统，与多自由度精密调姿平台进行固定连接，与低涡长轴组件始终保持准确的相对位姿关系。

数据处理及操作控制子系统，能够接收双目相机子系统的图像数据，通过软件程序进行数据处理，计算出多自由度精密调姿平台的调姿参数并发送控制指令。

本发明还提出一种低涡长轴自动化精密对中方法，所述方法包括：

步骤1：对安装好的双目相机子系统进行标定，确定出理想对中条件下，在给定距离时，相机要检测的发动机上多个定位标记点的成像特性。

步骤2：使大机械臂和多自由度精密调姿平台进入初始操作状态，使低涡长轴相对于航空发动机装配体完成粗对中任务。

步骤3：使用双目相机子系统，对航空发动机装配体上的多个定位标记点进行成像。

步骤4：将双目相机子系统的图像数据以及与发动机装配体上指定端面的距离数据发送给数据处理及操作控制子系统，通过软件程序进行数据处理，计算出低涡转子组件相对于发动机装配体的偏心距、角度差，然后根据偏心距和角度差测算出来自由度精密调姿平台的调姿参数并控制多自由度精密调姿平台进行运动，实现精密对中。

步骤5：操作机械臂缓慢下降，使得低压涡轮轴逐渐插入且穿过航空发动机高压转子中心，与风扇单元的支承组件准确对接。

根据本发明的一种实施方式，所述数据处理及操作控制子系统的数据处理程序包括一项关键的算法，对双目相机子系统的图像数据进行处理以计算出低涡转子组件相对于发动机装配体的偏心距、角度差。具体包括如下步骤：

步骤4.1：数据处理程序中包括有一个理想对中条件成像数据库，数据库中存储了理想对中条件下在给定距离对应的定位标记点的成像数据；

步骤4.2：提取双目相机系统对航空发动机装配体上多个定位标记点的当前成像数据，计算这些定位标记点的坐标、计算这些定位点构成的图形At的面积；

步骤4.3：计算图形面积At与成像数据库中标准图形Az的面积比值数据并取平方根,以成像数据库中标准图形Az对应的名义距离数据为参考，推算出当前成像位置与发动机装配体上指定端面的实际距离；

步骤4.4：根据当前成像图形及定位标记点坐标数据，与成像数据库中的标准图形及定位标记点坐标数据进行比较，计算出低压涡轮轴当前位置与理想对中位置的偏心距离和角度差值。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种低涡长轴自动化精密对中系统的对中方法，所述方法包括：

步骤1：对安装好的双目相机子系统进行标定，确定出理想对中条件下，给定距离时，相机要检测的发动机上多个定位标记点的成像特性；

步骤2：使大机械臂和多自由度精密调姿平台进入初始操作状态，使低涡长轴相对于航空发动机装配体完成粗对中任务；

步骤3：使用双目相机子系统，对航空发动机装配体上的多个定位标记点进行成像；

步骤4：将双目相机子系统的图像数据以及与发动机装配体上指定端面的距离数据发送给数据处理及操作控制子系统，计算出低涡转子组件相对于发动机装配体的偏心距、角度差，根据偏心距和角度差测算出来多自由度精密调姿平台的调姿参数并控制多自由度精密调姿平台进行运动，实现精密对中。

2.根据权利要求1所述的低涡长轴自动化精密对中的方法，其特征在于方法还进一步包括：

步骤5：操作机械臂缓慢下降，使得低压涡轮轴逐渐插入且穿过航空发动机高压转子中心，与风扇单元的支承组件准确对接。

3.根据权利要求1所述的低涡长轴自动化精密对中的方法，其特征在于步骤4中对双目相机子系统的图像数据进行处理以计算出低涡转子组件相对于发动机装配体的偏心距、角度差，具体包括如下步骤：

步骤4.1：数据处理程序中包括有一个理想对中条件成像数据库，数据库中存储了理想对中条件下在给定距离对应的定位标记点的成像数据；

步骤4.2：提取双目相机系统对航空发动机装配体上多个定位标记点的当前成像数据，计算这些定位标记点的坐标、计算这些定位点构成的图形At的面积；

步骤4.3：计算图形面积At与成像数据库中标准图形Az的面积比值数据并取平方根,以成像数据库中标准图形Az对应的名义距离数据为参考，推算出当前成像位置与发动机装配体上指定端面的实际距离；

步骤4.4：根据当前成像图形及定位标记点坐标数据，与成像数据库中的标准图形及定位标记点坐标数据进行比较，计算出低压涡轮轴当前位置与理想对中位置的偏心距离和角度差值。

4.一种低涡长轴自动化精密对中系统，所包括：大型机械臂(1)、多自由度精密调姿平台(2)、低涡长轴组件安装工装(3)、双目相机子系统(4)、数据处理及操作控制子系统(5)、发动机上多个定位标记点(6)，该系统用于执行上述权利要求1-3所述的低涡长轴自动化精密对中方法。

5.根据权利要求4所述的低涡长轴自动化精密对中系统，其特征在于：

大型机械臂以进行大角度回转及上下精密可控运动，用于吊装航空发动机低压涡轮转子组件；

多自由度精密调姿平台，安装在大型机械臂上，通过低涡转子组件安装工装连接着低压涡轮转子组件，能够进行多自由度的精密运动调节，在发动机装配过程实现低压涡轮长轴的精密对中任务；

低涡长轴组件安装工装，能够对低涡长轴组件进行精密定位和夹紧，并安装到多自由度精密调姿平台上；

双目相机子系统，与多自由度精密调姿平台进行固定连接，与低涡长轴组件始终保持准确的相对位姿关系；

数据处理及操作控制子系统，能够接收双目相机子系统的图像数据，计算出多自由度精密调姿平台的调姿参数并发送控制指令。

6.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至3任一项所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求1至3任一项所述的方法。