CN211012834U

CN211012834U - 一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置

Info

Publication number: CN211012834U
Application number: CN202020007770.XU
Authority: CN
Inventors: 刘强; 王健; 臧辰鑫; 孙鹏鹏
Original assignee: Jiangxi Research Institute Of Beijing University Of Aeronautics And Astronautics; Beihang University
Current assignee: Jiangxi Research Institute Of Beijing University Of Aeronautics And Astronautics; Beihang University
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2030-01-02

Abstract

本实用新型公开了一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置，包括电涡流传感器、机器视觉装置、检测控制装置、调心调倾装置；其中，电涡流传感器和机器视觉装置安装在检测控制装置末端；调心调倾装置为中空结构，安装在加工转台上；检测控制装置通过中空结构安装在加工转台上。采用本实用新型的一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置，能够有效的解决具有涂覆层的回转体零件的定位检测问题，能够快速、准确的实现零件偏心和倾斜的自动找正问题，大大的提高了航空发动机机匣加工定位找正的精度和效率。

Description

一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置

技术领域

本实用新型涉及航空航天几何测量技术领域，特别是涉及一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置。

背景技术

随着航空发动机轻量化设计要求，发动机机匣的设计了大量的加强筋结构，结构形式越来越复杂。为了解决这些复杂型面零件的加工，航空发动机制造过程中采用了化铣加工工艺。化铣图案的刻型是整个机匣化铣工艺流程中的一个关键步骤，是将需化学铣削部分的防护层上刻出设计的图案并实现剥离。目前，国内外广泛使用激光来进行零件化铣图案的刻型。由于实际加工过程中，被刻型的发动机机匣零件完全被涂覆层覆盖保护，航空发动机机匣刻型定位找正是一种面向非金属涂覆层零件的非接触定位找正过程。其核心难点包括：面向涂覆层的非接触式检测、回转筒体零件的同轴度检测、偏心偏角自动找正等。

目前国内发动机机匣制造过程定位找正主要采用两种方法：传统的回转轴线测量方法和三坐标检测。其中，传统的回转轴线测量方法以千分表手动测试为主，通过千分表接触式测量不断调整机匣中心位置，这种方法耗费大量时间，效率低，还需要工人丰富的经验，难以满足发动机制造发展的需求。三坐标测量机也可以对实现对筒体零件的同轴度定位检测，但是三坐标测量一般独立进行测量，且主要是面向检测过程，检测后的结果难以进行实际位置调整，难以直接在加工装备上进行定位找正。

很多学者在航空发动机机匣装配过程中的同轴度检测方面进行了研究。哈尔滨工业大学提出了一种基于电涡流传感器的双立柱式航空发动机转子电驱动装配方法与装置，该装置通过电涡流传感器测量各转子同心度和垂直度，并计算得到各转子的同轴度权值，再将各转子的同轴度权值进行矢量优化，得到各转子的装配角度。中国航空工业极端公司北京航空精密机械研究所提出了一种用于测量大型环形机匣类零件的几何变形的装置，利用非接触式的测距传感器实现变形量的精确测量，并通过预算获得待测环形零件变形后的偏心位移和轮廓形状参数。北京理工大学提出了一种适用于航空发动机机匣同轴度检测和调整方法，先测量机匣个点相对于转台回转中心的位置坐标，在通过最小二乘法拟合与计算机匣的位置在台，以此测量和调整发动机上各部件的同轴度。

综合上述研究成果，现有检测方法主要面向机匣的装配、几何监测和同轴度检测，难以解决具有涂覆层的机匣零件非接触条件下的定位检测问题，检测后也难以在制造现状的装备上自动定位找正。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服现有技术对具有涂覆层的航空发动机定位找正困难的问题，提出一种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件加工的定位找正装置，能够实现对具有涂覆层的航空发动机机匣零件的定位找正，同时为其他具有涂覆层零件的定位找正提供一种装置和方法。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件定位找正装置，包括：机器视觉装置(1)、电涡流传感器(2)、检测控制装置(3)、调心调倾装置(4)；所述的机器视觉装置(1)通过传感器安装板(3-3)安装在检测控制装置(3)的姿态旋转电机；所述的电涡流传感器(2) 通过安装板(3-3)安装在检测控制装置(3)的姿态旋转电机，可实现具有涂覆层的金属零件的位置测量。所述的检测控制装置(3)和调心调倾装置安装在加工转台(5)上，并与加工转台(5)的同轴度在规定的误差范围内。

进一步，所述的检测控制装置(3)包括：传感器安装板(3-3)、姿态控制电机(3-2)、X向位置控制装置(3-1)、X向安装板(3-4)、Z向位置控制装置(3-5)、Z向导轨(3-6)、Z 向安装板(3-7)、立柱(3-8)、安装台(3-9)、直驱电机(3-10)；所述的直驱电机(3-10) 上端与安装台(3-9)固连，下侧与加工转台(5)固连；立柱(3-8)下端面与安装台(3-9) 固连，Z向位置控制装置(3-5)通过Z向导轨(3-6)和Z向安装板(3-7)安装在立柱上； X向位置控制装置(3-1)通过X向安装板(3-4)安装在Z向位置控制装置；姿态控制电机 (3-2)固连在X向位置控制装置；传感器安装板(3-3)安装在姿态控制电机(3-2)上；检测控制装置(3)带动电涡流传感器(2)和机器视觉装置(1)实现X向和Z向两个方向的精确位置调整；姿态控制电机(3-2)带动电涡流传感器(2)和机器视觉装置(1)实现不同方向的精确指向。

进一步，所述的调心调倾装置，包含：偏心调整装置和倾斜调整装置；其中，所述的偏心调整装置，包括装置底座(4-10)、X向位移驱动机构(4-11)、两个X向导轨和滑块、X向移动平台(4-8)、碗形支撑架底座(4-5)、Y向位移驱动机构(4-7)、两个Y向导轨和滑块 (4-6)；所述的装置底座(4-10)通过螺栓和定位销固连在加工转台(5)上；X向位移驱动机构(4-11)固连在装置底座(4-10)上端面一侧，两个X向导轨和滑块中的导轨固连在装置底座(4-10)上端面两侧，X向位移驱动机构(4-11)中丝杠螺母副安装在X向移动平台 (4-8)下侧，两个X向导轨和滑块的滑块上端面与X向移动平台(4-8)下端面固连；Y向移驱动机构(4-7)下侧固连在X向移动平台(4-8)上端面一侧，Y向移驱动机构(4-7)中丝杠螺母副安装在碗形支撑架底座(4-5)下侧，Y向导轨和滑块(4-6)的导轨下端面固连在 X向移动平台(4-8)上端面两侧，Y向导轨和滑块(4-6)的滑块上端面与碗形支撑架底座(4-5) 固连；偏心调整装置由X向位移驱动机构(4-11)和Y向位移驱动机构(4-7)实现XY方向的复合运动实现。碗形支撑架底座(4-5)置于X向移动平台(4-8)上方，X向移动平台置于装置底座(4-10)上方，X向位移驱动机构(4-11)与Y向的位移驱动机构(4-7)相互正交布置。所述的倾斜调整装置，包含碗形支撑架底座(4-5)、球形滚珠(4-4)、四个微位移驱动机构(4-3)、工件安装平台(4-2)以及四个零件安装压板(4-1),四个微位移驱动机构 (4-3)下端固连在碗形支撑架底座(4-5)端面设计位置，球形滚珠(4-4)安装在碗形支撑架底座(4-5)中间通孔支撑位置，工件安装平台(4-2)包含一球面型导向部件，安装于碗形支撑架底座(4-5)的球形滚珠(4-4)上，四个零件安装压板(4-1)安装在工件安装平台 (4-2)上端面。

进一步，所述的调心调倾装置中的装置底座(4-10)、X向移动平台(4-8)、碗形支撑架底座(4-5)、工件安装平台(4-2)中间均为通孔结构，检测控制装置(3)的直驱电机(3-10)通过通孔结构固连在加工转台(5)上。

采用上述技术方案，与现有技术相比，优点包括以下几点。

首先，本实用新型提供的一种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件的定位找正装置和方法，能够通过非接触的测量快速完成机匣加工安装过程中的定位检测和快速找正两个功能，并且能够同时实现对无涂覆层和有涂覆层的航空发动机的定位检测与找正。

其次，本实用新型提供的装置位于机匣筒体内部，整体结构紧凑，有效的避免了机匣筒体各类加工特征对于定位检测的影响，也避免了外部检测所带来的检测装置较大且与机床加工产生干涉的问题。

再次，本实用新型提供的装置安装在机匣加工装备工作台上，定位找正后可以直接进行加工。本实用新型提供的装置和方法不需要零件在初始安装过程中有严格位置精度要求，只需要将航空发动机机匣零件放置安装在加工指定的位置范围即可，并且先完成装夹后进行调整，可以避免由于装夹带来的位置误差。本实用新型涉及的方法能够自动实现零件位置偏心和倾斜的计算，并通过装置中调心调倾装置进行快速调整，定位找正过程不需要人员参与，对工人的经验要求低，并可以的节省大量的安装准备时间，大大提高发动机效率。

附图说明：

图1为本实用新型一种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件定位找正装置示意图。

图2为本实用新型种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件定位找正装置示意图主视图。

图3为本实用新型的检测控制装置的爆炸图。

图4为本实用新型的调心调倾装置的爆炸图。

图5为本发明一种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件定位找正装置轴测图。

图6为检测控制装置A局部放大图。

图中，1-机器视觉装置，2-电涡流传感器，3-检测控制装置，4-调心调倾装置，5-加工转台，3-3-传感器安装板，3-2-姿态控制电机、3-1-X向位置控制装置、3-4-X向安装板、3-5-Z 向位置控制装置、3-6-Z向导轨、3-7-Z向安装板、3-8-立柱、3-9-安装台、3-10-直驱电机、 4-1-零件安装压板、4-2工件安装平台、4-3-微位移驱动机构、4-4球形滚珠、4-5碗形支撑架底座、4-6-Y向导轨和滑块、4-7-Y向位移驱动机构、4-8-X向移动平台、4-9-X向导轨和滑块、4-10-装置底座、4-11-X向位移驱动机构。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有点更加清楚明白，以下结合附图进行详细说明。

如图1-4所示，本实用新型的一种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件定位找正装置，包括：机器视觉装置1、电涡流传感器2、检测控制装置3、调心调倾装置4；所述的机器视觉装置1通过传感器安装板3-3安装在检测控制装置3的姿态旋转电机；所述的电涡流传感器2通过安装板3-3安装在检测控制装置3的姿态旋转电机，可实现具有涂覆层的金属零件的位置测量。所述的检测控制装置3和调心调倾装置安装在加工转台5上，并与加工转台5 的同轴度在规定的误差范围内。其中，机器视觉装置1可以根据零件上的十字靶标点进行机匣筒体类零件的周向定位。电涡流传感器2可以透过表层的非金属涂覆层，测量到机匣筒体钛合金内壁与加工转台5中心的距离，实现非接触测量，减少因为涂覆层不均匀带来的误差。

所述的检测控制装置3包括：传感器安装板3-3、姿态控制电机3-2、X向位置控制装置 3-1、X向安装板3-4、Z向位置控制装置3-5、Z向导轨3-6、Z向安装板3-7、立柱3-8、安装台3-9、直驱电机3-10；所述的直驱电机3-10上端与安装台3-9固连，下侧与加工转台5 固连；立柱3-8下端面与安装台3-9固连，Z向位置控制装置3-5通过Z向导轨3-6和Z向安装板3-7安装在立柱上；X向位置控制装置3-1通过X向安装板3-4安装在Z向位置控制装置；姿态控制电机3-2固连在X向位置控制装置；传感器安装板3-3安装在姿态控制电机 3-2上；检测控制装置3带动电涡流传感器2和机器视觉装置1实现X向和Z向两个方向的精确位置调整；姿态控制电机3-2带动电涡流传感器2和机器视觉装置1实现不同方向的精确指向；所述的直驱电机3-10安装过程中保证与加工转台5同轴。图5为本发明一种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件定位找正装置轴测图，图6为检测控制装置A局部放大图。

所述的调心调倾装置，包含：偏心调整装置和倾斜调整装置；其中，所述的偏心调整装置，包括装置底座4-10、X向位移驱动机构4-11、两个X向导轨和滑块4-9、X向移动平台4-8、碗形支撑架底座4-5、Y向位移驱动机构4-7、两个Y向导轨和滑块4-6；所述的装置底座4-10通过螺栓和定位销固连在加工转台5上；X向位移驱动机构4-11固连在装置底座4-10上端面一侧，两个X向导轨和滑块4-9中的导轨固连在装置底座4-10上端面两侧，X向位移驱动机构4-11中丝杠螺母副安装在X向移动平台4-8下侧，两个X向导轨和滑块的滑块上端面与X向移动平台4-8下端面固连；Y向移驱动机构4-7下侧固连在X向移动平台4-8上端面一侧，Y向移驱动机构4-7中丝杠螺母副安装在碗形支撑架底座4-5下侧，Y向导轨和滑块 4-6)的导轨下端面固连在X向移动平台4-8上端面两侧，Y向导轨和滑块(4-6)的滑块上端面与碗形支撑架底座4-5固连；偏心调整装置由X向位移驱动机构4-11和Y向位移驱动机构 4-7实现XY方向的复合运动实现。碗形支撑架底座4-5置于X向移动平台4-8上方，X向移动平台置于装置底座4-10上方，X向位移驱动机构4-11与Y向的位移驱动机构4-7相互正交布置。所述的倾斜调整装置，包含碗形支撑架底座4-5、球形滚珠4-4、四个微位移驱动机构4-3、工件安装平台4-2以及四个零件安装压板4-1,四个微位移驱动机构4-3下端固连在碗形支撑架底座4-5端面设计位置，球形滚珠4-4安装在碗形支撑架底座4-5中间通孔支撑位置，工件安装平台4-2包含一球面型导向部件，安装于碗形支撑架底座4-5的球形滚珠4-4 上，四个零件安装压板4-1安装在工件安装平台4-2上端面。

所述的调心调倾装置中的装置底座4-10、X向移动平台4-8、碗形支撑架底座4-5、工件安装平台4-2中间均为通孔结构，检测控制装置3的直驱电机3-10通过通孔结构固连在加工转台5上。

所述的X向位移驱动机构4-11包括电机、减速器、联轴器、丝杠、丝杠螺母副，与两个 X向导轨和滑块4-9共同构成丝杠滑块导轨组件，带动X向移动平台实现X轴方向的位移。

所述的Y向位移驱动机构4-7包括电机、减速器、联轴器、丝杠、丝杠螺母副，与两个Y 向导轨和滑块4-6共同构成丝杠滑块导轨组件，碗形支撑架底座4-5实现X轴方向的位移。

所述的检测控制装置3、调心调倾装置4与机床加工转台5的具有严格的安装定位要求，可以建立调心调倾装置工件安装中心坐标系与机床坐标系一一对应关系。

本实用新型的一种面向具有涂覆层的航空发动机机匣零件的定位找正装置和方法，具体流程为：

S1：通过吊装的方式将具有涂覆层的机匣零件放置在调心调倾装置4的工件安装平台4-2，利用四个零件安装压板4-1将机匣零件压紧。

S2：控制检测控制装置3Z向位置控制装置3-5将电涡流传感器2调整到指定界面高度。

S3：控制检测控制装置3X向位置控制装置3-1将电涡流传感器2靠近机匣筒体内部达到可检测的区间位置。

S4：控制检测控制装置3控制直驱电机3-10转动，电涡流传感器2测量不同转角位置时，基于电涡流传感器测量具有涂覆层的航空发动机机匣横截面上k个被测点相对于转台回转中心的位置坐标数据，改变不同的检测高度位置H_i，i＝1,2,…n，得到n组外圆轮廓数据。

S5：重复S2-S4，可以获得不同截面的筒体内壁轮廓数据。

S6:基于最小二乘法分别对n组外圆轮廓数据进行圆拟合，计算得到机匣零件的n个横截面的中心点坐标信息(x_i,y_i),i＝1,2,…n。

S7:基于最小二乘法对N个横截面中心点坐标信息(x_i,y_i),i＝1,2,…n进行线性拟合，计算得到机匣零件的轴线方程o,(x,y)。

S8：根据机匣零件的轴线方程o,(x,y)和C轴转台的位置基准轴线O(x,y)，计算零件的偏心距(Δx,Δy)和零件的倾斜角(θ_x,θ_y)。

S9：将S4中计算的零件的偏心距(Δx,Δy)和零件的倾斜角(θ_x,θ_y)反馈给调心调倾装置。

S10:调心调倾装置根据S9中的反馈数据，自动调整零件旋转中心和旋转轴线与加工转台中心和基准轴线重合，实现机匣旋转中心与加工转台同轴。

S11：基于机器视觉装置对机匣的回转角度检测装置，检测机匣零件顶端预留的十字靶标点，确定机匣实际转角与C轴转角的一一对应关系。

S12：具有涂覆层的航空发动机机匣零件被完全找正，开始后续的刻型加工工作。

在实际的制造生产过程中，本实用新型中的调心调倾装置也可以通过手动完成，即操作人员可以根据位置传感器的测量的与机匣筒体类零件内侧壁的距离读数，实时的调整筒体旋转中心和倾斜角度与C轴选选中心同轴，以达到方便快捷的目的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置，其特征在于：包含机器视觉装置(1)、电涡流传感器(2)、检测控制装置(3)、调心调倾装置(4)；所述的机器视觉装置(1)通过传感器安装板(3-3)安装在检测控制装置(3)的姿态旋转电机；所述的电涡流传感器(2)通过传感器安装板(3-3)安装在检测控制装置(3)的姿态旋转电机；所述的检测控制装置(3)和调心调倾装置固连在加工转台(5)上。

2.如权利要求1所述的一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置，其特征在于，所述的检测控制装置(3)包括：传感器安装板(3-3)、姿态控制电机(3-2)、X向位置控制装置(3-1)、X向安装板(3-4)、Z向位置控制装置(3-5)、Z向导轨(3-6)、Z向安装板(3-7)、立柱(3-8)、安装台(3-9)、直驱电机(3-10)；所述的直驱电机(3-10)上端面与安装台(3-9)固连，下端面与加工转台(5)固连；立柱(3-8)下端面与安装台(3-9)固连，Z向位置控制装置(3-5)通过Z向导轨(3-6)和Z向安装板(3-7)安装在立柱上；X向位置控制装置(3-1)通过X向安装板(3-4)安装在Z向位置控制装置；姿态控制电机(3-2)固连在X向位置控制装置；传感器安装板(3-3)安装在姿态控制电机(3-2)上；检测控制装置(3)带动电涡流传感器(2)和机器视觉装置(1)实现X向和Z向两个方向的精确位置调整；姿态控制电机(3-2)带动电涡流传感器(2)和机器视觉装置(1)实现不同方向的精确指向。

3.如权利要求2所述的一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置，其特征在于，所述的调心调倾装置，包含：偏心调整装置和倾斜调整装置；其中，所述的偏心调整装置，包括装置底座(4-10)、X向位移驱动机构(4-11)、两个X向导轨和滑块、X向移动平台(4-8)、碗形支撑架底座(4-5)、Y向位移驱动机构(4-7)、两个Y向导轨和滑块；所述的装置底座(4-10)通过螺栓和定位销固连在加工转台(5)上；X向位移驱动机构(4-11)固连在装置底座(4-10)上端面一侧，两个X向导轨和滑块中的导轨固连在装置底座(4-10)上端面两侧，X向位移驱动机构(4-11)中丝杠螺母副安装在X向移动平台(4-8)下侧，两个X向导轨和滑块的滑块上端面与X向移动平台(4-8)下端面固连；Y向移驱动机构(4-7)下侧固连在X向移动平台(4-8)上端面一侧，Y向移驱动机构(4-7)中丝杠螺母副安装在碗形支撑架底座(4-5)下侧，Y向导轨和滑块的导轨下端面固连在X向移动平台(4-8)上端面两侧，Y向导轨和滑块的滑块上端面与碗形支撑架底座(4-5)固连；偏心调整装置由X向位移驱动机构(4-11)和Y向位移驱动机构(4-7)实现XY方向的复合运动实现；碗形支撑架底座(4-5)置于X向移动平台(4-8)上方，X向移动平台置于装置底座(4-10)上方，X向位移驱动机构(4-11)与Y向的位移驱动机构(4-7)相互正交布置；所述的倾斜调整装置，包含碗形支撑架底座(4-5)、球形滚珠(4-4)、四个微位移驱动机构(4-3)、工件安装平台(4-2)以及四个零件安装压板(4-1),四个微位移驱动机构(4-3)下端固连在碗形支撑架底座(4-5)端面设计位置，球形滚珠(4-4)安装在碗形支撑架底座(4-5)中间通孔支撑位置，工件安装平台(4-2)包含一球面型导向部件，安装于碗形支撑架底座(4-5)的球形滚珠(4-4)上，四个零件安装压板(4-1)安装在工件安装平台(4-2)上端面。

4.如权利要求3所述的一种面向具有涂覆层的机匣回转体零件的非接触式定位找正装置，其特征在于，所述的调心调倾装置中的装置底座(4-10)、X向移动平台(4-8)、碗形支撑架底座(4-5)、工件安装平台(4-2)中间均为通孔结构，检测控制装置(3)的直驱电机(3-10)通过通孔结构固连在加工转台(5)上。