一种转子组件半径和柱面跳动的测量方法与流程

本发明涉及表明形状测量，更具体地，涉及一种转子组件半径和柱面跳动的测量方法。

背景技术：

1、转子组件是航空发动机的部件之一，转子组件中叶尖、篦齿、轮毂的直径测量和跳动测量是判断转子组件是否装配合格的重要依据，也是后续预测转静子装配间隙、发动机气动性能中必不可少的输入数据，对于发动机的装配效率、一次装成率等都有着很大影响。

2、现行航空发动机装配工艺中，采用打点计量的方法获取转子的跳动数据或对组件进行三坐标计量，用三坐标测量的点云数据反应转子组件的跳动和直径。但采用打点计量的方法获取转子的跳动数据数据量过少且不能准确的将跳动和角度对应，采用三坐标测量的方法计量一套转静子周期通常需12h以上，较为低效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中对航空发动机的转子组件的直径和跳动测量精度和效率较低的不足，提供一种转子组件半径和柱面跳动的测量方法。

2、本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

3、一种转子组件半径和柱面跳动的测量方法，包括如下步骤：

4、将转子组件安装在转台上，以转子组件上与转台配合的前支承的配合端面作为测量基准面，测距传感器依次对不同高度待测进行测量，测量过程如下：

5、根据转子组件的第i个待测截面的轴向设计高度hi，使得测距传感器沿竖直方向移动距离hi到达待测截面的高度，根据转子组件在第i个待测截面的设计直径di，使得测距传感器沿水平方向移动距离li，从而使得转子组件第i个待测截面的外周侧壁在测距传感器的测量范围内；

6、根据测量过程所需要的时间t和测量的待测截面数n，转台使得转子组件以转速vr转动，测距传感器以采样频率f对测距传感器测量基准与转子组件外壁之间的距离进行测量，得到第i个待测截面的测距传感器的示数点集{s(hi，θ)}；

7、根据同一待测截面上测距传感器示数的最大值和最小值之差可得出改待测截面的柱面跳动，利用测距传感器的测量基准面和回转台中心的几何关系，将测距传感器的示数点表示为待测点到转台回转中心的距离ρ′(hi，θ)，然后所有测点的坐标都表示在测量坐标系中，利用最小二乘原理求得待测件半径。

8、本发明通过表示出待测截面相对于测量基准面的相对设计轴向高度和设计直径，确定测量待测截面时竖直导轨的运动距离和水平导轨的运动距离，使得测距传感器的测量基准面对准所要测试的待测截面，由于转子组件在不同的轴向设计高度上待测截面的设计直径可能不一致，为了保证转子组件靠近测距传感器的一侧位于测距传感器的量程内，因此通过水平导轨将测距传感器移动到距离转子组件合适的位置。根据测量过程所要求的测量时间和测量截面数量，确定测量过程中竖直导轨运动速度、水平导轨的运动速度、转台转速和测距传感器采样频率，进而可以开展测量，并利用测量时测量装置与测件的位置关系以及测距传感器示数，快速得到待测件的实际半径。通过测量柱面位移的相对波动即可体现柱面跳动。

9、进一步的，所述测距传感器沿竖直方向的移动距离hi＝hi-h0。

10、其中，hi为测量第i个待测截面时竖直导轨的运动距离，hi为第i个待测截面相对于测量基准面的相对设计轴向高度，h0为测距传感器测量基准点相对于测量基准面的相对设计轴向高度。

11、进一步的，所述测距传感器沿水平方向的移动距离

12、其中，li为测量第i个待测截面时水平导轨的运动距离，l为测距传感器测量零位到转台回转轴线距离，di为第i个待测截面的设计直径，f为测距传感器测量量程。这样使得测量目标尽量位于量程的中间，从而使得转子组件外侧壁的形状有起伏时，测量数据上下波动都在量程范围。

13、进一步的，所述测距传感器沿竖直方向的运动时长th、测距传感器沿水平方向的运动时长tl、测距传感器的测量时长ts，三者需满足th+tl+ts≤t，其中t为最大允许测量用时。

14、所述t为最大允许测量用时，根据需求合理设置t并合理分配th、tl和ts。

15、进一步的，所述测距传感器沿竖直方向运动时的运动速度

16、

17、所述测距传感器沿水平方向运动时的运动速度

18、所述转台转速

19、根据用时th确定测距传感器沿竖直方向运动时的运动速度vh，根据用时tl确定测距传感器沿水平方向运动时的运动速度vl，根据用时ts确定转台转速ωr。其中n为待测截面数量，测量每个截面时转台需要转动n圈。

20、进一步的，确定所述测距传感器的采样频率时，待测截面包括连续曲面和非连续曲面，连续曲面需要的测量点个数为ms，非连续曲面中每个叶尖需要的测量点个数为md；

21、则测量连续曲面时测距传感器的采样频率

22、测量非连续曲面时测距传感器的采样频率

23、其中，n为待测截面数量，δh为叶尖的厚度，rma为待测截面中的最大半径。连续曲面需要的测量点个数ms和非连续曲面中每个叶尖需要的测量点个数md需要根据该曲面的测量要求确定。由于转子组件包括叶尖、篦齿、轮毂等部件，其中，叶尖的外轮廓为非连续曲面，而篦齿、轮毂的外轮廓为连续曲面，对于非连续曲面为了更全面地实现对柱面跳动的测量，则需要根据叶尖的形状对采样频率进行相应的调整。

24、进一步的，所述待测点到转台回转中心的距离ρ′(hi，θ)＝l-li-s(hi,θ)。

25、进一步的，以转台回转中心为原点，以转台回转中心到第一个测点的方向为x轴正方向的测量坐标系中，测量点的坐标在测量坐标系中表示为：

26、

27、进一步的，利用最小二乘原理求待测件半径时，求其最小二乘圆构建目标函数使其值最小，目标函数为：

28、

29、则特定高度hi和特定转角θ处的待测半径:

30、

31、进一步的，所述测量装置包括用于放置转子组件的转台、竖直导轨、设于所述竖直导轨上的水平导轨、设于所述水平导轨上的测距传感器、以及控制装置，所述转台内设有用于测量所述转台转动角度的圆光栅，所述竖直导轨和水平导轨内设有用于测量位移的直线光栅，所述控制装置与所述转台、竖直导轨、水平导轨、测距传感器、圆光栅、直线光栅电连接。

32、水平导轨和直线导轨先将测距传感器移动到相应的位置，使得转子组件对应高度的待测截面位于测距传感器的量程内，将转台的光栅脉冲信号转换为测距传感器的i/o触发信号，这样当转台开始转动时测距传感器开始同步测量。转台开始转动后计算机记录其转角θ(t)，转台开始转动后测距传感器按所确定的采样频率f同步开始测量，计算机记录其示数s(t)，t为测量点相对于开始测量时所经过的时间，利用t相同将转角θ(t)和测距传感器示数s(t)对应，即得到同高度、不同角度下的测距传感器示数s(hi,θ)。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、本发明通过表示出待测截面相对于测量基准面的相对设计轴向高度和设计直径，确定测量待测截面时竖直导轨的运动距离和水平导轨的运动距离，根据测量过程所要求的测量时间和测量截面数量，确定测量过程中竖直导轨运动速度、水平导轨的运动速度、转台转速和测距传感器采样频率，进而可以开展自动测量，并利用测量时测量装置与测件的位置关系以及测距传感器示数，快速得到待测件的实际半径和柱面跳动。