专利名称：叶尖间隙影像测量的执行机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发动机的叶尖间隙测量技术领域，具体涉及一种叶尖间隙影像测量的执行机构。
背景技术：
航空发动机的叶尖间隙一般是指发动机转子叶片与机匣之间的径向间隙。叶尖间隙是发动机研制过程中的一项基本的测量参数，同时也是发动机装配过程叶尖间隙控制、健康管理以及故障诊断等的重要组成部分。在现代航空发动机中，叶尖间隙对压气机和涡轮的效率、发动机的油耗以及稳定性的影响相当显著，特别对高压涡轮和高压压气机的后几级的效率影响更为突出。为了有效提高发动机的可靠性和经济性，国内外的研究机构和高等院校都先后开展了航空发动机叶尖间隙问题的研究。目前国内外研究的大都是发动机运转工况下的叶尖间隙检测与控制，而且主要又集中在主动间隙控制方法上，即根据发动机的工作状态，人为地控制机匣或转子的膨胀量，以便转子和静子的热响应达到较好的匹配，在高空巡航状态间隙尽可能小，而在其它状态又不致发生干扰摩擦。根据美国GE公司对CF5-50发动机的研究分析，叶尖间隙对耗油率的影响约占叶型与间隙密封总损失的67%，英国R *R公司对现代燃气涡轮发动机研究表明，叶尖间隙每增加叶片长度的1%，效率约降低1. 5% ;而效率每降低1%,耗油率约增加2%。因此，在不发生零部件碰撞的前提下，应尽量减小叶尖间隙。国内更是采用相对原始的塞尺测量装配过程中的叶尖间隙，塞尺测量方法很大程度上依赖于测量人员的操作水平和经验，同时也容易将叶片的石墨涂层刮伤，这种方法的测量精度不高，而且工作效率很低。发动机装配过程中叶尖间隙进行准确快速测量，为加工及装配精度提供依据，主要是转子的同心度、机匣、轮盘、动静叶尖的椭圆度等，同时为发动机装配后的运转试验提供依据。目前在国内还几乎没有应用于发动机叶尖间隙测量的工程实践的影像测量系统，所以在机械控制和影像测量方面的理论和技术还很薄弱，需要进一步深入研究。

实用新型内容本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种叶尖间隙影像测量的执行机构，为了提高测量效率、测量精度以及改善劳动条件，对影像测量仪的辅助运动设备进行快速精确的控制，为后续的叶尖间隙测量奠定基础。考虑到现有技术的上述问题，根据本实用新型公开的一个方面，本实用新型采用以下技术方案一种叶尖间隙影像测量的执行机构，包括X轴直线运动导轨系统；Y轴直线运动导轨系统；[0012]Z轴直线运动导轨系统，该Z轴直线运动导轨系统上设置有至少一个影像采集器；所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统三者通过正交实现连接，并且三者上各设置有驱动装置，三者之间通过驱动装置实现相对滑动。为了更好地实现本实用新型，进一步的技术方案是在本实用新型其中的一个实施例中，所述X轴直线运动导轨系统包括平行排列的两根导轨，所述Y轴直线运动导轨系统包括两根平行排列的导轨，所述Z轴直线运动导轨系统包括两根平行排列的导轨。在本实用新型其中的一个实施例中，所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨连接，两者之间实现滑动；所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨连接，Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨相对所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨滑动。在本实用新型其中的一个实施例中，所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第一滑块实现连接。在本实用新型其中的一个实施例中，所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第二滑块实现连接。在本实用新型其中的一个实施例中，所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨之间连接有第一花键连接轴；所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第二滑块连接有第二花键连接轴。在本实用新型其中的一个实施例中，所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统中的每根导轨上各设置有滚珠丝杆型直线运动轴。在本实用新型其中的一个实施例中，所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统分别设置有光栅尺。在本实用新型其中的一个实施例中，所述驱动装置为伺服驱动电机。本实用新型还可以是在本实用新型其中的一个实施例中，所述影像采集器为CCD摄像机。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是通过本实用新型的技术方案，提高了测量效率、测量精度以及改善了劳动条件，能够对影像测量仪的辅助运动设备进行快速精确的控制，为后续的叶尖间隙测量奠定基础。另外，(I)每个运动自由度之间的空间夹角为直角；(2)自动控制的，可重复编程；
(3)高可靠性、高速度、高精度；(4)可用于较恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。图1示出了根据本实用新型一个实施例的用双CCD对装配过程中的叶尖间隙进行测量的示意图；图2为叶尖间隙测量系统的左视示意图；[0031 ] 图3为CXD摄像机运动执行机构。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。一种叶尖间隙影像测量的执行机构，包括X轴直线运动导轨系统；Y轴直线运动导轨系统；Z轴直线运动导轨系统，该Z轴直线运动导轨系统上设置有至少一个影像采集器；所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统三者通过正交实现连接，并且三者上各设置有电机，三者之间通过驱动装置可实现相对滑动。所述X轴直线运动导轨系统包括平行排列的两根导轨，所述Y轴直线运动导轨系统包括两根平行排列的导轨，所述Z轴直线运动导轨系统包括两根平行排列的导轨。所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨连接在所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨之间实现滑动，所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨连接，并可相对所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨滑动。所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第一滑块实现连接。 所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第二滑块实现连接。所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨之间连接有第一花键连接轴；所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第二滑块连接有第二花键连接轴。所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统中的每根导轨上各设置有滚珠丝杆型直线运动轴。所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统分别设置有光栅尺。所述驱动装置可以为伺服驱动电机。所述影像采集器可以为CXD摄像机。实施例1图1示出了根据本实用新型一个实施例的用双CCD对装配过程中的叶尖间隙进行测量的示意图。其中，角度传感器1，机匣2，叶片3，CXD摄像机系统(包括运动执行机构)
4、6，数据采集及处理系统5。叶尖间隙测量系统采用如图1所示的双CCD对装配过程中的叶尖间隙进行测量，可获得不同的左右两列间隙数据，通过对数据的分析比较可以获得相关的加工和装配间隙情况，如转子的同心度、机匣、轮盘、动静叶尖的椭圆度。欲采集到符合要求的高质量图像数据，CCD摄像机需尽可能垂直于半机匣与另外半机匣配合的平面，这样采集到的图像进行信号提取和分析时，不需要过于复杂的程序就可以获得相对准确的间隙值，若镜头严重偏斜于两个半机匣的配合面，采集的图像数据往往是无效的。图2为叶尖间隙测量系统的左视不意图；其中，机匣2, (XD摄像机系统(包括运动执行机构)4、6，数据采集及处理系统5。[0050]实施例2图3为C⑶摄像机运动执行机构。其中，伺服驱动电机1、13、15，花键连接轴2、6，滑块3、4、5、14 ;滚珠丝杆型直线运动轴7、8、9、11、16，CCD摄像机10、12。快速准确地进行叶尖间隙图像数据采集的前提是，CXD摄像机必须快速准确地运动至指定位置。为此，本实施例的影像测量仪采用了龙门式的直角坐标系执行机构，如图3所示。该执行机构由正交的直线运动单元构成(其中Z方向采用并联的9、11两根轴，用于执行10、12两个CXD摄像机的同步运动)。X轴直线运动导轨系统7、16装在装配工作台上，Y轴直线运动导轨系统8装在X轴导轨滑块5、14上，Z轴直线运动导轨系统9、11装在Y轴导轨的滑块3、4上，三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位置，将CXD影像测头10、12固定于Z方向的9、11轴上。X、Y和Z三个方向上各配备一套伺服驱动系统,米用基于“PC+运动控制卡”的开放控制理念，其可充分利用计算机资源。如图4所示，置于主机扩展槽内的运动控制卡，通过伺服驱动器以及编码器或光栅尺间的数据交换得以实现控制指令发送和电机运动信号反馈，达到对电机系统精确的位置控制，从而实现将CCD摄像机运动至指定位置。从而使得被测物处于景深范围内，保持执行机构各运动单元静止不动，之后进行叶尖间隙值的测量和后续处理。本实施例中执行机构的特点1、每个运动自由度之间的空间夹角为直角；2、自动控制的，可重复编程；3、高可靠性、高速度、高精度；4、可用于较恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。以上实施例中的执行机构采用的直角坐标系机器人在检测、探伤、装配等方面得到广泛的应用。这种结构技术相对比较成熟，可行性好。关键是零部件的尺寸设计要合理，直线运动单元的组合要合理，在满足强度要求和执行范围的基础上，尽可能的减少结构尺寸和重量。执行机构的设计是面向加工的设计，再好的设计，若工厂不能够加工出产品，设计也是失败的。同时对于控制系统的选择也是至关重要的，没有控制系统，就不能执行任何动作。以上实施例中的CCD影像测量方法在工件尺寸检测、快速自动接触检测、复杂形面焊接件检测等方面都有着应用实例，但由于发动机的结构复杂，对执行机构和CCD测量系统的要求还是比较苛刻的，因此应该采用高精度的执行机构和高像素的CCD摄像机。有必要先在模型机上验证本方案的可行性，然后进行执行机构和测量系统的改进，达到叶尖间隙的尺寸和精度要求之后，再用于发动机装配过程中的叶尖间隙测量。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。 在本说明书中所谈到的“ 一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。 尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
权利要求1.一种叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，包括 X轴直线运动导轨系统； Y轴直线运动导轨系统； Z轴直线运动导轨系统，该Z轴直线运动导轨系统上设置有至少一个影像采集器； 所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统三者通过正交实现连接，并且三者上各设置有驱动装置，三者之间通过驱动装置实现相对滑动。
2.根据权利要求1所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述X轴直线运动导轨系统包括平行排列的两根导轨，所述Y轴直线运动导轨系统包括两根平行排列的导轨，所述Z轴直线运动导轨系统包括两根平行排列的导轨。
3.根据权利要求2所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨连接，两者之间实现滑动；所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨连接，Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨相对所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨滑动。
4.根据权利要求2所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第一滑块实现连接。
5.根据权利要求2所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨与所述Y轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第二滑块实现连接。
6.根据权利要求5所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述X轴直线运动导轨系统中的两根导轨之间连接有第一花键连接轴；所述Z轴直线运动导轨系统中的两根导轨通过第二滑块连接有第二花键连接轴。
7.根据权利要求1所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统中的每根导轨上各设置有滚珠丝杆型直线运动轴。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统分别设置有光栅尺。
9.根据权利要求8所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述驱动装置为伺服驱动电机。
10.根据权利要求8所述的叶尖间隙影像测量的执行机构，其特征在于，所述影像采集器为CXD摄像机。
专利摘要本实用新型公开了一种叶尖间隙影像测量的执行机构，包括X轴直线运动导轨系统；Y轴直线运动导轨系统；Z轴直线运动导轨系统，该Z轴直线运动导轨系统上设置有至少一个影像采集器；所述X轴直线运动导轨系统、Y轴直线运动导轨系统和Z轴直线运动导轨系统三者通过正交实现连接，并且三者上各设置有电机，三者之间通过驱动装置可实现相对滑动。通过本实用新型的技术方案，提高了测量效率、测量精度以及改善了劳动条件，能够对影像测量仪的辅助运动设备进行快速精确的控制，为后续的叶尖间隙测量奠定基础。
文档编号G01B11/14GK202903144SQ20122060033
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者朱目成, 童思容, 王雅萍, 赵必武, 罗贤鹏, 陈玉涛 申请人:西南科技大学