[發(fā)明專利]基于激光超聲的大型高速回轉(zhuǎn)裝備貼合面積測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911411998.3
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN113124793B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉明;劉恩曉;劉永猛;孫傳智;譚久彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B17/00
• 分類號(hào): G01B17/00;G01B11/28;G01M15/00;G01M15/14
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明提出了基于激光超聲的大型高速回轉(zhuǎn)裝備貼合面積測(cè)量裝置，共焦Fabry?Perot干涉儀的輸出端和光電探測(cè)器的輸出端均通過數(shù)據(jù)采集卡與工控機(jī)的輸入端連接，工控機(jī)的輸出端分別與激光器的輸入端和Fabry?Perot干涉儀的輸入端連接，激光器、分光鏡和第一透鏡設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子部件斜上方45°角上，光電探測(cè)器和第二透鏡設(shè)置在分光鏡的反射光路上，共焦Fabry?Perot干涉儀設(shè)置在第一轉(zhuǎn)子部件上方，第一轉(zhuǎn)子部件與第二轉(zhuǎn)子部件通過法蘭螺栓結(jié)構(gòu)連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大型高速回轉(zhuǎn)裝備貼合面積的非接觸式無(wú)損測(cè)量，同時(shí)激光超聲的激發(fā)和接收均在瞬間完成，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、實(shí)時(shí)測(cè)量，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于激光超聲的大型高速回轉(zhuǎn)裝備貼合面積測(cè)量裝置，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等大型高速回轉(zhuǎn)裝備，由于技術(shù)復(fù)雜，研制難度大等特點(diǎn)，加上歐美技術(shù)封鎖，已成為我國(guó)高端裝備制造領(lǐng)域中的卡脖子問題。航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)一般由多級(jí)轉(zhuǎn)子裝配而成，轉(zhuǎn)子之間相互接觸的表面稱為結(jié)合面。這些在微觀上是粗糙的接觸面使系統(tǒng)不再具有連續(xù)性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)不但與轉(zhuǎn)子零件本身有關(guān)，還與轉(zhuǎn)子之間的連接性質(zhì)有關(guān)，結(jié)合面的存在使系統(tǒng)性能的分析和預(yù)測(cè)變得復(fù)雜。各級(jí)轉(zhuǎn)子之間的裝配質(zhì)量對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等大型高速回轉(zhuǎn)裝備的性能具有非常大的影響。在裝配過程中，轉(zhuǎn)子連接界面若存在貼合面積的不均勻性，將使航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)在高速狀態(tài)下產(chǎn)生的變形量存在不均勻性，轉(zhuǎn)子的不平衡量就存在較大的變化，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)90％以上的故障源于振動(dòng)，這就是我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作幾百小時(shí)就要大修的根源之一。所以，迫切要求精密測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的貼合面積，只有測(cè)量精密，才能裝配的精準(zhǔn)。

目前貼合面積的測(cè)量主要是通過在轉(zhuǎn)子接觸界面設(shè)置壓敏薄膜或者涂抹紅丹粉，通過觀察裝配后壓敏薄膜或者紅丹粉的變化來(lái)判斷接觸情況，進(jìn)而推算出貼合面積，此類方法改變了界面的接觸狀態(tài)，不能反映真實(shí)的接觸情況，影響測(cè)量結(jié)果。超聲波方法可以在不改變工件的接觸狀態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)合面接觸特性的無(wú)損測(cè)量，利用超聲探頭對(duì)結(jié)合面進(jìn)行掃描可以直接得到名義接觸面積，因而國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)超聲測(cè)量方法開展了廣泛研究。傳統(tǒng)的超聲技術(shù)多采用接觸式換能器，為保證有高的靈敏度和可靠性，通常還應(yīng)使用各種超聲耦合劑，超聲波在穿越禪合劑時(shí)需要一定的渡越時(shí)間，并且會(huì)產(chǎn)生干擾諧波，給測(cè)量帶來(lái)不穩(wěn)定的因素，并且耦合劑的使用會(huì)對(duì)增加額外的工作量，導(dǎo)致測(cè)量效率低，更嚴(yán)重的是會(huì)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子表面造成一定的腐蝕和傷害，因而在實(shí)際應(yīng)用中傳統(tǒng)的超聲波法受到了一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出基于激光超聲的大型高速回轉(zhuǎn)裝備貼合面積測(cè)量裝置，其目的是為了解決大型高速回轉(zhuǎn)裝備貼合面積難以直接測(cè)量、傳統(tǒng)的超聲波法測(cè)量效率低且會(huì)對(duì)被測(cè)對(duì)象表面造成腐蝕等問題，實(shí)現(xiàn)大型高速回轉(zhuǎn)裝備貼合面積的直接、高效率和高精度測(cè)量。

基于激光超聲的大型高速回轉(zhuǎn)裝備貼合面積測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括：激光器、分光鏡、第一透鏡、共焦Fabry-Perot干涉儀、數(shù)據(jù)采集卡、第二透鏡、光電探測(cè)器、工控機(jī)、第一轉(zhuǎn)子部件和第二轉(zhuǎn)子部件，所述共焦Fabry-Perot干涉儀的輸出端和所述光電探測(cè)器的輸出端均通過所述數(shù)據(jù)采集卡與所述工控機(jī)的輸入端連接，所述工控機(jī)的輸出端分別與所述激光器的輸入端和Fabry-Perot干涉儀的輸入端連接，所述激光器、分光鏡和第一透鏡相對(duì)所述第一轉(zhuǎn)子部件由遠(yuǎn)及近依次設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子部件的斜上方45°角上，所述激光器與所述第一透鏡同軸設(shè)置，所述光電探測(cè)器和所述第二透鏡相對(duì)所述分光鏡由遠(yuǎn)及近依次同軸設(shè)置在所述分光鏡的反射光路上，所述共焦Fabry-Perot干涉儀設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)子部件的上方，所述第一轉(zhuǎn)子部件與所述第二轉(zhuǎn)子部件通過法蘭螺栓結(jié)構(gòu)連接。

進(jìn)一步的，所述激光器，用于按照所述工控機(jī)的命令發(fā)射脈沖激光；

所述分光鏡，用于將激光器發(fā)射出的脈沖激光分成兩束；

所述第一透鏡，用于聚焦其中一束脈沖激光至所述第一轉(zhuǎn)子部件的上表面；