[發明專利]一種航空發動機火焰筒冷卻氣膜孔的加工定位方法

有效

• 申請號: 202110331257.5
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113137627B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 賈天卿;蔣其麟;馮朝鵬;曹凱強;陳龍;徐紅星
• 申請（專利權）人: 星控激光科技（上海）有限公司
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了種航空發動機火焰筒冷卻氣膜孔的加工定位方法，其特點是采用激光預打點技術，在增強顯影劑薄層上預先打出表征氣膜孔的“黑色氧化點”，通過對“黑色氧化點”點云處理得到其中心點的坐標，將該點坐標同理論模型中對應的氣膜孔設計坐標進行擬合，利用空間姿態變換算法進行校正，完成空間誤差校正后將預打點氣膜孔的坐標輸入工控機，實時追蹤氣膜孔預打點的中心位置，實現氣膜孔精確的加工定位。本發明與現有技術相比具有火焰筒氣膜孔的定位精度，有效解決了火焰筒氣膜孔加工過程中存在的積累形變帶來的幾何精度偏低、質量不穩的難題，具有在航空發動機火焰筒異型氣膜孔的加工中推廣應用的價值。

技術領域

本發明涉及航空發動機火焰筒激光加工技術領域，尤其是一種火焰筒冷卻氣膜孔的精確加工定位方法。

背景技術：

航空發動機的火焰筒主要起到空氣分配器的作用，可將進入燃燒室的空氣分成若干股并且將空氣分配到合適的位置來組織燃燒或冷卻火焰筒壁面。氣膜孔起到了主要的換熱目的，大量復雜的氣膜孔可以將冷卻氣流引導為均勻的冷卻氣膜，提高火焰筒的壁面耐受溫度以使得發動機能獲得更高的燃燒溫度與推重比。不同型號的航空發動機火焰筒上氣膜孔數量有1～3萬個，空間角度覆蓋±135°。氣膜冷卻效率是材料、幾何等參數及其耦合作用在高溫高壓三維非定常流場下的響應，與氣膜孔的形狀和位置參數息息相關。因此，確保火焰筒氣膜孔形位精度對于提高冷卻效率與發動機能效至關重要。

目前，我國航空發動機火焰筒的氣膜孔加工定位技術方法十分不成熟，尚處于摸索階段。在進行氣膜孔加工時基本采用開環加工的方式，即不考慮待加工火焰筒在鑄造過程中積累的形變誤差，在默認火焰筒完全符合設計輪廓的前提下按照設計坐標點對火焰筒進行氣膜孔加工。火焰筒是典型的薄壁件，壁厚只有2mm，直徑可達1000mm。氣膜孔數量也很多，有1～3萬個。因此火焰筒在裝夾與氣膜孔加工過程中，會出現形變，積累定位誤差。這些誤差如果得不到校正必然會嚴重影響氣膜孔的精度、孔型、孔壁質量等。在發動機工作時由于氣膜孔冷卻效率降低，致使火焰筒得不到有效的保護，從而使火焰筒本身的氣冷效率和使用壽命達不到設計要求。

現有技術的火焰筒氣膜孔的加工定位多依賴于經驗豐富的工程師進行人工校正，通過人工試錯與數據修正相結合的辦法，以校正氣膜孔在加工開始及加工過程的形位變化。這種方法耗時費力，誤差極大且成品率低。

發明內容:

本發明的目的是針對現有技術不足而提供的一種航空發動機火焰筒冷卻氣膜孔的加工定位方法，采用預標記打點與機器視覺位置追蹤的方法，實現數據閉環的火焰筒氣膜孔絕對定位與加工定位，通過集成非接觸式手持三維激光掃描儀，得到待加工火焰筒氣膜孔的精確點云模型，建立火焰筒氣膜孔精確定位軟件平臺，綜合火焰筒預標記打點下火焰筒氣膜孔點云模型坐標與設計模型坐標之間的誤差分析，得到修正后的氣膜孔參數，在加工過程中機器視覺追蹤系統能實時追蹤氣膜孔預打點的中心位置，較好的避免前序加工帶來的形變引起后序的氣膜孔孔位加工誤差，保證了火焰筒氣膜孔的定位精度，在航空發動機火焰筒氣膜冷卻孔的加工定位中，避免了加工過程中薄壁件形變帶來的誤差，取得了很好的加工效果，有效解決了火焰筒氣膜孔加工過程中存在的積累形變帶來的幾何精度偏低、質量不穩的難題，具有在航空發動機火焰筒異型氣膜孔的加工中推廣應用的價值。問題，實用性強，為激光加工高性能、高質量的氣膜孔提供了必要的技術。

本發明的目的是這樣實現的：一種航空發動機火焰筒冷卻氣膜孔的加工定位方法，其特點是采用激光預打點技術，在增強顯影劑薄層上預先打出表征氣膜孔的“黑色氧化點”，通過對“黑色氧化點”點云處理得到其中心點的坐標，將該點坐標同理論模型中對應的氣膜孔設計坐標進行擬合，算出坐標誤差，進行校正，完成空間誤差校正后將預打點氣膜孔的坐標輸入工控機中，在加工過程中機器視覺追蹤系統能實時追蹤氣膜孔預打點的中心位置，避免前序加工帶來的形變引起后序的氣膜孔孔位加工誤差，其火焰筒冷卻氣膜孔的精確加工定位具體包括下述步驟：

1)火焰筒夾裝

將待加工的火焰筒通過特制夾具固定到加工系統中，夾裝誤差可以通過后序方法補償。