一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置与装配方法制造方法及图纸

一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置与装配方法，涉及发动机装配测量技术领域。解决了多级回转部件在间隙堆叠时，装配误差大导致的回转部件转动不平衡现象，进而导致大型高速回转设备在工作过程中产生噪声和振动，并直接影响到整机的性能和使用寿命的问题。本发明专利技术包括装配装置实体、数据采集装置和上位机；装配装置实体通过数据采集装置与上位机建立数据通讯，上位机建立虚拟装配模型；根据所述装配装置，得出一种装配方法，根据所述装配方法获得虚拟装配模型和多级回转部件间隙堆叠的最佳同轴度，利用所述虚拟装配模型和多级回转部件间隙堆叠的最佳同轴度对装配过程进行控制。本发明专利技术适用于控制回转部件的装配过程。的装配过程。的装配过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置与装配方法


[0001]本专利技术涉及发动机装配测量


技术介绍

[0002]以航空发动机、燃气轮机等为代表的大型高速回转装备，装配过程是其在生产制造中最后的环节，也是极为重要的环节，装配质量直接影响整机的质量和性能。
[0003]以航空发动机为例，具有回转部件级数多、装配过程复杂的特点，在不足一米的轴上需要同时安装数十个回转部件，且多个回转部件采用间隙堆叠，装配误差在多级回转部件安装过程中会被迅速放大，造成回转部件转动不平衡现象，产生噪声和振动，直接影响到整机的性能和使用寿命。
[0004]当前已有的航空发动机回转部件在装配过程中依赖于手工调试，且装配过程和数据分析过程的分离性使得整体装配效率低，同时需要多操作人员协同办公，劳动强度大。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术解决了多级回转部件在间隙堆叠时，装配误差大导致的回转部件转动不平衡现象，进而导致大型高速回转设备在工作过程中产生噪声和振动，并直接影响到整机的性能和使用寿命的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置，所述装配装置包括装配装置实体、数据采集装置和上位机；
[0008]所述装配装置实体通过数据采集装置与上位机建立数据通讯，所述上位机建立虚拟装配模型；
[0009]所述装配装置实体包括气浮回转主轴、垂向气浮导轨、调心调倾工作台、左上连接件、左下连接件、左上横向测杆、左下横向测杆和电感传感器；
[0010]所述调心调倾工作台叠放在气浮回转主轴上，且调心调倾工作台与气浮回转主轴同轴，所述垂直气浮导轨设置在气浮回转主轴的侧面，所述左上连接件和左下连接件从上至下依次套装在垂直气浮导轨上，所述左上横向测杆嵌套在左上连接件上，所述左下横向测杆嵌套在左下连接件上；
[0011]所述电感传感器包括轴向电感传感器和径向电感传感器，所述轴向电感传感器固定在左上横向测杆上，用于检测回转部件轴向面数据，所述径向电感传感器固定在左下横向测杆上，用于检测回转部件径向面数据；
[0012]所述数据采集装置驱动电感传感器采集数据，并发送给上位机，所述上位机将采集数据整合到虚拟装配模型上，同时对所述采集数据进行分析和计算，得出多级回转部件间隙堆叠的最佳同轴度。
[0013]进一步，还有一种优选实施例，上述左上连接件和左下连接件在垂直气浮导轨上
沿垂向滑动。
[0014]进一步，还有一种优选实施例，上述左上横向测杆在左上连接件上沿水平移动。
[0015]进一步，还有一种优选实施例，上述左下横向测杆在左下连接件上沿水平移动。
[0016]进一步地，还有一种优选实施例，上述装配装置还包括花岗岩基座，气浮回转主轴嵌入在所述花岗岩基座的中心位置，垂直气浮导轨固装在所述花岗岩基座上。
[0017]进一步地，还有一种优选实施例，上述装配装置还包括AR眼镜，所述AR眼镜与上位机连接，所述上位机收到和计算的数据信息均在AR眼镜上展示，用于实时显示数据信息。
[0018]一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配方法，所述方法是基于上述任意一项所述的一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置实现的，所述方法具体为：
[0019]S1、佩戴AR眼镜，采用虚实配准技术，将装配装置实体通过数据采集装置与上位机建立数据通讯，所述上位机建立虚拟装配模型；
[0020]S2、将被测回转部件放置于调心调倾工作台上进行固定；
[0021]S3、气浮回转主轴旋转，进而带动被测回转部件匀速旋转；
[0022]S4、数据采集装置驱动径向电感传感器在被测回转部件的径向安装基准面上等间隔采样测量，获取回转部件的径向基准面偏心量，并将所述径向基准面偏心量发送到虚拟装配模型上，同时在AR眼镜上展示数据信息；
[0023]S5、数据采集装置驱动轴向电感传感器在被测回转部件的轴向安装基准面上等间隔采样测量，获取回转部件的轴向基准面偏心量，并将所述轴向基准面偏心量发送到虚拟装配模型上，同时在AR眼镜上展示数据信息；
[0024]S6、虚拟装配模型根据回转部件的径向基准面偏心量和轴向基准面偏心量的大小和方向，设置调心调倾工作台，使回转部件与调心调倾工作台同心；
[0025]S7、数据采集装置驱动径向电感传感器在回转部件的径向安装测量面上等间隔采样测量，获得回转部件的同心度，并将所述同心度发送到到虚拟装配模型上，数据采集装置驱动轴向电感传感器在回转部件的轴向安装测量面上等间隔采样测量，获取回转部件的垂直度，并将所述垂直度发送到虚拟装配模型上；
[0026]S8、数据采集装置驱动电感传感器分别测量装配所需的全部回转部件，得到多级回转部件的同心度和垂直度，并发送到虚拟装配模型上，同时在AR眼镜上展示数据信息；
[0027]S9、虚拟装配模型对收集到的数据信息进行整合，同时上位机根据多级回转部件的同心度和垂直度，分析计算出多级回转部件间隙堆叠产生的累计偏心误差；
[0028]S10、上位机根据所述多级回转部件间隙堆叠产生的累计偏心误差，计算出多级回转部件间隙堆叠的最佳同轴度，并将所述多级回转部件间隙堆叠的最佳同轴度在AR眼镜上进行展示；
[0029]S11、利用虚拟装配模型和AR眼镜上展示的多级回转部件间隙堆叠的最佳同轴度对装配过程进行控制。
[0030]进一步，还有一种优选实施例，上述步骤S9中的多级回转部件间隙堆叠产生的累计偏心误差具体为：
[0031][0032]其中Rotor
ri
为两级回转部件结合面间的变换矩阵，Rotor
Zi
为回转部件i理想圆心的偏心，Rotor
clearancei
为回转部件i基准面间隙偏心的平移变换矩阵，Rotor
dzi
为回转部件i基准面加工误差引起的偏心平移变换矩阵，Rotor
orientationi
为回转部件i基准面到装配面回转中心的旋转变换矩阵，Mo
Xi
为第i级回转部件基准面绕X轴的旋转矩阵，Mo
Yi
为第i级回转部件基准面绕Y轴的旋转矩阵；Mo
Zi
为第i级回转部件绕Z轴的旋转矩阵，S
i
为第i级回转部件装配面圆心的理想位置向量，dS'
i
为第i级回转部件间隙偏心位置矢量，dS
i
为第i级回转部件装配面圆心位置的加工误差向量,Mo
Zj
‑1为第j
‑
1级回转部件基准面绕Z轴的旋转矩阵，Mo
Xj
‑
1为第j
‑
1级回转部件基准面绕X轴的旋转矩阵，Mo
Yj
‑
1为第j
‑
1级回转部件基准面绕Y轴的旋转矩阵。
[0033]进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置，其特征在于，所述装配装置包括装配装置实体、数据采集装置和上位机(10)；所述装配装置实体通过数据采集装置与上位机(10)建立数据通讯，所述上位机(10)建立虚拟装配模型；所述装配装置实体包括气浮回转主轴(2)、垂向气浮导轨(3)、调心调倾工作台(4)、左上连接件(5b)、左下连接件(5a)、左上横向测杆(6b)、左下横向测杆(6a)和电感传感器；所述调心调倾工作台(4)叠放在气浮回转主轴(2)上，且调心调倾工作台与气浮回转主轴同轴，所述垂直气浮导轨(3)设置在气浮回转主轴(2)的侧面，所述左上连接件(5b)和左下连接件(5a)从上至下依次套装在垂直气浮导轨(3)上，所述左上横向测杆(6b)嵌套在左上连接件(5b)上，所述左下横向测杆(6a)嵌套在左下连接件(6b)上；所述电感传感器包括轴向电感传感器(8)和径向电感传感器(7)，所述轴向电感传感器(8)固定在左上横向测杆(6b)上，用于检测回转部件轴向面数据，所述径向电感传感器(7)固定在左下横向测杆(6a)上，用于检测回转部件径向面数据；所述数据采集装置驱动电感传感器采集数据，并发送给上位机(10)，所述上位机(10)将采集数据整合到虚拟装配模型上，同时对所述采集数据进行分析和计算，得出多级回转部件间隙堆叠的最佳同轴度。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置，其特征在于，所述左上连接件(5b)和左下连接件(5a)在垂直气浮导轨(3)上沿垂向滑动。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置，其特征在于，所述左上横向测杆(6b)在左上连接件(5b)上沿水平移动。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置，其特征在于，所述左下横向测杆(6a)在左下连接件上(5a)沿水平移动。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置，其特征在于，所述装配装置还包括花岗岩基座(1)，气浮回转主轴(2)嵌入在所述花岗岩基座(1)的中心位置，垂直气浮导轨(3)固装在所述花岗岩基座(1)上。6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置，其特征在于，所述装配装置还包括AR眼镜(9)，所述AR眼镜(9)与上位机(10)连接，所述上位机(10)收到和计算的数据信息均在AR眼镜(9)上展示，用于实时显示数据信息。7.一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配方法，其特征在于，所述方法是基于权利要求1至6任意一项所述的一种基于数字孪生的大型高速回转装备间隙堆叠装配装置实现的，所述方法具体为：S1、佩戴AR眼镜(9)，采用虚实配准技术，将装配装置实体通过数据采集装置与上位机(10)建立数据通讯，所述上位机(10)建立虚拟装配模型；S2、将被测回转部件放置于调心调倾工作台(4)上进行固定；S3、气浮回转主轴(2)旋转，进而带动被测回转部件匀速旋转；S4、数据采集装置驱动径向电感传感器(7)在被测回转部件的径向安装基准面上等间隔采样测量，获取回转部件的径向基准面偏心量，并将所述径向基准面偏心量发送到虚拟装配模型上，同时在AR眼镜(9)上展示数据信息；S5、数据采集装置驱动轴向电感传感器(8)在被测回转部件的轴向安装基准面上等间
隔采样测量，获取回转部件的轴向基准面偏心量，并将所述轴向基准面偏心量发送到虚拟装配模型上，同时在AR眼镜(9)上展示数据信息；S6、虚拟装配模型根据回转部件的径向基准面偏心量和轴向基准面偏心量的大小和方向，设置调心调倾工作台(4)，使回转部件与...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙传智，武慧林，刘永猛，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：