Разработка методов и средств лазерного контроля геометрии лопаток газотурбинных двигателей

• Автор: Чичигин, Борис Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 206 с. : ил.

1. Введение

Глава 1. Обзор современных методов и средств бесконтактного контроля геометрии

1.1 Лопатка ГТД как объект контроля

1.1.1 Конструкция ГТД, лопаток компрессора и турбины

1.1.2 Термины и геометрические параметры лопаток ГТД

1.1.3 Факторы, обуславливающие особые требования к производству ГТД

1.1.4 Технологический процесс изготовления лопаток

1.1.5 Контроль при изготовлении лопаток ГТД

1.1.6 Шероховатость поверхности лопаток ГТД

1.2 Обзор методов контроля геометрии изделий сложной формы

1.2.1 Контактные методы контроля изделий сложной формы

1.2.2. Бесконтактные методы контроля изделий сложной формы
1.2.2.1 Одномерные бесконтактные методы контроля геометрии
1.2.2.2 Двумерные методы
1.2.2.3. Трехмерные методы
1.2.4 Подробный анализ наиболее перспективных методов
1.2.4.1 Приборы контроля геометрии, основанные на методе триангуляции
1.2.4.2 Приборы контроля геометрии, основанные на методе светового сечения
1.2.4.3 Приборы контроля геометрии, основанные на стереоскопическом методе
1.3 Выбор оптимального метода измерений
1.4 Структурная схема типового компьютерного измерителя трехмерных координат методом светового сечения
1.5 Выводы по главе
Глава 2. Теоретическое исследование особенностей применения метода светового
сечения для контроля лопаток ГТД и исследование принципов повышения точности измерения геометрии лопаток ГТД методом светового сечения
2.1 Анализ особенностей использования метода светового сечения для поверхностей с различной микрогеометрией
2.2 Исследование взаимодействия лазерного излучения с ОК на различных стадиях технологического цикла
2.3 Изучение искажения изображения оптической системой
2.2.1 Распределение света создаваемое источником
2.2.2 Формирование изображения при отражении света источника от поверхности лопатки
2.2.3 ЧКХ объектива
2.2.4 ЧКХ ПЗС-матрицы
2.3 Синтез результирующей оптической передаточной функции и получение сигнала на выходе системы
2.4 Изучение чувствительности системы к отклонениям линейных размеров в пространстве объектов

2.5 Восстановление изображения по известной ОПФ
2.5.1 Модели шума
2.5.1.1 Гауссов шум
2.5.1.2 ШумРелея
2.5.2 Построение оценок для параметров шума
2.5.3 Спектральная фильтрация для увеличения соотношения сигнал/шум
2.5.4 Инверсная фильтрация для восстановления изображения
2.6 Выводы по главе
Глава 3. Экспериментальное исследование и оптимизация параметров системы
контроля геометрии лопаток ГТД
3.1 Измерение индикатрисы рассеяния лопатками различной шероховатости
3.1.1 Гониофотометрическая установка для измерений индикатрисы
3.1.2 Методика измерений индикатрисы
3.1.3 Результаты измерений индикатрисы
3.1.4 Контроль шероховатости поверхности лопаток ГТД по индикатрисе
3.2 Измерение Частотно-Контрастных характеристик элементов системы
3.3.1 Методика измерения частотно-контрастной характеристики объективов и ПЗС
3.3.3 Измерение ЧКХ объективов
3.3.4 Измерение ЧКХ ПЗС
3.3.5 Требования к оптической системе на основании ЧКХ
3.3.6 Измерение ЧКХ процесса рассеяния излучения поверхностью лопатки
3.3.7 Измерение пространственного спектра осветителей
3.3.8 Синтез результирующей ЧКХ системы
3.4 Алгоритм обработки изображения
3.4.1 Предварительная обработка изображения
3.4.2 Сегментация изображения
3.4.3 Анализ изображения
3.5 Сравнение теоретических моделей и экспериментальных данных
3.6 Выводы по главе
Глава 4. Конструктивная реализация и результаты внедрения установки
4.1 Описание установки
4.2 Методика юстировки прибора
4.2.1 Юстировка осветителя
4.2.2 Совмещение лазерной плоскости с фокальными плоскостями коллиматоров
4.2.3 Совмещение изображений с использованием корреляционного анализа
4.2.4 Юстировка камеры
4.3 Расчет на точность
4.3.1 Погрешность осветителей
4.3.2 Погрешность измерения перемещений
4.3.3 Погрешность системы сведения
4.3.4 Погрешность увеличения
4.3.5 Погрешность дискретизации

4.3.6 Погрешность квантования
4.3.7 Погрешность проведения измерений программой
4.3.8 Погрешность рабочей меры
4.3.9 Суммарная погрешность
4.4 Результаты измерений
4.5 Применение прибора в качестве инструмента управления системой
качества на предприятии
4.7 Выводы по главе
Заключение
Литература:
ПРИЛОЖЕНИЯ

Сз(сД,в,у) := + соз(у))

о - среднеквадратичное отклонение; а - корреляционная длина;
}. - длина волны падающего света.
В выражении (2.11)
Асок= 5т(у)-Дч/-ДС
В выражении (2.11) Щх) - ступенчатая функция, х -ее аргумент:
и (х) = {0 если х < 0; 1 если х > 0}
Символ Р используется для обозначения коэффициента яркости совершенно проводящего материала, а индексы с и ю - для обозначении когерентной и некогерентной компонент соответственно. Первая представляет собой свет, отраженный под углом, равным углу падения, в пределах того же телесного угла, что и свет падающий, а вторая - свет, рассеянный в пределах полупространства.
Из уравнения (2.11) следует, что когерентная компонента зависит от угла падения у/, отношения параметров поверхности и соотношения а/Х.
В выражение для некогерентной компоненты входит сумма ряда, который быстро сходится только при достаточно малом отношении а/Х. Компонента [Не зависит не только от этого отношения и направлении падения, по также от направления, в котором излучение отражается, и от отношения корреляционного расстояния к длине волны а/Х. Обратная величина этого отношения характеризует дифракционное уширенне элементарных пучков, отраженных микрогранями. Дифракционное уширенне отраженных пучков выражается соотношением [91] Х/2 =Х/(а сояу/), где символ а относился к длине одиночной микрограни.
Для больших микронеровностей, когда
и ряды уравнения (2.9) сходятся очень медленно, П. Бекман предложил приближенное выражение в виде:
где функции В и Ь приведены ранее.
Как отмечалось ранее, поверхность лопатки, на протяжении технологического цикла, неоднократно подвергается механической обработке [Прил. 2]. При этом несколько раз проверяется геометрия всего пера лопатки.
Для расчета индикатрисы автором использованы экспериментальные значения шероховатости компрессорной лопатки типа 177. Здесь и далее для иллюстрации теории будем
(2.13)
(2.14)