Triangulation methods for effusion holes measurements in combustion chambers of aircraft engines *

STRESZCZENIE: Ważnym problemem dotyczącym konstrukcji nowoczesnych turboodrzutowych silników lotniczych jest efektywne chłodzenie komór spalania, realizowane poprzez otwory efuzyjne. Kanały takie, drążone laserowo, stanowią jednak poważne wyzwanie metrologiczne ze względu na niewielką średnicę (poniżej 1 mm), nieregularny kształt i kątową orientację względem powierzchni. Pomiary metodami kontaktowymi CMM są więc czasochłonne, obarczone znaczną niepewnością pomiaru oraz ryzykiem uszkodzenia trzpienia pomiarowego. W artykule porównano dwie metody skanowania triangulacyjnego powierzchni komory spalania silnika z kątowymi otworami efuzyjnymi (w kierunku normalnym do powierzchni oraz współosiowo z otworem). Ponadto oceniono cztery opracowane algorytmy przetwarzania danych pomiarowych, których celem jest wyznaczenie położenia i średnicy otworów. Wskazano na problem zakłóceń dotyczących pomiaru i przetwarzania danych.

SŁOWA KLUCZOWE: otwory efuzyjne, triangulacja laserowa, wizja maszynowa, pomiary optyczne

ABSTRACT: An important problem of modern aero-engines’ construction is effective cooling of combustor liner attained by effusion holes. The laser-drilled channels are a critical metrological challenge resulting from their small diameter (below 1 mm), irregular shape and angular orientation to the surface. Hence, in this case, the tactile CMM measurement methods are timeconsuming, error-susceptible and hazardous to the measuring stylus. The paper compares two methods of triangulation scanning of the surface of the engine combustion chamber with angular effusion holes (according to normal to surface and coaxially with hole). Additionally, four algorithms for processing measurement data were developed and evaluated, aiming at determination of the position and holes diameter. The paper also discusses the problem of measurement and calculation disturbance.

KEYWORDS: effusion holes, laser triangulation, machine vision, optical measurement

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Adamczak S. „Pomiary geometryczne powierzchni: zarysy kształtu, falistość i chropowatość”. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2008.
• Ahn S. J., Rauh W., Warnecke H-J. „Least-squares orthogonal distances fitting of circle, sphere, ellipse, hyperbola, and parabola”. Pattern Recognition. 34, 12 (2001): pp. 2283–2303.
• Baker K. “The Singular Value Decomposition”. The Ohio State University, 2005.
• Dhar S., Saini N., Purohit R. „A review on laser drilling and its techniques”. Fatehgarh Sahib: Proceedings of the International Conference of Advances in Mechanical Engineering, Baba Banda Singh Bahadur Engineering College, 2006: pp. 1–3.
• Fitzgibbon A., Pilu M., Fisher R.B. „Direct least square fitting of ellipses”. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 21, 5 (1999): pp. 476–480.
• Gander W., Golub G.H., Strebel R. „Least-squares fitting of circles and ellipses”. BIT Numerical Mathematics. 34, 4 (1994): pp. 558–578.
• Genton M.G., Ma Y. „Robustness properties of dispersion estimators”. Statistics & Probability Letters. 44, 4 (1999): pp. 343–350.
• Kowal J., Sioma A. „Metoda budowy obrazu 3D produktu z wykorzystaniem systemu wizyjnego”. Acta Mechanica et Automatica. 4, 1 (2010): pp. 48–51.
• Lefebvre A.H., Ballal D.R. „Gas turbine combustion: alternative fuels and emissions”. 3rd ed. Boca Raton: Taylor & Francis, 2010.
• Liu X., Zheng H. „Influence of deflection hole angle on effusion cooling in a real combustion chamber condition”. Thermal Science. 19, 2 (2015): pp. 645–656.
• Ratajczyk, E. „Coordinate Measuring Technique”. Warsaw: Warsaw University of Technology Press, 2005.
• Reiner J., Stankiewicz M. „Evaluation of the Predictive Segmentation Algorithm for the Laser Triangulation Method”. Metrology and Measurement Systems. 18, 4 (2011): pp. 667–678.
• Sładek J. „Coordinate Metrology Accuracy of Systems and Measurements”. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2016.
• Stankiewicz M. „Metoda triangulacji laserowej odporna na refleksy świetlne dla kontroli jakości geometrii wyrobu”. Wrocław, 2013.

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2017.12.199