航空發動機葉片測量現狀及新方法分析

張寶峰

摘要：航空發動是飛機的心臟同時也是飛機制造中的難點.在這其中航空發動機葉片在航空發動機的制造中就占據了約30%左右的比重.由于航空發動機葉片的曲面復雜、尺寸寬度大、工作環境惡劣等因素使得航空發動機的性能主要受制于航空發動機葉片的制造水平。為確保航空發動機的使用壽命及使用性能在航空發動機葉片的材質上通常選擇的是鈦合金或是高溫合金等材料制成，同時由于葉片空氣動力學等特性的要求使得葉片必須要有嚴格的尺寸及表面完整性的加工要求。這就要求航空發動機葉片在加工過程中出了需要具有合理的加工工藝外還需要做好對于航空發動機葉片的檢測以確保航空發動機葉片的加工精度。

關鍵詞：航空發動機葉片 尺寸 精度 檢測

中圖分類號：V263 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

前言

航空發動機葉片以其形位復雜、加工精度要求高的特低使其成為了航空發動機加工制造的難點。現今在航空發動機葉片的加工制造中使用的有電解加工、銑削加工以及精密鍛造、精密鑄造等多種加工工藝，其中數控銑削加工是使用最為廣泛也是加工精度最高的一種加工方式。但是由于航空發動機葉片屬于薄壁類零件，葉身扭曲大、型面復雜極易在加工中產生變形從而影響航空發動機葉片的加工質量。同時航空發動機葉片復雜的形狀及眾多的尺寸也為航空發動機葉片的尺寸測量提出了更高的要求。采用傳統的航空發動機葉片的檢測方法無法對航空發動機葉片的加工制造進行科學的指導，需要對航空發動機葉片實現數字化的測量并精確給出葉片各點加工理論值與實際數值之間的誤差以便指導后續飛機發動機葉片的加工。

1.國內航空發動機葉片檢測現狀

現今，國內對于航空發動機葉片的檢測中仍然以標準樣板檢測為主要的檢測方式，此種方式不但檢測效率較低且使得設計、制造和檢測三者之間無法形成統一的整體，為有效的提高航空發動機葉片的檢測效率，在國外多采用的三測機來對航空發動機葉片進行精度檢測，同時由于航空發動機葉片的數量較大，待檢項目較多，因此采用三測機來對航空發動機葉片進行測量可以有效的提高航空發動機葉片的檢測效率，同時相較于傳統的檢測方式實現了由定性檢測向定量檢測的過渡。在航空發動機葉片生產廠家中，使用三測機來對航空發動機葉片進行檢測已經廣為應用，但是在應用三測機來對航空發動機葉片進行檢測中也面臨著以下難點：1）航空發動機葉片型面的檢測精度要求較高，其檢測精度通常需要達到10μm，精度要求高的甚至于要達到1μm，這一嚴格的精度從而對檢測環境提出了更高的要求。同時在航空發動機葉片的檢測過程中數量較多，由于需要測量的葉片型面數據較多將會對航空發動機葉片的測量效率產生不小的影響。2）對于使用三測機對航空發動機葉片進行測量時要求測量結果的準確性。3）在使用三測機來對航空發動機葉片進行測量時，由于航空發動機葉片形狀復雜從而對三測機測量數據的結果處理提出了更高的要求，在對測量數據進行處理時要求對三測機所測量的原始數據進行進一步的簡化并提取出不同的尺寸和特征參數并進行復雜的配準運算以求解航空發動機葉片的形位誤差。

現今隨著航空發動機生產需求的增加使得航空發動機葉片的生產具有生產周期短、成本更低的特點，因此在對航空發動機葉片進行檢測的過程中使用傳統的檢測方式遠遠無法滿足航空發動機葉片的檢測要求，現今，各航空發動機葉片生產商都在將航空發動機葉片的測量方式向自動數字化檢測方式進行轉變，數字化檢測主要指的是通過一定的測量設備根據設計和檢測意圖以一定的方法將物體表面形狀轉化成離散的幾何點坐標數據，并通過這些數據來完成對于復雜曲面的建模。在航空發動機葉片的數據采集分類上根據采集測頭是否與待測物體表面相接觸分為接觸式和非接觸式兩種。三坐標是接觸式測量的主要代表之一，其具有數據測量精度高的特點，多用于對機械加工件和復雜幾何尺寸的測量。隨著模擬測頭的出現使得三坐標測量可以實現沿著航空發動機葉片葉身型面進行連續的掃描測量，極大的提高了航空發動機葉片的測量精度和測量效率。非接觸式測量主要指的是通過采用光學、聲學等來實現對于航空發動機葉片的測量，非接觸式測量方式具有測量速度快、分辨率高的特點，多用于測量接觸式測量方式無法測量的物體。現今其主要應用于產品數字化和逆向工程中。

三坐標測量機是現今在航空發動機葉片測量中應用最為廣泛的設備，其最主要通過對航空發動機葉片輪廓上各被測點的坐標值進行測量并采用數字建模的方式來對被測葉片的幾何尺寸和現狀誤差等參數進行測定。在使用三坐標測量機來對航空發動機葉片進行測量的過程中主要采用的是等高法測量路徑，其也被稱為等Z法或是等截面法。在使用三坐標測量機來對航空發動機葉片的測量數據進行采集后，需要做好測量數據與設計模型的準確匹配，這是由于工件設計坐標系與測量坐標系往往不同，因此需要消除這一基準不統一所帶來的測量誤差，而后才能對航空發動機葉片的誤差進行評定，其中做好測量數據與設計模型的的匹配主要是最大限度的尋找三坐標測量點與CAD模型之間的最佳姿態。現今在匹配的算法中主要有：迭代匹配法、基于曲面描述的匹配和基于特征的匹配等幾種匹配方式。在對航空發動機葉片型面誤差的分析過程中主要包含有葉型參數誤差和形位誤差兩種，其中形位誤差的評定與計算與測量過程中所選用的基準和算法密切聯系，是航空發動機葉片型面誤差評定的主要參數。

在航空發動機葉片數字化檢測過程中，測量的最終結果的誤差與航空發動機葉片的數據采集方式、采集數據與設計的匹配方法以及誤差評定模型等密切相關，在航空發動機葉片的測量中不論是采用傳統的樣板測量還是三坐標測量其測量結果的誤差都是客觀存在的，尤其是由于測具所帶來的航空發動機葉片的系統性的測量誤差其對于航空發動機葉片測量結果的準確性有著極大的影響，為確保航空發動機葉片測量結果的準確性，需要采用合理的匹配方法予以消除，同時不同的評定算法也會對航空發動機葉片的測量結果產生較大的影響，現今對于航空發動機葉片葉型測量誤差的評定并未有統一的評定標準，在實際的測量應用中樣板法仍然為葉片型面檢測的主要方法。

2. 航空發動機葉片測量的新方法

隨著光學測量技術的進步使得其在航空發動機葉片的測量中得以應用，從而能夠實現非接觸式的方法來對航空發動機葉片的表面數據進行測量.采用白光非接觸式測量方式主要利用的是某種與實物表面發生相互作用的物理現象來對航空發動機葉片的三維信息進行測量.其中，掃描白光干涉測量技術在航空發動機葉片的測量中具有測量速度快、精度高且航空發動機葉片表面測量數據點密集的特點，在航空發動機葉片加工質量的測量中取得了良好的測量效果。相較于接觸式的三坐標測量方式其在測量時由于測頭與工件接觸會造成測量數據的失真非接觸式測量方式的優勢更為明顯，同時白光非接觸測量的測量速度更快，但是不足之處是其容易受到周圍光強弱的影響，從而造成測量數據的偏差。

3結語

航空發動機葉片的測量是檢測航空發動機葉片制造是否合格的重要手段，本文在分析航空發動機葉片測量特點及測量方式的基礎上對航空發動機葉片測量的新方法進行了分析。

參考文獻

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