一種有效規避余弦誤差的葉片測量方法

楊慶先

中國航發常州蘭翔機械有限責任公司 江蘇常州 213022

1 序言

葉片是航空發動機上的關鍵零部件，種類繁多，其質量直接影響發動機的空氣動力性能和機械效率，其測量也成為控制發動機質量的關鍵。

按航標HB 5647-98要求，葉片都是分截面測量和評價的。普通三坐標測量截面曲線一般按二維曲線測量和計算，而實際上葉片截面是沿縱向變化的（見圖1），這樣就會存在余弦誤差（見圖2），余弦誤差的大小依葉片沿縱向變化程度而定。

圖1 葉片沿縱向變化

圖2 余弦誤差示意

2 測量方法

為有效規避余弦誤差，我們總結了一種測量方法，具體如下。

圖3 測桿測針

（1）特制測桿測針 特制一套測桿測針（見圖3），1#球形測針是為建立葉片坐標系所用，2#針形測針是為測量葉型所用，長短可調。長短依葉片大小形狀而定，可特制也可借用RENISHAW公司測桿進行組合。

該測桿測針的校準可參照星形測針的校準格式，取針形測針的測球直徑為0，改變標準球緯度控制校準精度，一般針形測針的測球校準后等效直徑＜0.03mm即可。

（2）建立測量坐標系 葉片坐標系可分為兩大類，一類是將坐標系建立在葉片安裝夾具上，基準可在夾具上選取，可使用1#球形測針按常規建立；另一類是將坐標系建立在葉片上，采用6點定位原理，可使用1#球形測針迭代建立。

（3）測量路徑規劃 首先讀入葉片C A D數模，根據葉片的設計和檢測要求，在葉片上沿葉身方向截取數個截面線，提取截面規劃測量點位，如圖4所示。

圖4 測量點位

其次，將葉身分為葉盆和葉背兩部分，使用2#針形測針在相應部分和坐標平面內測量。葉盆部分測量如圖5所示。再將測桿旋轉180°進行葉背部分測量，如圖6所示。

圖5 葉盆部分測量

圖6 葉背部分測量

相應增加躲避碰創的goto點，最后將幾次采集的數據統一到同一個數據文件中，返回到CAD模型，沿葉身方向移動到下一截面，繼續上述操作，直至完成測量。

（4）測量結果誤差比對 由于是在CAD模型上直接規劃的測量位置和點數，測量結果與CAD數模是關聯在一起的，這樣就可以進行曲線的理論與實際最佳擬合比較（見圖7）和形狀誤差分析（見圖8）。

圖7 最佳擬合比較

圖8 形狀誤差分析

3 結束語

本文使用的是生產型三坐標、ARCOCAD測量軟件、PH10M旋轉測座和TP6傳感器。由于采用針形測針測量葉片截面，測球半徑幾乎為0，因此有效躲避了余弦誤差，使測量精度得到了有效提高，是目較好的前解決余弦誤差的方式。