航空發(fā)動機葉片測量現(xiàn)狀及新方法分析

張寶峰

摘要：航空發(fā)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(fā)動機葉片在航空發(fā)動機的制造中就占據(jù)了約30%左右的比重.由于航空發(fā)動機葉片的曲面復(fù)雜、尺寸寬度大、工作環(huán)境惡劣等因素使得航空發(fā)動機的性能主要受制于航空發(fā)動機葉片的制造水平。為確保航空發(fā)動機的使用壽命及使用性能在航空發(fā)動機葉片的材質(zhì)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(xué)等特性的要求使得葉片必須要有嚴(yán)格的尺寸及表面完整性的加工要求。這就要求航空發(fā)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(fā)動機葉片的檢測以確保航空發(fā)動機葉片的加工精度。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機葉片 尺寸 精度 檢測

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

前言

航空發(fā)動機葉片以其形位復(fù)雜、加工精度要求高的特低使其成為了航空發(fā)動機加工制造的難點。現(xiàn)今在航空發(fā)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(shù)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(fā)動機葉片屬于薄壁類零件，葉身扭曲大、型面復(fù)雜極易在加工中產(chǎn)生變形從而影響航空發(fā)動機葉片的加工質(zhì)量。同時航空發(fā)動機葉片復(fù)雜的形狀及眾多的尺寸也為航空發(fā)動機葉片的尺寸測量提出了更高的要求。采用傳統(tǒng)的航空發(fā)動機葉片的檢測方法無法對航空發(fā)動機葉片的加工制造進行科學(xué)的指導(dǎo)，需要對航空發(fā)動機葉片實現(xiàn)數(shù)字化的測量并精確給出葉片各點加工理論值與實際數(shù)值之間的誤差以便指導(dǎo)后續(xù)飛機發(fā)動機葉片的加工。

1.國內(nèi)航空發(fā)動機葉片檢測現(xiàn)狀

現(xiàn)今，國內(nèi)對于航空發(fā)動機葉片的檢測中仍然以標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計、制造和檢測三者之間無法形成統(tǒng)一的整體，為有效的提高航空發(fā)動機葉片的檢測效率，在國外多采用的三測機來對航空發(fā)動機葉片進行精度檢測，同時由于航空發(fā)動機葉片的數(shù)量較大，待檢項目較多，因此采用三測機來對航空發(fā)動機葉片進行測量可以有效的提高航空發(fā)動機葉片的檢測效率，同時相較于傳統(tǒng)的檢測方式實現(xiàn)了由定性檢測向定量檢測的過渡。在航空發(fā)動機葉片生產(chǎn)廠家中，使用三測機來對航空發(fā)動機葉片進行檢測已經(jīng)廣為應(yīng)用，但是在應(yīng)用三測機來對航空發(fā)動機葉片進行檢測中也面臨著以下難點：1）航空發(fā)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(yán)格的精度從而對檢測環(huán)境提出了更高的要求。同時在航空發(fā)動機葉片的檢測過程中數(shù)量較多，由于需要測量的葉片型面數(shù)據(jù)較多將會對航空發(fā)動機葉片的測量效率產(chǎn)生不小的影響。2）對于使用三測機對航空發(fā)動機葉片進行測量時要求測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。3）在使用三測機來對航空發(fā)動機葉片進行測量時，由于航空發(fā)動機葉片形狀復(fù)雜從而對三測機測量數(shù)據(jù)的結(jié)果處理提出了更高的要求，在對測量數(shù)據(jù)進行處理時要求對三測機所測量的原始數(shù)據(jù)進行進一步的簡化并提取出不同的尺寸和特征參數(shù)并進行復(fù)雜的配準(zhǔn)運算以求解航空發(fā)動機葉片的形位誤差。

現(xiàn)今隨著航空發(fā)動機生產(chǎn)需求的增加使得航空發(fā)動機葉片的生產(chǎn)具有生產(chǎn)周期短、成本更低的特點，因此在對航空發(fā)動機葉片進行檢測的過程中使用傳統(tǒng)的檢測方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足航空發(fā)動機葉片的檢測要求，現(xiàn)今，各航空發(fā)動機葉片生產(chǎn)商都在將航空發(fā)動機葉片的測量方式向自動數(shù)字化檢測方式進行轉(zhuǎn)變，數(shù)字化檢測主要指的是通過一定的測量設(shè)備根據(jù)設(shè)計和檢測意圖以一定的方法將物體表面形狀轉(zhuǎn)化成離散的幾何點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過這些數(shù)據(jù)來完成對于復(fù)雜曲面的建模。在航空發(fā)動機葉片的數(shù)據(jù)采集分類上根據(jù)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(biāo)是接觸式測量的主要代表之一，其具有數(shù)據(jù)測量精度高的特點，多用于對機械加工件和復(fù)雜幾何尺寸的測量。隨著模擬測頭的出現(xiàn)使得三坐標(biāo)測量可以實現(xiàn)沿著航空發(fā)動機葉片葉身型面進行連續(xù)的掃描測量，極大的提高了航空發(fā)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(xué)、聲學(xué)等來實現(xiàn)對于航空發(fā)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(xiàn)今其主要應(yīng)用于產(chǎn)品數(shù)字化和逆向工程中。

三坐標(biāo)測量機是現(xiàn)今在航空發(fā)動機葉片測量中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備，其最主要通過對航空發(fā)動機葉片輪廓上各被測點的坐標(biāo)值進行測量并采用數(shù)字建模的方式來對被測葉片的幾何尺寸和現(xiàn)狀誤差等參數(shù)進行測定。在使用三坐標(biāo)測量機來對航空發(fā)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(biāo)測量機來對航空發(fā)動機葉片的測量數(shù)據(jù)進行采集后，需要做好測量數(shù)據(jù)與設(shè)計模型的準(zhǔn)確匹配，這是由于工件設(shè)計坐標(biāo)系與測量坐標(biāo)系往往不同，因此需要消除這一基準(zhǔn)不統(tǒng)一所帶來的測量誤差，而后才能對航空發(fā)動機葉片的誤差進行評定，其中做好測量數(shù)據(jù)與設(shè)計模型的的匹配主要是最大限度的尋找三坐標(biāo)測量點與CAD模型之間的最佳姿態(tài)。現(xiàn)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(fā)動機葉片型面誤差的分析過程中主要包含有葉型參數(shù)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(zhǔn)和算法密切聯(lián)系，是航空發(fā)動機葉片型面誤差評定的主要參數(shù)。

在航空發(fā)動機葉片數(shù)字化檢測過程中，測量的最終結(jié)果的誤差與航空發(fā)動機葉片的數(shù)據(jù)采集方式、采集數(shù)據(jù)與設(shè)計的匹配方法以及誤差評定模型等密切相關(guān)，在航空發(fā)動機葉片的測量中不論是采用傳統(tǒng)的樣板測量還是三坐標(biāo)測量其測量結(jié)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(fā)動機葉片的系統(tǒng)性的測量誤差其對于航空發(fā)動機葉片測量結(jié)果的準(zhǔn)確性有著極大的影響，為確保航空發(fā)動機葉片測量結(jié)果的準(zhǔn)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(fā)動機葉片的測量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，現(xiàn)今對于航空發(fā)動機葉片葉型測量誤差的評定并未有統(tǒng)一的評定標(biāo)準(zhǔn)，在實際的測量應(yīng)用中樣板法仍然為葉片型面檢測的主要方法。

2. 航空發(fā)動機葉片測量的新方法

隨著光學(xué)測量技術(shù)的進步使得其在航空發(fā)動機葉片的測量中得以應(yīng)用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式的方法來對航空發(fā)動機葉片的表面數(shù)據(jù)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(fā)生相互作用的物理現(xiàn)象來對航空發(fā)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(shù)在航空發(fā)動機葉片的測量中具有測量速度快、精度高且航空發(fā)動機葉片表面測量數(shù)據(jù)點密集的特點，在航空發(fā)動機葉片加工質(zhì)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(biāo)測量方式其在測量時由于測頭與工件接觸會造成測量數(shù)據(jù)的失真非接觸式測量方式的優(yōu)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(shù)據(jù)的偏差。

3結(jié)語

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

參考文獻

[1]于坤林，謝志宇，王志敏.基于圖像處理的航空發(fā)動機葉片檢測技術(shù)研究.長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報. 2013， 13（3）：32-35.

[2]傅健，路宏年，侯濤，龔磊.基于ICT圖像的航空發(fā)動機渦輪葉片壁厚尺寸精密測量方法.航空學(xué)報.2006， 27（2）：325-330.

[3]李妙玲，朱春熙，尤惠媛.航空發(fā)動機葉片葉身型面測具設(shè)計及精度分析.制造技術(shù)與機床. 2011（1）：113-116.