壓氣機葉片榫頭輪廓數字化檢測技術研究

張慰，王程，謝祖坤

（中國航發貴州黎陽航空動力有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 檢測參數的確定

榫頭輪廓檢測主要分為榫根輪廓度和跨棒距檢測，榫根的輪廓度要求為多段公差帶要求，即變公差要求，從緣板到榫根底部存在不斷變化的上下公差帶，同時存在跨棒距A 的檢測要求。

2 檢測方法

2.1 編制榫根輪廓度變公差帶理論參數文件

根據檢測工藝要求制作榫頭公差帶理論文件，制作變公差帶理論值文件可使用導入理論值DXF 文件、手動繪制等方法，其中使用導入理論值DXF 方法簡潔高效，為推薦使用的方法。

2.1.1 分別對上下公差帶文件進行編輯

采用CurveAnalyzer 輪廓分析軟件，對榫根上下公差數據進行點加密、排序、矢量生成處理等處理。

2.1.2 合并成榫頭變公差帶理論文件

將編輯好的上、下公差帶進行合并操作，生成榫頭理論值文件，文件內數據點包括理論值點，上公差帶和下公差帶。

2.2 葉片自動測量

2.2.1 矩陣測量配置

根據葉片夾具的數量配置矩陣，如3X3、9X9，配置完成后矩陣測量軟件自動生成多矩陣坐標系統。

2.2.2 坐標系建立

使用迭代法進行第一個葉片的坐標系建立，在葉片選取6 個點進行迭代，迭代次數3 次，迭代精度0.02mm。根據第一個坐標系和矩陣關系，依次編程進行所有矩陣位置的坐標系建立。

2.3 自動測量程序測量編制

坐標系完成后，使用所編制的自動測量程序對被測參數進行自動測量。依次對所有夾具工位的葉片進行榫頭輪廓掃描測量，使用開線掃描，設置掃描起始點，方向點D，終止點2，點密度20 點/mm，掃描速度2mm/s，取得榫頭輪廓。

2.4 測量結果

（1）測頭半徑補償。在PC-dmis 測量軟件的半徑補償功能里，輸入測針半徑，補償方向、補償位置。

（2）輪廓度最佳擬合。理論元素選擇2.1.2 制作好的變公差帶理論值文件，實際元素選擇2.3 的實際掃描曲線，擬合方式選擇“Tol.band”，即公差帶內擬合，擬合類型選擇”Translation and rotation”，及允許平移和旋轉，放大比例選擇1 倍，點誤差選擇每20 點，評價方向選擇Nominal，評價區域選擇Nominal。

（3）輪廓度顯示繪圖。如圖1 所示，實際點數據將在理論值上、下公差帶內“自由平移和旋轉”，達到被上、下公差帶包容，依次計算每點的輪廓度偏差并繪圖。

圖1 榫頭輪廓檢測結果示意圖

（4）跨棒距計算。按照檢測工藝要求生成φ=Amm 的虛擬量棒，使用自定心功能讓虛擬量棒沿著榫根輪廓表面“滑動”，找到虛擬量棒和輪廓的最佳量棒定心位置。分別找到左、右齒面的最佳定心位置、計算跨棒距A，檢測結果如圖2 所示。

圖2 跨棒距測量結果示意圖

3 測量不確定度

3.1 分量計算

（1）標準儀器引入的測量不確定度分量u1：

表1 跨棒距10 次測量結果

根據測量過程中選用儀器的具體情況來確定，根據測量機證書可知，測量儀器的校準精度為（2.0+L/303）μm，服從均勻分布，取

（2）測量重復性引入的測量不確定度分量u2：

測量產品零件某參數，滿足重復性要求測量10 次，10次結果分別為，其測量結果的平均值為：

（3）零件線膨脹系數引入的測量不確定度分量u3：

根據規定鋼質量塊線膨脹系數為（11.5±1)×10-6℃?1范圍內，服從三角分布，，若被測溫度t x 與標準溫度20℃偏差為Δt℃，被測尺寸為L mm，則：

3.2 測量結果合成不確定度

以上各項相互獨立，互不相關，合成不確定度為

測量結果擴展不確定度

取包含概率ρ ＝95%，則k=2

3.3 跨棒距測量不確定度計算

測量同一葉片榫頭的跨棒距10 次，計算擴展不確定度。

按照3.1 和3.2 節公式進行計算，跨棒距不確定為U=2.4um,K=2。

根據榫根跨棒距公差：0.09mm，測量不確定度為公差要求的2%，滿足不確定度≤公差1/4=0.025mm，測量可行。

3.4 測量結果對比

三坐標測量數據和傳統檢測方法對比，見表2，最大偏差為0.0077，滿足不大于0.09×25%=0.022 的要求，測量可行。

表2 測量數據對比

4 技術亮點

4.1 變公差帶內最佳包容擬合

榫頭的輪廓度為變公差帶，使用傳統方法檢測過程中，為人工將投影放大圖去“套”榫根輪廓，存在很大的不確定誤差，使用軟件的公差帶包容擬合功能，可自動將輪廓在公差帶范圍內達到最大包容狀態，模擬人工狀態，實現榫根輪廓度檢測數字化。

4.2 虛擬量棒進行跨棒距分析技術

采用測量機三維模擬測頭進行的自定心掃描測量來模擬量棒檢測計算跨棒距，無論葉片在夾具上的位置處于何種狀態，只要穩固牢靠，即可檢測，避免了使用標準量棒帶來的一系列問題。

4.3 基于矩陣測量的自動化檢測技術

此前對于葉片的測量方式是采用單片測量，每片都需要人工上下料，輸入零件信息，操縱測量機進行測量，這中間存在人工信息輸入易錯、單片人工上下料耗時等問題。基于矩陣測量的自動化檢測葉片的高效批量檢測、采用多工位矩陣夾具定位技術和批量檢測管理系統，以批量檢測管理系統為載體來對測量機、夾具的自動化管控，實現矩陣夾具定位和批量檢測的模塊化，測量效率得到了極大提升。

5 結語

本文基于三坐標測量機對榫頭幾何尺寸檢測方法進行了研究，實現了榫頭輪廓度和跨棒距的數字化檢測難題，文中對如何實現榫頭變公差分析、虛擬量棒檢測和葉片自動化矩陣測量進行了詳細的說明，并與上級計量部門給出的測量結果進行了對比，誤差完全在許可范圍內，驗證了該方法的可行性；解決了葉片榫頭數字化檢測難題，新測量方法的使用，大大提高了檢測效益，縮短了檢測周期，為新機、批產研制贏得了寶貴時間。