航空发动机叶片测量现状及新方法分析

张宝峰

摘要：航空发动是飞机的心脏同时也是飞机制造中的难点.在这其中航空发动机叶片在航空发动机的制造中就占据了约30%左右的比重.由于航空发动机叶片的曲面复杂、尺寸宽度大、工作环境恶劣等因素使得航空发动机的性能主要受制于航空发动机叶片的制造水平。为确保航空发动机的使用寿命及使用性能在航空发动机叶片的材质上通常选择的是钛合金或是高温合金等材料制成，同时由于叶片空气动力学等特性的要求使得叶片必须要有严格的尺寸及表面完整性的加工要求。这就要求航空发动机叶片在加工过程中出了需要具有合理的加工工艺外还需要做好对于航空发动机叶片的检测以确保航空发动机叶片的加工精度。

关键词：航空发动机叶片 尺寸 精度 检测

中图分类号：V263 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

前言

航空发动机叶片以其形位复杂、加工精度要求高的特低使其成为了航空发动机加工制造的难点。现今在航空发动机叶片的加工制造中使用的有电解加工、铣削加工以及精密锻造、精密铸造等多种加工工艺，其中数控铣削加工是使用最为广泛也是加工精度最高的一种加工方式。但是由于航空发动机叶片属于薄壁类零件，叶身扭曲大、型面复杂极易在加工中产生变形从而影响航空发动机叶片的加工质量。同时航空发动机叶片复杂的形状及众多的尺寸也为航空发动机叶片的尺寸测量提出了更高的要求。采用传统的航空发动机叶片的检测方法无法对航空发动机叶片的加工制造进行科学的指导，需要对航空发动机叶片实现数字化的测量并精确给出叶片各点加工理论值与实际数值之间的误差以便指导后续飞机发动机叶片的加工。

1.国内航空发动机叶片检测现状

现今，国内对于航空发动机叶片的检测中仍然以标准样板检测为主要的检测方式，此种方式不但检测效率较低且使得设计、制造和检测三者之间无法形成统一的整体，为有效的提高航空发动机叶片的检测效率，在国外多采用的三测机来对航空发动机叶片进行精度检测，同时由于航空发动机叶片的数量较大，待检项目较多，因此采用三测机来对航空发动机叶片进行测量可以有效的提高航空发动机叶片的检测效率，同时相较于传统的检测方式实现了由定性检测向定量检测的过渡。在航空发动机叶片生产厂家中，使用三测机来对航空发动机叶片进行检测已经广为应用，但是在应用三测机来对航空发动机叶片进行检测中也面临着以下难点：1）航空发动机叶片型面的检测精度要求较高，其检测精度通常需要达到10μm，精度要求高的甚至于要达到1μm，这一严格的精度从而对检测环境提出了更高的要求。同时在航空发动机叶片的检测过程中数量较多，由于需要测量的叶片型面数据较多将会对航空发动机叶片的测量效率产生不小的影响。2）对于使用三测机对航空发动机叶片进行测量时要求测量结果的准确性。3）在使用三测机来对航空发动机叶片进行测量时，由于航空发动机叶片形状复杂从而对三测机测量数据的结果处理提出了更高的要求，在对测量数据进行处理时要求对三测机所测量的原始数据进行进一步的简化并提取出不同的尺寸和特征参数并进行复杂的配准运算以求解航空发动机叶片的形位误差。

现今随着航空发动机生产需求的增加使得航空发动机叶片的生产具有生产周期短、成本更低的特点，因此在对航空发动机叶片进行检测的过程中使用传统的检测方式远远无法满足航空发动机叶片的检测要求，现今，各航空发动机叶片生产商都在将航空发动机叶片的测量方式向自动数字化检测方式进行转变，数字化检测主要指的是通过一定的测量设备根据设计和检测意图以一定的方法将物体表面形状转化成离散的几何点坐标数据，并通过这些数据来完成对于复杂曲面的建模。在航空发动机叶片的数据采集分类上根据采集测头是否与待测物体表面相接触分为接触式和非接触式两种。三坐标是接触式测量的主要代表之一，其具有数据测量精度高的特点，多用于对机械加工件和复杂几何尺寸的测量。随着模拟测头的出现使得三坐标测量可以实现沿着航空发动机叶片叶身型面进行连续的扫描测量，极大的提高了航空发动机叶片的测量精度和测量效率。非接触式测量主要指的是通过采用光学、声学等来实现对于航空发动机叶片的测量，非接触式测量方式具有测量速度快、分辨率高的特点，多用于测量接触式测量方式无法测量的物体。现今其主要应用于产品数字化和逆向工程中。

三坐标测量机是现今在航空发动机叶片测量中应用最为广泛的设备，其最主要通过对航空发动机叶片轮廓上各被测点的坐标值进行测量并采用数字建模的方式来对被测叶片的几何尺寸和现状误差等参数进行测定。在使用三坐标测量机来对航空发动机叶片进行测量的过程中主要采用的是等高法测量路径，其也被称为等Z法或是等截面法。在使用三坐标测量机来对航空发动机叶片的测量数据进行采集后，需要做好测量数据与设计模型的准确匹配，这是由于工件设计坐标系与测量坐标系往往不同，因此需要消除这一基准不统一所带来的测量误差，而后才能对航空发动机叶片的误差进行评定，其中做好测量数据与设计模型的的匹配主要是最大限度的寻找三坐标测量点与CAD模型之间的最佳姿态。现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几种匹配方式。在对航空发动机叶片型面误差的分析过程中主要包含有叶型参数误差和形位误差两种，其中形位误差的评定与计算与测量过程中所选用的基准和算法密切联系，是航空发动机叶片型面误差评定的主要参数。

在航空发动机叶片数字化检测过程中，测量的最终结果的误差与航空发动机叶片的数据采集方式、采集数据与设计的匹配方法以及误差评定模型等密切相关，在航空发动机叶片的测量中不论是采用传统的样板测量还是三坐标测量其测量结果的误差都是客观存在的，尤其是由于测具所带来的航空发动机叶片的系统性的测量误差其对于航空发动机叶片测量结果的准确性有着极大的影响，为确保航空发动机叶片测量结果的准确性，需要采用合理的匹配方法予以消除，同时不同的评定算法也会对航空发动机叶片的测量结果产生较大的影响，现今对于航空发动机叶片叶型测量误差的评定并未有统一的评定标准，在实际的测量应用中样板法仍然为叶片型面检测的主要方法。

2. 航空发动机叶片测量的新方法

随着光学测量技术的进步使得其在航空发动机叶片的测量中得以应用，从而能够实现非接触式的方法来对航空发动机叶片的表面数据进行测量.采用白光非接触式测量方式主要利用的是某种与实物表面发生相互作用的物理现象来对航空发动机叶片的三维信息进行测量.其中，扫描白光干涉测量技术在航空发动机叶片的测量中具有测量速度快、精度高且航空发动机叶片表面测量数据点密集的特点，在航空发动机叶片加工质量的测量中取得了良好的测量效果。相较于接触式的三坐标测量方式其在测量时由于测头与工件接触会造成测量数据的失真非接触式测量方式的优势更为明显，同时白光非接触测量的测量速度更快，但是不足之处是其容易受到周围光强弱的影响，从而造成测量数据的偏差。

3结语

航空发动机叶片的测量是检测航空发动机叶片制造是否合格的重要手段，本文在分析航空发动机叶片测量特点及测量方式的基础上对航空发动机叶片测量的新方法进行了分析。

参考文献

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