CORE—DS型白光测量机对某叶片的测量与对比

高松　李深亮　孟辉

摘 要：本文对CORE-DS型白光测量机进行对比验证试验，掌握针对某叶片的测量基准建立、测量程序编制和参数评价方法。通过与接触式三坐标测量机进行测量对比试验，验证其测量的准确性和可行性。

关键词：白光测量；测量程序编制；接触式三坐标；对比试验

中图分类号：TN312 文献标识码：A

随着对航空发动机性能要求的逐步提高，压气机叶片型面多采用三元流设计，叶型扭曲程度增大。此外，为了提高叶片制造的稳定性和符合性，客户要求型面采用数字化测量，传统的三坐标测量在测量叶片的扭曲部位易产生补偿的失真。故尝试采用非接触式的测量方式进行测量。

1.设备概况及测量原理

CORE-DS型白光测量机是温泽公司的第二代五轴光学测量设备，与MAXOS型测量机相比，其结构更为紧凑优化，整机测量精度MPEP从±8um提高到±4um，配备的软件OpenDMIS比第一代Win3DS软件功能有明显提升。

白光测量采用三角测量原理，它利用了光源、像点和物点之间的三角关系来求得物点的间隔。光源向物体发射一个光点，光点到达物体后经过反射在传感器上得到一个像点；光源、物点和像点形成了一定的三角关系，其中光源和传感器上的像点的位置是已知的，由此可以计算得出物点的位置所在。

白光测量机发出的光为复合光（日光），照射到反光表面无散斑效应，分布均匀的光点对确定像点位置“非常有利”。

2.评定参数定义

CORE-DS白光测量机同时配置了Win3DS、OpenDMIS两种测量软件。白光测量机的测量软件将测量数据进行处理后，可以进行给定条件下的拟合。

测量项目主要包括：叶盆（背）轮廓度最大（小）值；进（排）气边缘轮廓度最大（小）值；位置度误差；叶型扭转偏差；叶型最大厚度；弦长；进气边弦长；进（排）气边缘半径和叶展波纹度变化率等。

3.对比试验方案

3.1 测量方案

（1）测量重复性对比测试。

（2）接触式三坐标与白光测量机对比试验。

3.2 试验载体

（1）3片叶片。其中1片为精铣状态，2片为精铣+抛光状态。

（2）测量设备

①莱姿PMM-C 12107型三坐标测量机（带转台），测针直径2mm，叶型截面三维扫描。

②蔡司PRISMO navigator1200× 1800×1000型三坐标测量机（带转台），测针直径0.8mm，叶型截面三维扫描。

③温泽CORE-DS型非接触式白光测量机（带转台），光斑直径0.035mm，叶型截面三维扫描。

4.测量过程

4.1 测量准备工作

（1）设备校准。校准过程分为测头校准和转台校准两部分。

（2）导入理论数据模型。OpenDIMS软件可识别IGS、STEP等数据格式。

（3）测量机参数设定。包括测头运动和扫描速度、加速度、测头摆角范围、光强等。

4.2 测量坐标系MCS建立，根据特征通过3-2-1法建立坐标系。

4.3 测量路径生成及参数设定

（1）测量路径规划原则。测量路径在安全的前提下，减少空运动行程，提高测量效率。

（2）扫描测量点密度。在叶片型线曲率较大处扫描测量点密度高，曲率较小处扫描测量点密度低。

（3）生成测量截面。按照叶片测量截面的要求，沿Z轴方向创建出不同Z值的XOY平面。将导入的IGS和创建的平面进行求交计算，得出所需的轮廓线。

（4）生成DMIS程序。软件在设定测量机参数、创建坐标系、创建测量程序以及测量完成之后的数据分析和公差设定等操作。

（5）波纹度测量。叶片的波纹度扫描为纵向截取截面，定义扫描路径。

（6）测量数据评定原则。用最小二乘法拟合测量点，进行测量点与理论截面的误差分析和判定。

（7）测量公差的设定。在叶片评价模块中设置测量公差，确定叶片的测量结果和状态，输出报告。

5.数据分析

5.1 测量重复性测试

通过对叶片的测量数据的分析，采用同一测量程序对叶片进行4次测量，采用极差法评定叶中轮廓度为syz=0.008mm和边缘轮廓度sby测量重复性为sby=0.005mm。

5.2 测量准确性分析

采用测量不确定评定方法对CORE-DS白光测量机叶片轮廓度测量结果进行评价。

取叶中轮廓度syz和边缘轮廓度sby为A类不确定度分量。

CORE-DS白光测量机探测最大允许误差MPEP为±0.004mm。则其B类测量不确度分量为0.004mm。

其区间半宽度a为0.004mm。Uby=2uc= 0.013mm；Uyz=2uc=0.018mm。

依据GJB5109-2004《装备计量保障通用要求检测和校准》关于测试不确定度比（被测参数与其测量设备之间的最大允许误差的比值）不得低于4∶1的规定，上述CORE-DS白光测量机叶片轮廓度测量结果测量不确定度满足叶片边缘轮廓0.06mm和叶中0.12mm轮廓度公差要求。

5.3 3种测量设备符合程度

CORE-DS与PMM-C之间差值小于0.01mm的占比约为87.9%；CORE-DS与PRISMO之间差值小于0.01mm的占比约为81.8%；PMM-C与PRISMO之间差值小于0.01mm的占比约为60%。

从对比数据看，白光与接触式三坐标测量数据的符合程度较好，数据界于莱姿PMM-C与蔡司PRISMO之间。

结论

该CORE-DS测量机具有叶片型面及进排气边检测评价功能，叶片叶型几何参数检测数据与莱姿PMM-C计量型三坐标测量机和蔡司PRISMO三坐标测量机具有很好的一致性，其测量能力相当，满足某静子叶片型面检测需求。

参考文献

[1]王淼安.接触式三坐标测量透平叶片精度问题与解决方案[J].航空制造技术，2013（17）：67-69.