内切圆弦长法计算空心涡轮叶片蜡模壁厚

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252011V01．32No．2344．350ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)02—0344—07内切圆弦长法计算空心涡轮叶片蜡模壁厚徐岳琳，卜昆*，张定华，黄胜利，程云勇，索瑞西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安710072摘要：针对涡轮叶片精铸蜡模壁厚的快速、低成本测量问题，提出了基于光学测量的内切圆弦长的壁厚计算方法。以陶芯和蜡模外

2、形的光学扫描测量模型为对象，将两测量模型进行配准并提取截面数据，拟合得到蜡模内外截面轮廓线，提出并研究了两种内外截面轮廓线内切圆弦长计算方法。进而在UG平台上进行二次开发计算得到蜡模壁厚。最后，通过实验将算法的实例计算壁厚与计算机断层成像(CT)测量壁厚进行了比较分析，结果表明，基于光学测量的内切圆弦长法计算壁厚与CT测量壁厚具有很好的一致性。关键词：空心涡轮叶片；内切圆弦长；壁厚；蜡模；光学扫描测量；配准中图分类号：V232．4；TP391文献标识码：A涡轮叶片是航空发动机中的关键零件之一，其形状和精度直接影响航空发动机的性能[1]。叶片的常用铸造方法是熔模精密铸造L2j，受

3、铸造工艺、精铸工装、材料等多种因素的影响，中国涡轮叶片精铸技术与国外有较大差距，其研制的精铸叶片精度偏低、质量不稳、废品率很高，一直是制约中国新型航空发动机研制的瓶颈。统计结果表明：在涡轮叶片无余量熔模精密铸造工艺过程中，同批次不合格空心叶片铸件中由于壁厚尺寸漂移引起的形状超差占50％左右，是造成中国空心涡轮叶片合格率偏低的主要问题之一。涡轮叶片的肇厚主要通过精铸蜡模的壁厚进行保证，通过检测并剔除产生壁厚偏析漂移的精铸蜡模，可以有效提高精铸成品率。因此，蜡模壁厚的检测对于提高涡轮叶片合格率具有重要的意义。在涡轮叶片蜡模壁厚检测中，传统的方法为超声波法和电涡流法L3J，其中电涡流

4、法受探头直径和试件几何尺寸的影响，测量误差大，而超声波法测量精度不高，且存在测量盲区，其测量下限受到限制，且两种方法均只能获取某些指定点处的壁厚，不能做全面的壁厚检测。近年来发展了基于T业计算机断层成像(ICT)图像壁厚检测方法【4。6]，其测量精度较高，但测量时间长、成本高。三坐标测虽精度高，但是由于蜡模本身材质相对较软，不适合于接触式测量。光学扫描测量方法是一种基于计算机视觉的，综合运用图像处理、精密测量等技术进行非接触坐标测量的方法，被认为是三维形状测量中比较好的方法之一[7]。其主要优点是测量范围大，稳定，速度快，成本低，设备携带方便，受环境影响小，易于操作。因此，基于

5、现有检测方法不能兼顾全面检测和低成本的问题，本文提出在光学扫描测量蜡模表面数据基础上，基于UG二次开发直接计算蜡模壁厚，可以获取任意截面的壁厚分布及具体的壁厚数据，这为叶片蜡模成型精度的低成本全面检测提供重要手段。收稿日期：2010—05-Z4；退修日期：2010-07．04；录用El期：2010—09—25；网络出版时间：2010-11-1518：34网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／11．1929V201011151834003．html∞I：CNKI：11-1929／V．20101115．1834．003基金项目：航空科学基金(2008zE530

6、42)；国家。863”计划(2006BAF04802)*通讯作者．Tel．：029—88493232-328E-mail：pukun89@nwpu．edu．on{

7、霸格武；徐岳琳。h昆．张定华。等．内切雹藏长法计算空心滠轮畸片蜡模壁辱￡J]÷航空学撮。2011．32(2)：344-350．XuYuelln．BuKun．ZhangDinghua．eta1．AlgorithmforcalculationofwallthicknessforhollowturbinebladeWaX-patternswithinscribedcirclechordlengthE：JJ．ActaAero

8、nauticaetAstronauticaSinica．20¨．32(2)：344-350．＆**≮：☆ⅫⅧ*K＆”*±om≈"H《《女M1叶片蜡模壁厚相盖定义目前下厂宴际町片蜡横厚艇检测中．使用超声波测厚但沿⋯片蜡模外表由删蛄点处的法线方向到达内表面的距离进行测暾，如图1中L，所不。由于光学测量计算中运川}去线方法町能m现在某点处瞰截面线细微的转折而导致法向发生较大偏差等_；if=可预测的程序计算错误t从而导致计算不准确．发生放大壁厚现象。同此为了方便叶片蜡模壁厚检测的自动进行．依据适合光