非接触式白光测量机在叶片检测中的研究与应用.pdf

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1、非接触式自光测量机在叶片检测中的研究与应用RecearchandApplicationofNon—ContactMeasuringMachineWithWhiteLightintheBladeDetection中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司吴志新韩巍黄伟吴志新沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司，高级工程师．从事航空发动机压气机叶片工艺、研制工作。坐标测量机矢量检测功能在自由曲面测量中起着重要的作用。航空发动机叶片型面做为一种拥有微小进排气边圆弧的自由曲面，它的检测精度与批量检测效率一直是制约叶片制造能力的瓶颈问题。与其他航空零部件相比，叶

2、片具有许多鲜明的特点：形状与结构十分复杂、尺寸极化现象十分严重、叶片数量众多。随着先进航空发动机的不断更新设计，叶片的结构形式变48航空制造技术·2014年第13期随着先进航空发动机的不断更新设计，叶片的结构形式变得越来越复杂，加工精度要求也越来越高，我们对于叶片检测技术与检测仪器提出了更高的要求。得越来越复杂，加工精度要求也越来越高，我们对于叶片检测技术与检测仪器提出了更高的要求。要求检测过程要方便、稳定，适应性强；程序编制简易、智能化，能够进行灵活的路径规划；能够基于数字原型和虚拟现实，提高检测效率及三维特征偏差分析能力等，最重要的是，要具有高效率、高精

3、度的自动运行检测能力。自动化、数字化检测能力与先进的加工方法相结合，才能使叶片的制造模式产生根本性的改变。叶片检测现状及发展趋势叶片在制造过程中，围绕着叶身型面的加工，多道工序需进行叶片型面的检测。如：毛坯余量大小的评定，粗、精铣叶身型面后的余量监控，型面抛光、振动光饰等工序对型面几何尺寸的影响等。传统的叶片制造工艺，需求大量的专用量具，其中检测叶片型面的量具占全部量具的70％以上。大批量生产的叶片，更是依赖传统的型面测具与型面样板的落后检测方式，检测精度只能达到0．03—0．05mm。如图l所示，新设计研制的叶片型面由平直转变为前掠后弯，前后缘由圆弧转变为

4、样条曲线的椭圆形式，R几何尺寸已经小到0．07mm～0．2mm，型面线轮廓度要求在0．1mm左右，而前后缘的线轮廓度要求通常为0．06mm左右。航空发动机设计部门对于叶片精度特别是进排气边的形状，与叶型盆背面的圆滑转接提出了更高的要求。在叶片加工工艺上，多采用数控无余量铣削的方式(指加工尺寸、形状或位置直接进入设计规定的公差带)才能保证批量叶片生产出合格叶片。手工抛光去除余量的落后加工方式，及型面测具配合型面样板，进排气边形状采用对比标准样件的验收方式已无法满足叶片高精度的技术要求，特别是不能解决叶片进、排气边的检测叫ureMeas。rem。。t未来测量图1

5、前掠后弯的某机静子叶片难题。目前，部分叶片采用了三坐标测量机、电感量仪等检测技术，但由于测量效率低、不能自动跟踪测量，难以在现场批量应用，数字化检测技术在批量生产中还没有广泛应用。随着光学测量技术的发展与应用，接触式三坐标测量机已不是叶片检测的唯一或最佳选择。采用非接触式方法采集实物样件的表面数据时，探头不与实物表面接触，利用某种与实物表面发生相互作用的物理现象来获取被测物体的三维信息，并且非接触测量由于其良好的精确性和实时性已成为测量领域的热点。扫描白光干涉测量技术优点是测量速度快、精度高(±0．5¨m)、数据点密集，因此非常适合测量小尺寸且具有复杂外部曲

6、线的样件Il】。叶片检测新仪器——非接触式白光测量机沈阳航空发动机(集团)责任有限公司引进的德国温泽(WENzEL)Maxos7—7—7白光测量机(图2)，采用白光测距传感器，3600可连续旋转白光测头，拥有高精度CMM终端定位系统以及高精度旋转工作台，可实现五轴联动综合测量，白光光斑直图2白光测量机径可以小至9“m，采样速度达到70点／s，配合叶片专用测量分析评价软件，可以实现小半径边缘叶片的全自动高速测量。白光测量机采用的白光源为连续光谱，包含了整个可见光谱区域的光谱成份(即多色光)，光波长度范围为380nm～760nm。而激光是一种单色光源，波长范围窄

7、，易受工件表面质量的干扰，且激光光源体积较大，与白光相比灵活性及稳定性较差。白光测量机采用三角测量原理，如图3所示，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【2l。白光测量机检测应用叶片在制造过程中的检测，要求快速、量化地为生产现场提供加工余量数据，为最终叶片的交付检验，提供最准确的成品评价报告。下面我们将介绍白光测量机在叶片检测方面的应用实例。1叶片装夹方法及位置的

8、确定叶片的种类繁多，以往叶片多安装在专用检测夹具上，