周阿維 邵 偉 吳 瑩.西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，西安，70048.西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器工程學(xué)院，西安，70048

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應(yīng)用錐光偏振全息技術(shù)的航空葉片測量新方法

周阿維1邵 偉2吳 瑩2
1.西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，西安，7100482.西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器工程學(xué)院，西安，710048

針對航空葉片型面復(fù)雜、曲率變化大的特點(diǎn)，提出一種應(yīng)用錐光偏振全息原理的測量方法，該方法采用同一束錐光照明，允許被測表面的法向方向與光軸的夾角有較大的變動范圍，從而避免葉片曲率變化對測量的影響。在此基礎(chǔ)上，利用提出的基于隱式多項式的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)算法實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)與CAD模型數(shù)據(jù)的同位姿化，獲得葉片型面誤差分布及相關(guān)幾何參數(shù)的偏差，為加工工藝參數(shù)的調(diào)整提供精確的參數(shù)。實(shí)驗結(jié)果表明，該方法測量重復(fù)性小于8 μm，達(dá)到航空葉片自適應(yīng)加工對測量的要求。

葉片檢測；型面誤差；評價；CAD模型

0 引言

葉片作為航空發(fā)動機(jī)的重要零件，在航空航天發(fā)動機(jī)中起著氣流導(dǎo)向和能量轉(zhuǎn)換的重要作用，其結(jié)構(gòu)、材料、加工質(zhì)量等直接影響到整機(jī)的性能。葉片精確的幾何造型是葉片加工的必要前提，而葉片型面的檢測則是葉片加工制造中的關(guān)鍵部分，決定了葉片的加工精度和效率。葉片型面是基于葉型按照一定累計疊加規(guī)律形成的空間曲面，即復(fù)雜自由曲面，不同截面的葉片型線差別較大，沒有固定規(guī)律，而且種類眾多的描述參數(shù)使得葉片型面測量成為葉片檢測中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

目前，許多學(xué)者對葉片型面測量進(jìn)行了研究[1-9]。陸佳艷等[1]對現(xiàn)行的葉片型面測量方法進(jìn)行了較全面的評述與總結(jié)，指出了葉片型面測量技術(shù)的發(fā)展趨勢；陸永華等[2]為精確實(shí)現(xiàn)電解加工間隙的在線檢測，提出了基于信息融合的葉片加工間隙在線檢測方法；楊海成等[3]以葉片型面前后緣成形質(zhì)量為檢測因子，提出了航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片前后緣測量方法，并對葉片型面前后緣測量技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了評述；胡述龍等[4]針對航空發(fā)動機(jī)葉片三坐標(biāo)測量機(jī)(coordinate measuring machine，CMM)測量過程中誤差檢測與評定的問題，提出了一種帶公差約束的數(shù)字樣板葉型檢測方法；高繼昆等[5]基于三坐標(biāo)測量機(jī)，采用三維曲線掃描的方法對整體葉盤葉片型面進(jìn)行檢測；陳凱云等[6]提出了一種用于航空壓氣機(jī)葉片型面的激光測量系統(tǒng)，對系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟進(jìn)行了研究，但只在理論方案上驗證了系統(tǒng)的可能性。本文提出了一種應(yīng)用錐光偏振全息原理的測量新方法，以實(shí)現(xiàn)對航空葉片型面的快速、精密測量。

1 航空葉片測量系統(tǒng)

本文模擬葉片磨床加工原理構(gòu)建了航空葉片測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用葉片磨削的運(yùn)動原理進(jìn)行葉片測量，系統(tǒng)由機(jī)械機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等構(gòu)成。機(jī)械機(jī)構(gòu)部分作為葉片測量執(zhí)行者，產(chǎn)生運(yùn)動以模擬葉片磨削的運(yùn)動軌跡；測量系統(tǒng)作為葉片測量操控者，通過控制系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)帶動錐光偏振全息傳感器沿著葉片表面運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理及評價。

機(jī)械系統(tǒng)模擬QMK50A葉片磨床結(jié)構(gòu)，采用立式布局，以花崗巖作為基座。如圖1所示，測量系統(tǒng)工作臺上固定安裝三坐標(biāo)移動臺，X、Y、Z三個方向均安裝了滾珠絲杠和精密滾珠導(dǎo)軌，三個運(yùn)動軸相互正交。X、Y、Z三個軸上均安裝有光柵尺，其有效測量長度分別為275 mm、185 mm、375 mm，分辨率為0.1 μm，用來實(shí)時反饋空間點(diǎn)的位置坐標(biāo)。數(shù)控驅(qū)動的電機(jī)以及人工驅(qū)動的手輪均安裝在各軸附近。由接觸式觸發(fā)傳感器和非接觸式錐光偏振全息傳感器構(gòu)成的復(fù)合式傳感器系統(tǒng)安裝在測量系統(tǒng)聯(lián)動測量平臺上。被測葉片安裝在高精度轉(zhuǎn)臺(W軸)上的專用定位夾具上，使得工件轉(zhuǎn)動一周便可以完成葉片一個截面線的測量工作，測量過程中不用重新裝夾葉片或大范圍地移動測頭，減中了裝夾誤差和人為誤差，提高了測量效率。

圖1 測量系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)基本架構(gòu)Fig.1 Basic hardware architecture system of the blade measuring system

測量系統(tǒng)采用基于復(fù)合式傳感器的測量技術(shù)，將非接觸與接觸測量技術(shù)相結(jié)合，通過一次設(shè)定就可完成航空葉片的型面測量。其中，接觸式傳感器采用Renishaw公司的PS20測頭，用來進(jìn)行定位。非接觸式傳感器是該測量系統(tǒng)的核心部件，用于工件坐標(biāo)系的建立以及整個測量過程的實(shí)現(xiàn)。該非接觸式傳感器采用的是基于錐光偏振全息原理的傳感器。

該傳感器的測量原理如圖2所示：系統(tǒng)由光源、反射鏡、透鏡、單軸晶體和兩個偏振器組成，單軸晶體位于兩個偏振器之間，其光軸與系統(tǒng)光軸平行，光強(qiáng)信號在接收平面被CCD傳感器接收。工作原理是：激光光源通過反射鏡和透鏡產(chǎn)生錐光照射在工件表面上，工件表面反射回來的光通過透鏡后穿過偏振器和單軸晶體，從而產(chǎn)生尋常光線與非常光線分量，尋常光線與非常光線在CCD傳感器上產(chǎn)生偏振干涉，從而獲得記錄光波的振幅和相位分布并再現(xiàn)被測物體表面三維圖像信息的全息圖，實(shí)現(xiàn)對被測物的精確測量。該方法與光學(xué)探針法、光學(xué)干涉顯微鏡法、視覺測量法、莫爾條紋法、激光三角法和結(jié)構(gòu)光投影法相比，由于采用同一路光源通過偏振鏡和單軸晶體分光產(chǎn)生干涉，避免參考光和測量光源光路不同產(chǎn)生的影響，有效地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和精度，而且采用錐光照明可以允許被測表面的法向方向與光軸的夾角變動范圍達(dá)到-165°～165°，從而避免葉片曲率變化對測量的影響，可以測量任何表面粗糙度的復(fù)雜曲面。

圖2 基于錐光偏振全息原理的傳感器測量原理Fig.2 The measurement principle of the sensor based on principle of conoscopic holography

控制系統(tǒng)采用伺服閉環(huán)驅(qū)動控制?？刂浦噶钔ㄟ^控制系統(tǒng)，按照指令設(shè)置的運(yùn)動速度、加速度，驅(qū)動四個軸直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動，并且通過光柵和電機(jī)的反饋電路對電機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)行速度進(jìn)行控制，使四個軸同步平穩(wěn)地按照指定的軌跡運(yùn)動?？刂葡到y(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖Fig.3 Flow diagram of the control system

測量系統(tǒng)工作流程如下：測量系統(tǒng)初始化之后，將待測工件置于系統(tǒng)主機(jī)的測量空間內(nèi)，工控機(jī)分配不同軸向的運(yùn)動，控制系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機(jī)實(shí)施相對軸向的運(yùn)動，控制測量系統(tǒng)精確地測量出被測零件表面的點(diǎn)在空間三個坐標(biāo)位置的數(shù)值。然后，將測量數(shù)值反饋給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用數(shù)學(xué)方法得出其形狀、型線參數(shù)、位置公差以及其他幾何量數(shù)據(jù)。根據(jù)對葉片型線的數(shù)據(jù)評價，可以得出測量值和理論值之間的偏差，從而調(diào)整機(jī)床的加工工藝參數(shù)，以自適應(yīng)地對葉片進(jìn)行加工處理，直至測量值處于規(guī)定的偏差范圍之內(nèi)。

2 測量數(shù)據(jù)采集及其評定

2.1 數(shù)據(jù)采集

本文結(jié)合接觸式測量精度高以及非接觸式測量采集頻率高、測量型面多樣的優(yōu)點(diǎn)，完成葉片型面數(shù)據(jù)的采集。如圖4所示，航空葉片的數(shù)據(jù)采集一般分葉盆區(qū)、葉背區(qū)、前緣區(qū)(進(jìn)氣口邊緣區(qū))和后緣區(qū)(排氣口邊緣區(qū))四個區(qū)域。前后緣屬于大曲率微小曲面，而激光測頭的測量范圍有限，測量時易超出其測量范圍，造成測點(diǎn)丟失。針對這一特點(diǎn)，本文通過控制系統(tǒng)驅(qū)動錐光偏振全息傳感器沿著葉片的加工軌跡運(yùn)動，從而保證光軸與曲面理論法向重合，避免了測點(diǎn)丟失以及接觸測量半徑誤差補(bǔ)償問題，從而實(shí)現(xiàn)葉片截面輪廓線的快速精確測量。而且，在測量過程中系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)和測頭自動跟蹤來掃描整個葉片型面，使測量葉面和葉背各點(diǎn)時距光源距離基本相同，從而消除光源距離不同對測量精度的影響。

圖4 航空葉片型面示意圖Fig.4 Diagram of the aero-engine blade surface

葉片型面檢測一般通過對葉片沿軸線方向分布的若干截面的型面檢測來進(jìn)行。一般來說，測量點(diǎn)越多，越能反映葉片型面的真實(shí)情況。然而點(diǎn)太多則會大大增加工作量，降低測量效率。根據(jù)工程測量要求，提取合適的若干理論數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。建立葉片CAD模型，根據(jù)葉形結(jié)構(gòu)生成若干個非等間距的橫向截面，據(jù)此可以擬合出葉片模型，此模型可以和理論模型重合。在每條截面線上分別提取若干個理論點(diǎn)數(shù)據(jù)。用搭建好的柱坐標(biāo)測量系統(tǒng)對葉片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集以面為最小單位，完成一個面的測量之后才能進(jìn)行另一個面的測量。步驟如下：①將葉片裝夾固定在測量機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺上；②建立工件坐標(biāo)系，在UG上提取葉片CAD模型上的若干理論點(diǎn)；③將理論數(shù)據(jù)點(diǎn)輸入到測量系統(tǒng)中，開始數(shù)據(jù)采集；④錐光偏振全息傳感器依照由上至下的葉片橫向截面線的順序，按照先葉背、后葉盆的先后順序?qū)θ~片進(jìn)行測量，得到相應(yīng)的測量點(diǎn)；⑤完成數(shù)據(jù)采集，如圖5所示。

圖5 UG提取CAD模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)Fig.5 CAD model point extraction from UG

2.2 基于隱式多項式的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

測量系統(tǒng)通過配準(zhǔn)不同視角下的掃描點(diǎn)集，完成葉片型面測量數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)模型間的同位姿化，即能夠?qū)崿F(xiàn)空間中不同坐標(biāo)系下兩點(diǎn)集變換到同一坐標(biāo)系下的剛體坐標(biāo)矩陣。許多研究表明[10-11]，隱式多項式曲線對物體建模非常有效，具有許多優(yōu)點(diǎn)，這主要是因為隱式多項式曲線只要用很少的系數(shù)就可描述不規(guī)則的復(fù)雜形狀物體，而且抗噪性強(qiáng)，并能描述由于物體的遮擋或變形所缺失的部分物體信息，計算量較小，算法簡單。因此，對航空葉片型面可采用隱式多項式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)建模及配準(zhǔn)。

如果兩個相鄰的截面線分別為

(1)

(2)

則得到的隱式多項式曲面為

(3)

μij= (aijxbbijxa)/(xbxa)

λij= (bijaij)/(xbxa)

當(dāng)x = xa時，F(xiàn)ab(xa, y, z) = Fa(y, z)；當(dāng)x = xb時，F(xiàn)b(xb, y, z) = Fb(y, z)。因此，由多個并列的截面線通過插值技術(shù)就可得到整個3D曲面，即可實(shí)現(xiàn)3D曲面的隱式多項式建模。

基于隱式多項式的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)算法步驟如下：

(1)對葉片型面測量數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行初始配準(zhǔn)。設(shè)測量數(shù)據(jù)點(diǎn)集為Q={q1,q2,…,qN}，則其均值和協(xié)方差矩陣分別為

(4)

(5)

求取協(xié)方差矩陣Ccov的特征向量(v1,v2,…,vN)，即為點(diǎn)集Q的主軸。然后，以均值qave為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，將主成分分析法(PCA)[12]求得的三個特征向量作為相對應(yīng)的XYZ三個軸的方向，即可建立測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的參考坐標(biāo)系。PCA法反映了數(shù)據(jù)集對方差貢獻(xiàn)最大的的特征，因此，對于較為相似的兩片點(diǎn)云，只需調(diào)整其參考坐標(biāo)系，使其達(dá)到一致，即可實(shí)現(xiàn)初始配準(zhǔn)。

(2)對初始配準(zhǔn)后的葉片型面測量數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)分別利用式(3)進(jìn)行擬合，即可實(shí)現(xiàn)測量和CAD的隱式多項式曲面建模。

(3)把上述建立的測量曲面和CAD曲面模型分別用極坐標(biāo)形式表示，然后建立目標(biāo)函數(shù)如下：

(6)

式中，α為測量曲面和CAD曲面的相對旋轉(zhuǎn)角度；r為極半徑；Fmeas為建立的測量曲面模型；FCAD為建立的CAD曲面模型。

通過式(6)計算，可得到旋轉(zhuǎn)角度α，即可最終實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。

2.3 數(shù)據(jù)評價

通過對理論數(shù)據(jù)以及測量數(shù)據(jù)進(jìn)行葉片型線的擬合與分析計算，得出葉片型面的各項誤差，主要涉及弦長、葉片型面的前后緣半徑、圓心坐標(biāo)和扭轉(zhuǎn)角。葉片型面數(shù)據(jù)評價一般通過截取葉片沿軸線方向的若干型面，測量型面的型線來實(shí)現(xiàn)。圖6為葉片型面的型線示意圖。其中各個參數(shù)定義分別為：葉背(盆)指葉身吸(壓)力面，即葉身外凸(內(nèi)凹)的表面，沿該表面氣流壓力較低(高)；前(后)緣指葉身進(jìn)(排)氣邊連接吸力面與壓力面的部分；弦線指葉型前后緣圓弧的公切線；葉型弦長b指整個葉型截面在弦線上的投影長度。

圖6 葉片型線示意圖Fig.6 Diagram of blade curve

2.3.1 弦長計算過程

圖7為葉片弦線示意圖，已知弦長為b。O1(Xq,Yq)、O2(Xh,Yh)分別為前后緣圓弧的圓心；Rq、Rh分別為前后緣圓弧半徑；弦線與兩個圓弧相切于點(diǎn)T1、T2。在前后緣圓弧外側(cè)分別作垂直于弦線的切線，與弦線相交于P、Q，與圓弧相交于M、N。過點(diǎn)O2作O1T1的垂線，與O1T1交于點(diǎn)S。前后緣兩擬合圓圓心間距為

(7)

圖7 弦線示意圖Fig.7 Diagram of blade chord

由圖7可知

(8)

綜合式(7)、式(8)可以計算出弦長b。

2.3.2 扭轉(zhuǎn)角計算步驟

(1)將測量模型截面線與理論模型截面線對齊。

(2)分別計算測量模型截面線與理論模型截面線的弦線參數(shù)，確定弦線與前后緣的切點(diǎn)坐標(biāo)：Tp1(Xp1,Yp1)與Tq1(Xq1,Yq1)、Tp2(Xp2,Yp2)與Tq2(Xq2,Yq2)。

(3)計算測量數(shù)據(jù)弦線與理論數(shù)據(jù)弦線分別與X軸正方向的夾角α、β：

(9)

(4)α、β間夾角即為扭轉(zhuǎn)角θ：

θ=β-α

(10)

若θ>0°，則測量模型截面線需繞其中心點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)θ角度，才能與CAD模型截面線重合；若θ<0，則順時針旋轉(zhuǎn)θ角度。

3 葉片測量系統(tǒng)實(shí)驗與分析

3.1 測量過程

系統(tǒng)選擇某型號航空發(fā)動機(jī)葉片作為實(shí)驗所用葉片，葉片由葉根、葉身、葉冠三部分組成。系統(tǒng)測量平臺均在柱坐標(biāo)測量機(jī)的基礎(chǔ)上搭建完成，控制系統(tǒng)主要集中在控制機(jī)柜中?？刂葡到y(tǒng)通過以太網(wǎng)與PC機(jī)相連接，通過驅(qū)動系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)、測量系統(tǒng)連接，控制整個測量軌跡的實(shí)現(xiàn)。準(zhǔn)備好待測葉片及標(biāo)準(zhǔn)球，開始測量，具體步驟如下：

(1)啟動葉片測量軟件，進(jìn)入測量系統(tǒng)軟件的主界面(圖8)。

圖8 葉片測量系統(tǒng)軟件主界面Fig.8 Main software interface of blade measuring system

(2)機(jī)器回零，進(jìn)行測頭標(biāo)定。將葉片裝夾在夾具上，將標(biāo)準(zhǔn)球安裝在旋轉(zhuǎn)軸的相應(yīng)位置，進(jìn)行測頭標(biāo)定。確定接觸式測頭的測頭半徑和球度誤差，單擊標(biāo)定，將測頭在標(biāo)準(zhǔn)球上以畫圓的方式掃點(diǎn)，確定球心坐標(biāo)和球度誤差，顯示校核結(jié)果，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中。

(3)工件坐標(biāo)系建立[10-11]，將提取的各數(shù)據(jù)點(diǎn)自動轉(zhuǎn)移到葉片表面對應(yīng)的位置上。

(4)輸入UG上采集的理論CAD模型點(diǎn)集，進(jìn)行葉片型面的自動測量，并將測量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以文本格式保存。

(5)打開數(shù)據(jù)處理界面，輸入理論數(shù)據(jù)與測量點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行葉片型面配準(zhǔn)。得到配準(zhǔn)后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)、平移坐標(biāo)以及配準(zhǔn)后的誤差值，以文本格式保存配準(zhǔn)結(jié)果以及控制點(diǎn)坐標(biāo)。

(6)打開數(shù)據(jù)擬合窗口，進(jìn)行葉片型線擬合。系統(tǒng)擬合出相應(yīng)層面的葉片型線，并計算出葉型前后緣擬合圓半徑、圓心坐標(biāo)、弦長、扭轉(zhuǎn)角等數(shù)據(jù)信息。根據(jù)與理論數(shù)據(jù)的比較，判斷測量數(shù)據(jù)的型線參數(shù)是否符合要求。

(7)將配準(zhǔn)得到的控制點(diǎn)坐標(biāo)作為理論點(diǎn)數(shù)據(jù)，輸入測量軟件進(jìn)行再次測量，得到測量結(jié)果并按照上述步驟對其進(jìn)行配準(zhǔn)以及擬合評價，得出評價結(jié)果，保存二次配準(zhǔn)得到的控制點(diǎn)坐標(biāo)，作為三次測量的理論數(shù)據(jù)。

(8)進(jìn)行三次測量，得到的數(shù)據(jù)評價結(jié)果符合工程要求，終止測量。

3.2 測量數(shù)據(jù)分析

針對相應(yīng)層面葉片型線進(jìn)行擬合，計算得出的前后緣半徑(Rq，Rh)、前后緣圓心坐標(biāo)((Xq,Yq)，(Xh,Yh))、弦長b、扭轉(zhuǎn)角θ等幾何參數(shù)，如表1所示。

表1 葉片型線數(shù)據(jù)表

根據(jù)以上測量過程，對該葉片進(jìn)行了多次測量與評價，得到以下結(jié)果：

(1)測量系統(tǒng)的重復(fù)性小于8 μm，對航空葉片一個截面線的一次測量所需時間大約為25 s，具有較高的測量效率與測量精度，符合葉片自適應(yīng)加工對測量精度和效率的要求。測量系統(tǒng)重復(fù)性誤差主要是測量系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動重復(fù)性誤差、測量環(huán)境溫度波動帶來的空間坐標(biāo)測量系統(tǒng)重復(fù)性誤差、測頭重復(fù)性誤差 、葉片重復(fù)定位誤差等綜合影響的結(jié)果。

(2)葉片的配準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)評價準(zhǔn)確給出了測量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)間的相對位置與誤差數(shù)據(jù)，對葉片自適應(yīng)加工中加工工藝參數(shù)的調(diào)整提供了可靠的數(shù)據(jù)。

(3)測量系統(tǒng)軟件可以進(jìn)行反復(fù)測量、配準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)評價，多次測量配準(zhǔn)之后結(jié)果真實(shí)可靠，符合要求。

(4)操作界面較為簡單、使用自動化程度高。

(5) 測量結(jié)果中弦長b和前后緣圓心坐標(biāo)X、Y參數(shù)的誤差比較大，這因為弦長b設(shè)計的公差為0.25 mm，圓心坐標(biāo)X、Y的設(shè)計公差為0.1 mm，所以制造誤差本身比較大，但實(shí)際測量出來的誤差仍然在公差范圍之內(nèi)，表明制造精度滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

本文以當(dāng)前葉片檢測現(xiàn)狀為背景，基于企業(yè)現(xiàn)實(shí)情況以及航空葉片自適應(yīng)加工對測量精度和效率的需求，提出了一種基于錐光偏振全息原理的測量方法并設(shè)計了航空葉片測量系統(tǒng)，并針對其硬件、軟件系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計以及實(shí)驗驗證，通過配準(zhǔn)解決了測量數(shù)據(jù)與原始CAD數(shù)據(jù)位姿不統(tǒng)一的問題。測量軟件在完成型線數(shù)據(jù)擬合及分析評價的基礎(chǔ)上，直觀有效地判斷測量數(shù)據(jù)的精確度。以某型號航空發(fā)動機(jī)葉片為實(shí)驗對象，對測量系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用測試，驗證了系統(tǒng)的安全性、可行性與實(shí)用性。通過測量結(jié)果與數(shù)據(jù)評價結(jié)果可以得出，系統(tǒng)的測量效率與精度均符合葉片自適應(yīng)加工對測量的要求，從而為葉片自適應(yīng)加工中加工工藝參數(shù)的調(diào)整提供了可靠的數(shù)據(jù)。

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(編輯 蘇衛(wèi)國)

A New Method of Aviation Blade Measurement via Applications of Conoscopic Holography Principle

ZHOU Awei1SHAO Wei2WU Ying2
1.School of Mechanical and Electronic Engineering,Xi’an Polytechnic University,Xi’an,710048 2.School of Mechanical and Precision Instrumentation Engineering,Xi’an University of Technology,Xi’an,710048

Aiming at the characteristics of the complex shape and large curvature variation of the aviation blade profile, this paper proposed a new measurement method via application of conoscopic holographic principle. This method used the same beam conoscopic lighting, and allowed the variation ranges of the angles between normal direction of the surfaces to be measured and optical axis to be larger, so as to avoid the influences of blade curvature on the measurements. Then, the proposed data registration algorithm based on implicit polynomials which may match measurement data with CAD model data, may be used to obtain blade surface error distribution and the deviations of geometric parameters, and provide accurate parameters for the adjustment of processing parameters. Experimental results show that measuring repeatability of the method is less than 8 μm, which meets the measurement requirements of aviation blades for the adaptive machining.

blade inspection； profile error； evaluation； CAD model

2017-01-16

國家自然科學(xué)基金資助項目(51505359)

TG806

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.12.002

周阿維，女，1981年生。西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院講師、博士。主要研究方向為零件質(zhì)量非接觸精密檢測新方法、數(shù)字信號處理。獲中國發(fā)明專利3項。發(fā)表論文20篇。E-mail:lxmwsawz@163.com。邵 偉(通信作者)，男，1977年生。西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器工程學(xué)院副教授、博士。E-mail:swlxm@163.com。吳 瑩，女，1987年生。西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器工程學(xué)院碩士研究生。