呂依儒

（中國航發(fā)西安航空發(fā)動機(jī)有限公司，陜西 西安710021）

我國航空行業(yè)在發(fā)展的過程中，葉片是該領(lǐng)域中較為重要的零件，尺寸跨度大、數(shù)量相對較多，并且性能、葉片尺寸與形狀制作精度有較大的影響。此外，葉片型面在設(shè)計(jì)的過程中主要是以流體力學(xué)原理為基礎(chǔ)，直接決定了發(fā)動機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)當(dāng)提升葉片精確度與完整性，這就需要采取有效措施制造符合要求的葉片。葉片截面測量技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)葉片制作的過程中有較為廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用效果較為顯著，可有效彌補(bǔ)接觸式測量方法與設(shè)備限制，以此為我國航空事業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 葉片的型面結(jié)構(gòu)與測試要求

航空發(fā)動機(jī)在工作的過程中，葉片在其中扮演著較為重要的角色，在此過程中發(fā)動機(jī)工作特點(diǎn)與功能界定了葉片是最為復(fù)雜的零件。隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，葉片型面結(jié)構(gòu)也逐漸復(fù)雜，在此期間呈現(xiàn)出葉弦變寬、扭曲彎度變大等變化趨勢，這在較大程度上極易導(dǎo)致在葉片測量其中存在不同問題。葉片構(gòu)成一般情況下有緣板與葉身，其中葉身在葉片中較為重要，主要有進(jìn)氣邊、排氣邊等構(gòu)成，如果葉片處于工作狀態(tài)的情況下，氣流葉片邊緣部分是進(jìn)氣邊；葉盆是葉身的壓力面，是沿排氣邊到進(jìn)氣邊葉身凹進(jìn)的一面。

葉片的截面有不同的差異性，一般情況下是有不同曲線組成，檢測難度相對比較大。目前，在對葉片進(jìn)行測量的過程中，主要是在葉片截面特點(diǎn)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的判斷，以此能夠有效提升檢測期間的準(zhǔn)確性，在此過程中測量設(shè)備需要滿足幾下集中需求。首先，測量精度高。由于葉背與葉盆等曲率半徑相對較大，需要確保一定的測量精度，一般情況下測量精度應(yīng)當(dāng)在0.02-0.08mm；如果進(jìn)氣邊與排氣邊曲率半徑相對較小，其測量精度也相對較高，特別是輪廓與形狀需要較高的測量精度[1]。其次，測量速度快，在航空發(fā)動機(jī)中由于葉片數(shù)量與種類相對比較多，需要提升測量速度，以此滿足葉片檢測需求。再次，在對葉片進(jìn)行測量的過程中，需要采取有效措施避免葉片出現(xiàn)劃傷與變形，確保葉片工作性能與安全性。最后，實(shí)施葉片設(shè)計(jì)、加工以及檢測等過程的一體化。

2 光學(xué)掃描測量系統(tǒng)

在對葉片截面進(jìn)行掃描的過程中，主要使用非接觸式光學(xué)掃描測量系統(tǒng)，在對葉片的掃描過程中會得到尺寸信息與幾何形狀，同時(shí)會得到較多點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這也需要利用激光掃描測頭獲得數(shù)據(jù)，能夠形成三維空間點(diǎn)，有表達(dá)葉身采樣結(jié)果。此外，在對點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)施分析的過程中，需要在專業(yè)軟件的基礎(chǔ)上，以CAD 模型為參照完成相關(guān)分析工作，最后還應(yīng)對其實(shí)施有效的評價(jià)[2]。

葉片測量期間，形面參數(shù)對測量準(zhǔn)確性尤為重要，一般情況下采用等截面方法。此種方法應(yīng)用較為頻繁，同時(shí)可滿足圖紙對控制截面線輪廓度的要求。此種方法一般情況下是把測量軌跡控制在葉片的一個(gè)截平面中，在此過程中較為重要的是坐標(biāo)系的有效構(gòu)建，再將截面線數(shù)據(jù)點(diǎn)云與理論截面線實(shí)施有效的對比，從而評定截面線輪廓度誤差情況，這就需要將界面數(shù)據(jù)坐標(biāo)與坐標(biāo)系兩者相符。

2.1 系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)平臺在運(yùn)行的過程中，主要使用了工藝技術(shù)，并且對相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的設(shè)計(jì)，同時(shí)工作空間在此基礎(chǔ)上具有較高的操作性。此外，花崗巖是工作臺中較為重要的材料，根據(jù)此種材料熱穩(wěn)定性特點(diǎn)進(jìn)行針對性應(yīng)用。由于直線運(yùn)動軸中采用了氣浮導(dǎo)軌，離不開檢測系統(tǒng)的使用，一般情況下需要使用國外先進(jìn)的檢測系統(tǒng)，這在較大程度上能夠提升運(yùn)動期間的精確性與平穩(wěn)性。為了確保測量系統(tǒng)運(yùn)行過程中的靈活性，采用了國外側(cè)頭座，以此在掃描測量系統(tǒng)中有較好的應(yīng)用效果。PH10M 是一種測頭附件，有兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸，在此過程中能夠通過步距角進(jìn)行轉(zhuǎn)位，所以能夠達(dá)到720 個(gè)轉(zhuǎn)角位置，以此滿足激光掃描測頭空間位置調(diào)整需求。

2.2 激光掃描測頭。從光學(xué)測頭角度進(jìn)行分析，選擇了一種新型激光掃描測頭WIZprobe，以此完成相關(guān)采集任務(wù)，在此過程中能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)施精度跟高的掃描與采集工作。由于WIZprobe測頭體積小，同時(shí)接口中還有磁頭，具有較高的兼容性，在使用中可確保PH10M 側(cè)頭座良好運(yùn)行，能夠使接觸式測頭與三坐標(biāo)測量機(jī)實(shí)施融合，可為工業(yè)生產(chǎn)線質(zhì)量的全面提高[3-4]。

WIZprobe 測頭在激光三角法測量原理的基礎(chǔ)上，內(nèi)部光路是通過超環(huán)面透鏡實(shí)施多個(gè)三角法測量，在此過程中將此種技術(shù)與圖像處理相融合，這對提高探測技術(shù)尤為重要，能夠確保WIZprobe 測頭自身的精確度，以此為適應(yīng)性的提升奠定良好的基礎(chǔ)。WIZprobe 測頭能夠通過自適應(yīng)控制技術(shù)，調(diào)整與校準(zhǔn)WIZprobe 測頭激光功率，以此在測量的過程中根據(jù)實(shí)際情況完成校準(zhǔn)工作，以此降低測量精度受顏色、材質(zhì)以及加工形式的影響。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了對掃描測量系統(tǒng)中葉片測量實(shí)用性與有效性進(jìn)行有效的驗(yàn)證，以我國某型發(fā)動機(jī)為例進(jìn)行分析，由于風(fēng)扇葉片需要進(jìn)行全面的測量，在進(jìn)行測量之前，需要選擇不同截面，同時(shí)在掃描測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對不同截面輪廓參數(shù)實(shí)施有效的掃描測量。此風(fēng)扇葉片尺寸大，同時(shí)形狀相對較為復(fù)雜。

在進(jìn)行測量之前，應(yīng)當(dāng)對光學(xué)掃描測量系統(tǒng)實(shí)施校準(zhǔn)與檢定，能夠?qū)ο到y(tǒng)各個(gè)功能是否正常進(jìn)行全面確定，并且在此基礎(chǔ)上確定是否達(dá)到規(guī)定的精度水平。本位檢定器具主要采用標(biāo)準(zhǔn)球桿規(guī)，一般情況下有鎢合金標(biāo)準(zhǔn)球與球桿構(gòu)成，其中不同球尺寸與相鄰標(biāo)準(zhǔn)球間距下進(jìn)行計(jì)量，能夠滿足校準(zhǔn)與精度鑒定要求。在球桿規(guī)中，不同標(biāo)準(zhǔn)球的直徑是20mm，同時(shí)球心間距是70mm，以此構(gòu)成了計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的器具[5]。通過進(jìn)行精度檢定與校準(zhǔn)，此系統(tǒng)中能夠滿足綜合測量誤差要求，同時(shí)重復(fù)性精度也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，以此可使葉片測量順利進(jìn)行。在進(jìn)行測量期間，需要根據(jù)工裝夾具把風(fēng)扇葉片在光學(xué)掃描測量系統(tǒng)工作臺中進(jìn)行有效的固定。

4 葉片表面缺陷的檢測

利用基于激光條紋相位投影技術(shù)和DSP 高速圖像處理芯片研制的便攜式三維光學(xué)表面劃痕測量儀對航空發(fā)動機(jī)葉片表面劃痕缺陷磨損量檢測及分析。

葉片表面劃傷有時(shí)較淺，無法用肉眼或樣膏檢測的方式進(jìn)行判定是否符合標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)，可以利用三維影像抓取技術(shù)，之后利用專業(yè)的劃痕測量分析軟件，通過拓?fù)渖顖D直觀解析出劃痕缺陷最深的部位，根據(jù)葉片曲面上的劃痕曲率大小，選擇多項(xiàng)式濾波階數(shù)，將被測面曲面展成平面將宏觀輪廓對缺陷深度的影響消除。再通過高速濾波，將表面的灰塵，亮點(diǎn)等外界干擾因素濾除。最終，對其表面缺陷、階差等表面幾何特性參數(shù)進(jìn)行解析及判定。

綜上所述，在航空發(fā)動機(jī)部件制造的過程中應(yīng)用先進(jìn)的檢測技術(shù)，以葉片為例，其逐漸向大尺寸以及復(fù)合彎掠方向發(fā)展，這在較大程度上使型面測量任務(wù)提出更高的要求。此外，在進(jìn)行型面零件掃描測量的過程中，非接觸式光學(xué)掃描測量系統(tǒng)及劃痕測量分析系統(tǒng)的應(yīng)用尤為重要，能夠完成相關(guān)檢測工作，在葉片質(zhì)量評價(jià)中有較為廣泛的應(yīng)用。