三坐标测量机在航空发动机叶片检测中的应用及开发 .pdfVIP

三坐标测量机在航空发动机叶片检测中

的应用及开发

摘要：航空发动机制造技术难度大，需要较长的研制周期和大量的资金投入，

是国家科技水平和国防实力的体现。在航空发动机中，叶片是关键部件，其直接

影响到发动机的性能、安全性和使用寿命，因此确保航空发动机叶片质量是非常

重要的，对叶片进行检测是保证其质量的重要手段，基于此文本对三坐标测量机

在航空发动机叶片检测中的应用进行了探讨。

关键词：三坐标测量机；航空发动机叶片；测量

1引言

在进行叶片质量进行检测面临着很多方面的问题，具体表现在以下几方面：

（1）测量精度要求高。发动机叶片是精密部件，对精度要求非常高，在进

行发动机叶片型面进行测量时，测量精度的要求达到0.005mm。

（2）测量效率要求高。在生产制造过程中，叶片是批量生产的，一批次生

产的叶片数量很多，需要较高的测量速度和效率才能够满足实际检测的需求。

（3）测量可靠性要求高。由于叶片是发动机的重要组件，对发动机性能有

着非常大的影响，因此必须要保证叶片测量的可靠性，这样才能够确保叶片的质

量可以满足要求。

（4）叶片测量定位和建立测量坐标系复杂。由于叶片安装楔型面比较小，

导致装夹和坐标系建立存在较大的误差。

（5）叶片测量数据处理复杂程度高，难度大。叶片测量数据较多，需要测

定的参数包括叶型、弦长、前缘后缘半径等形状误差，还需要测定叶片弯曲、扭

转等位置误差。

当前，航空发动机叶片检测主要采用接触式三坐标通过二维扫描的方法对叶

片型面进行检测。

2三坐标测量机在叶型检测中的应用

2.1三坐标测量机工作原理

三坐标测量机是一种测量设备，在机械零部件尺寸和行为公差检测中有比较

广泛的应用，其工作原理和流程如下：首先，进行数据采集，数据采集的方式有

两种，一是通过探针在工件上打点，二是通过扫描等接触式测量方法；其次，通

过软件来处理数据，拟合成所需要的元素；最后，计算出最终结果。三坐标测量

机具有测量速度快、精度高和稳定性强等特点，而且其测量方法多样化，软件处

理能力强。由于其具有多方面的优点，可以满足航空发动机叶片检测的要求，在

航空发动机检测中得到了重要应用。

2.2三坐标测量机测量叶型的具体方法

为了对三坐标测量机在叶型检测中的应用进行详细的介绍，本文以高精度三

坐标测量机测定某发动机风扇转子叶片的测量为例，对三坐标测量机检测叶片型

面的方法和检测过程中遇到的问题进行分析。采用的三坐标测量机精度为（1.5

＋L/350）μm，所检测的发动机风扇转子叶片是所有型号叶片中尺寸最大、扭转

最大，加工和叶型检测难度最大的叶片。沿叶片积叠轴方向倾斜角最大处的法线

与型面的夹角最大达到20°。下面对具体的检测流程进行介绍：

2.2.1准备工作

首先对叶片的形状和大小进行分析，确定合适的装夹位置，对叶片进行装夹，

确保所需检测的各元素都能够被探针测量，且整个检测过程中探针都不会超过边

界。根据所需要测定元素的位置上，准备适应大小和角度的探针，探针在检测之

前都需要进行校准，合格以后再进行使用。需要注意的是，在同一型面不同角度

的测量时，为了保证测量结果的精确性，所采用的的探针大小需要一致。具体到

本文中，所使用的探针大小一致，均为1mm。

2.2.2建立坐标系

坐标系的建立流程如下：首先，打开测量软件，建立新测量程序，然后将数

学模型导入到测量程序中；基于设计图纸，选择相应的几何元素作为基准，利用

平移、扭转等方式来建立坐标系。通过此方式，确保建立的坐标系和图纸叶型的

坐标是一致的。在坐标系建立完成之后，该叶片叶型的测量工作都需要应用其坐

标系来进行，确保数据的一致性，保证测量精度。

2.2.3建立安全平面

基于所要测量的大小，以及其测量过程中在工作台的位置上，建立相应的安

全平面，此操作的目的是确保在测量过程中，探针不能够接触到工件，也不能够

超出边界。

2.2.4定义名义叶型曲线

在获取到各型面在叶型坐标系下的高度以后，基于此高度信息，在数学模型

上截取所要测量的二维曲线。根据曲率，对每个二维曲线的名义点位置和发现进

行定义，使得前尾缘处的点步距较小，叶盆叶背的点步距较大。

2.2.5编辑每个元素的测量程序

编辑基准元素和被测叶型曲线的测量程序，具体内容包括以下内容：