航空发动机压气机叶片型面检测技术

俞学兰 硕士。青海大学机械系讲师，主
要研究方向为数控加工。
叶片是关系到发动机性能的高 负荷零件。严格控制叶片的制造质 量，是叶片制造中的关键问题。因此， 叶片的检测技术：｛｝常重要，在叶片制 造的总工作量中叶片检测工作量占 相当大的比例“１。
叶片检测的内容主要有：叶片 材料的检测，叶片形状和尺寸的检 测，叶片主要物理性能的检测，叶片 制造中有害元素渗入、污染量的检测 以及叶片设计要求的其他方面的检
应用 图２所示为四坐标激光测量仪 试验样机，为了验证该激光测量系统
型值点处的坐标值。对比测量应该 在相同的测量条件下进行，但由于试 验条件的限制，四坐标激光测量仪和 三坐标测量机对叶片的测量并不处 于相同的环境Ｆ，因此对于测量结果 的分析还应该考虑到夹具、插值方法
２透平机械现代制造技术丛书编委会． 叶片托盘技术．北京：科学出版社．２００２
（２）电感测量。 电感测量是指利片ｊ电感的方法 将机械位移量转变成电量，经过放 大、处理并最后屁示出机械位移量的 测量方法。电感测量仪不能单独进 行测量，它必须配备使被测零件定 位、产生相对运动以及固定传感器的 测量机械装置。电感测量仪具有操 作简便、测量直观、精度高、效率高等 优点。理论上，电感测量仪 可以用加密测点的方法测叶 片各部位的形状，包括在测 点非常密的情况Ｆ用来进行 叶型型线误差的测量。但加 密测点使测量机械装置更加 复杂，特别是叶型型线测量 点很多很密，测量机械装置 很难保址，因此采用电感测 量仪测量叶型型线往往不理 想…，而且其造价高，制造周 期长。 （３）光学投影检测。 常用于叶片检测的光学 投影仪有断面投影仪和光学 跟踪投影仪。用光学投影仪 检测叶型，可以从屏幕上直 接观察到经放大后的实际叶 型与理想叶型之间的误差”１。 缺点在于测量结果受叶片表 耐反射能力影响较大，此外 受屏幕限制只能测量弦宽不 大的叶片。 （４）三坐标测量。 三坐标测量以空间直角 坐标系为参考系，检测机械
３陈凯云，叶佩青，俞学兰，等·航空压
主嚣！盖ｉ雷：：型苎ｉ竺研究·仪器仪表
４张国雄．三坐标测量机．天津：天津 大学出版社，１９９９．１１３～１１７（责编晓霸）
４８航牵翩造技术·２００７年第１ｌ期
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舫空发动栅压气棚 叶片型面检测技术
青海大学机械系 清华大学精仪系
俞学兰 叶佩青
叶片是关系到发动机性能的高负荷零件。严格控制叶 片的制造质量，是叶片制造中的关键问题。因此，叶片的检 测技术非常重要，在叶片制造的总工作量中叶片检测工作 量占相当大的ＥＥ例。
四坐标激光测量仪简介
基于对叶片特点及现有测量方 法的分析，本课题提出叶片型面四 坐标激光测量仪方案…。
与传统的三坐标测量机相比，四 坐标激光测量仪结构上多ｒ一个精
表１四坐标激光测量便与三坐标测量机测量数据的比较
２帅７年第１１期－航空豺造技术４７
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的可行性，与三坐标 测量机进行ｒ对比 试验，试验地点为沈 阳黎明航空发动机 有限公司。由于制 造工艺的局限，实际 叶片会存在不同程
超差，从而决定属于报废叶片还是可 再加工叶片或合格叶片。
所用的三坐标测量机为ＬＥｌＴｚ ＰＭＭ １２（ｘ）１０（Ｙ）１０（ｚ），该机精度 为：出厂时（２．５＋Ｌ／１８０）ｕｍ，测量 时为（２．５＋Ｌ／１２５）ｕｍ。
表ｌ所示为叶片的一个截面数 据比较结果。该三坐标测量机未能 给出叶片型值点处的坐标值，但采样 点比较密，因此根据线性插值计算出
即为理想标准叶片； 失真或无法计算的现象，而激光测量
制造误差很小时即 仪ｎ Ｊ以真实地反映叶片边缘的形状。
为样板叶片，此时制 表２从测量的精度、速度以及可靠性
圈３二维图形显示界面
造误差对测量结果 等方面将四坐标激光测量仪与三坐
的影响不明显。在 标测量机两种测量方式进行叶片测
密转台，配合非接触式激光测头进行 试验巾选用某型样板叶片对测量结 量的结果进行了比较。
零件轮廓上各被测点 的坐标值，并对其数 据群进行处理，求得 零件各儿何元素形位 尺寸。其优点为：
·将测量对象数 字化；
·叫以通过误差 补偿技术提高测量精 度，钡０量精度高；
·叮通过软件算 法灵活地进行相应参 数的检测；
．易实现自动化测量和叶片设 计、制造、检测的一体化。其缺点为： 通用三坐标测量机造价高，上作环境 苛刻，功能冗余不专业，需要二次开 发测量软件，测量效率低，费时较多， 需要进行测头半径补偿。
要趋势是非接触测头的广泛应用Ⅻ。 本文通过具体的测量试验证明，叶片 型面检测采用非接触式方法可以大 大提高工作效率。目前该测量仪已 在黎明航空发动机有限公司通过专 家鉴定。
参考文献 １陈积慧主编航空制造工程手册，＿［
著箩测掣’－北京。航空工、Ｉ。出版社ｍ９３－
具有成本低、结构简单、传输方便、并 行工作、节约时间等优点。、
（２）测量速度快。航空压气机中 叶片数目众多，并且目前无论是制造 还是返修的压气机数目都很大，所以 应尽可能提高测量速度，寅现叶片的 批量测量。
（３）避免叶片在测量过程中发生 变形和划伤，造成叶片报废或留下安 全隐患。
（４）要利于叶片设计、制造、检测 的集成与一体化。
叶型检测常用方法
（１）专用测具检测。 这种方法目前在沈阳黎明航空 发动机（集团）有限责任公司等单位 获得Ｊ。泛使用。在叶身型面检测中 通常采用样板测具和摇摆测具。样 板测具检测方法是指用叶片固定座
等的影响。通过表ｌ测量结果的对 比可知，四坐标激光测量仪可以满足 测量精度的要求。
研制的四坐标激光测量系统ｉＪ－ 以用于叶片型面的检测。在多次试 验巾还得知，在小而薄型叶片的检测 中，传统的接触式三坐标测量机受到
度的制造误差，叶片 探针直径的影响，无法准确检测特别
的制造误差为零时 薄的叶片边缘，从而会出现边缘参数
中，控制系统采用上控机，以ＴＲ００８
数控系统平台为基础进行开发，实现
了测量仪的运动控制、数据采集、光
栅准确计数等功能。ＴＲ００８是清华 大学精仪系制造工程研究所正存开 发和完善的普及型数控系统平台，其 软件争郜由ｃ程序设计语言实现。 处理系统采用ＰＣ机，以基于Ｗｉｎ一 ｄｏｗｓ系统的ＭＡＴＬＡＢ作为软件开 发１二具，以实现测量数据的处理、曲 线拟合造型、参数辨识等功能。两台 不同系统计算机之间的数据传输采 用了建立无盘工作站的方法来实现，
动型卧镗式框架结构），构型简单、 某点的坐标，直观地看到该叶型是否 测量技术，而测量技术发展的一个重
稳定，精度高，承载轻，有利于ＯＴＤｓ ｌ乍接触、快速测量等优点的发挥；三
表２四坐标激光测量仪与三坐标测量机的比较
Fra Baidu bibliotek
轴重复定位精度小于０．００３ｍｍ，测 量范围２００ｍｍ×２００ｍｍ×２０（胁ｍ。
激光测量仪系统主要由控制系 统和数据处理系统两部分组成。其
型面检测。确定测量精度０．ｏｌｍｍ＋ 测量时间每叶片４ｍｉｎ。测头采用
果进行对比分析，其检测结果二维显 示如图３所示。通过该界面提供的
结束｛菪
ＯＴＤｓ（激光二角法测头），分辨率 按钮可以实现叶型轮廓的比较、图形
要提高坐标测量机的测量效率，
为ｌｕｍ；主机采用改进方式（立柱移 的放大缩小等功能，还可以读取叶型 首先要提高测量速度，因此需要发展
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前缘 图１叶片型面
４６航空翩造技术－２帅７年第ｌｌ期
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ｖ一。。一。一。。可视化／智能化检测
即型而测具吲定叶片后，用叶盆型面 样板和叶背型面样板分别检查叶盆、 叶背的型面。摇摆测具用于检测叶 身型面截面彤状接近圆弧的ｎｆ片，而 且圆弧的半径在适当尺寸范围以内。 这类检测方法效率低，精度较差，人 为因素和其他因素所产生的误荠较 大，不适应大规模生产，不适合叶片 设计、制造、检测一体化的发展趋势， 且下工靠模钳Ｉ造周期长，成本高。
测。本文主要研究叶片形状和尺寸 的检测技术，图ｌ所示为叶片型面 图。
叶片生产的不同阶段，从毛料到 机械加工再到叶片组装，均需对叶片 的几何形状和尺寸进行检测。由于 叶片结构和形状的复杂性以及叶片 在发动机中的蕈要作州，决定ｒ叶 片型面检测的复杂性。
（１）测量精度高。对于曲率半 径小处，测量精度为０．０１ｍｍ即可， 但是对于进排气口测量精度必须要 达到Ｏ．０ｌ～０．００１ｍｍ。