CORE—DS型白光測(cè)量機(jī)對(duì)某葉片的測(cè)量與對(duì)比

高松　李深亮　孟輝

摘 要：本文對(duì)CORE-DS型白光測(cè)量機(jī)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)，掌握針對(duì)某葉片的測(cè)量基準(zhǔn)建立、測(cè)量程序編制和參數(shù)評(píng)價(jià)方法。通過(guò)與接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證其測(cè)量的準(zhǔn)確性和可行性。

關(guān)鍵詞：白光測(cè)量；測(cè)量程序編制；接觸式三坐標(biāo)；對(duì)比試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TN312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的逐步提高，壓氣機(jī)葉片型面多采用三元流設(shè)計(jì)，葉型扭曲程度增大。此外，為了提高葉片制造的穩(wěn)定性和符合性，客戶要求型面采用數(shù)字化測(cè)量，傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量在測(cè)量葉片的扭曲部位易產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)氖д?。故嘗試采用非接觸式的測(cè)量方式進(jìn)行測(cè)量。

1.設(shè)備概況及測(cè)量原理

CORE-DS型白光測(cè)量機(jī)是溫澤公司的第二代五軸光學(xué)測(cè)量設(shè)備，與MAXOS型測(cè)量機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)更為緊湊優(yōu)化，整機(jī)測(cè)量精度MPEP從±8um提高到±4um，配備的軟件OpenDMIS比第一代Win3DS軟件功能有明顯提升。

白光測(cè)量采用三角測(cè)量原理，它利用了光源、像點(diǎn)和物點(diǎn)之間的三角關(guān)系來(lái)求得物點(diǎn)的間隔。光源向物體發(fā)射一個(gè)光點(diǎn)，光點(diǎn)到達(dá)物體后經(jīng)過(guò)反射在傳感器上得到一個(gè)像點(diǎn)；光源、物點(diǎn)和像點(diǎn)形成了一定的三角關(guān)系，其中光源和傳感器上的像點(diǎn)的位置是已知的，由此可以計(jì)算得出物點(diǎn)的位置所在。

白光測(cè)量機(jī)發(fā)出的光為復(fù)合光（日光），照射到反光表面無(wú)散斑效應(yīng)，分布均勻的光點(diǎn)對(duì)確定像點(diǎn)位置“非常有利”。

2.評(píng)定參數(shù)定義

CORE-DS白光測(cè)量機(jī)同時(shí)配置了Win3DS、OpenDMIS兩種測(cè)量軟件。白光測(cè)量機(jī)的測(cè)量軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，可以進(jìn)行給定條件下的擬合。

測(cè)量項(xiàng)目主要包括：葉盆（背）輪廓度最大（?。┲担贿M(jìn)（排）氣邊緣輪廓度最大（?。┲?；位置度誤差；葉型扭轉(zhuǎn)偏差；葉型最大厚度；弦長(zhǎng)；進(jìn)氣邊弦長(zhǎng)；進(jìn)（排）氣邊緣半徑和葉展波紋度變化率等。

3.對(duì)比試驗(yàn)方案

3.1 測(cè)量方案

（1）測(cè)量重復(fù)性對(duì)比測(cè)試。

（2）接觸式三坐標(biāo)與白光測(cè)量機(jī)對(duì)比試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)載體

（1）3片葉片。其中1片為精銑狀態(tài)，2片為精銑+拋光狀態(tài)。

（2）測(cè)量設(shè)備

①萊姿PMM-C 12107型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（帶轉(zhuǎn)臺(tái)），測(cè)針直徑2mm，葉型截面三維掃描。

②蔡司PRISMO navigator1200× 1800×1000型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（帶轉(zhuǎn)臺(tái)），測(cè)針直徑0.8mm，葉型截面三維掃描。

③溫澤CORE-DS型非接觸式白光測(cè)量機(jī)（帶轉(zhuǎn)臺(tái)），光斑直徑0.035mm，葉型截面三維掃描。

4.測(cè)量過(guò)程

4.1 測(cè)量準(zhǔn)備工作

（1）設(shè)備校準(zhǔn)。校準(zhǔn)過(guò)程分為測(cè)頭校準(zhǔn)和轉(zhuǎn)臺(tái)校準(zhǔn)兩部分。

（2）導(dǎo)入理論數(shù)據(jù)模型。OpenDIMS軟件可識(shí)別IGS、STEP等數(shù)據(jù)格式。

（3）測(cè)量機(jī)參數(shù)設(shè)定。包括測(cè)頭運(yùn)動(dòng)和掃描速度、加速度、測(cè)頭擺角范圍、光強(qiáng)等。

4.2 測(cè)量坐標(biāo)系MCS建立，根據(jù)特征通過(guò)3-2-1法建立坐標(biāo)系。

4.3 測(cè)量路徑生成及參數(shù)設(shè)定

（1）測(cè)量路徑規(guī)劃原則。測(cè)量路徑在安全的前提下，減少空運(yùn)動(dòng)行程，提高測(cè)量效率。

（2）掃描測(cè)量點(diǎn)密度。在葉片型線曲率較大處掃描測(cè)量點(diǎn)密度高，曲率較小處掃描測(cè)量點(diǎn)密度低。

（3）生成測(cè)量截面。按照葉片測(cè)量截面的要求，沿Z軸方向創(chuàng)建出不同Z值的XOY平面。將導(dǎo)入的IGS和創(chuàng)建的平面進(jìn)行求交計(jì)算，得出所需的輪廓線。

（4）生成DMIS程序。軟件在設(shè)定測(cè)量機(jī)參數(shù)、創(chuàng)建坐標(biāo)系、創(chuàng)建測(cè)量程序以及測(cè)量完成之后的數(shù)據(jù)分析和公差設(shè)定等操作。

（5）波紋度測(cè)量。葉片的波紋度掃描為縱向截取截面，定義掃描路徑。

（6）測(cè)量數(shù)據(jù)評(píng)定原則。用最小二乘法擬合測(cè)量點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)與理論截面的誤差分析和判定。

（7）測(cè)量公差的設(shè)定。在葉片評(píng)價(jià)模塊中設(shè)置測(cè)量公差，確定葉片的測(cè)量結(jié)果和狀態(tài)，輸出報(bào)告。

5.數(shù)據(jù)分析

5.1 測(cè)量重復(fù)性測(cè)試

通過(guò)對(duì)葉片的測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，采用同一測(cè)量程序?qū)θ~片進(jìn)行4次測(cè)量，采用極差法評(píng)定葉中輪廓度為syz=0.008mm和邊緣輪廓度sby測(cè)量重復(fù)性為sby=0.005mm。

5.2 測(cè)量準(zhǔn)確性分析

采用測(cè)量不確定評(píng)定方法對(duì)CORE-DS白光測(cè)量機(jī)葉片輪廓度測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

取葉中輪廓度syz和邊緣輪廓度sby為A類不確定度分量。

CORE-DS白光測(cè)量機(jī)探測(cè)最大允許誤差MPEP為±0.004mm。則其B類測(cè)量不確度分量為0.004mm。

其區(qū)間半寬度a為0.004mm。Uby=2uc= 0.013mm；Uyz=2uc=0.018mm。

依據(jù)GJB5109-2004《裝備計(jì)量保障通用要求檢測(cè)和校準(zhǔn)》關(guān)于測(cè)試不確定度比（被測(cè)參數(shù)與其測(cè)量設(shè)備之間的最大允許誤差的比值）不得低于4∶1的規(guī)定，上述CORE-DS白光測(cè)量機(jī)葉片輪廓度測(cè)量結(jié)果測(cè)量不確定度滿足葉片邊緣輪廓0.06mm和葉中0.12mm輪廓度公差要求。

5.3 3種測(cè)量設(shè)備符合程度

CORE-DS與PMM-C之間差值小于0.01mm的占比約為87.9%；CORE-DS與PRISMO之間差值小于0.01mm的占比約為81.8%；PMM-C與PRISMO之間差值小于0.01mm的占比約為60%。

從對(duì)比數(shù)據(jù)看，白光與接觸式三坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)的符合程度較好，數(shù)據(jù)界于萊姿PMM-C與蔡司PRISMO之間。

結(jié)論

該CORE-DS測(cè)量機(jī)具有葉片型面及進(jìn)排氣邊檢測(cè)評(píng)價(jià)功能，葉片葉型幾何參數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)與萊姿PMM-C計(jì)量型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和蔡司PRISMO三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有很好的一致性，其測(cè)量能力相當(dāng)，滿足某靜子葉片型面檢測(cè)需求。

參考文獻(xiàn)

[1]王淼安.接觸式三坐標(biāo)測(cè)量透平葉片精度問(wèn)題與解決方案[J].航空制造技術(shù)，2013（17）：67-69.