高松　李深亮　孟輝

摘 要：本文對CORE-DS型白光測量機進行對比驗證試驗，掌握針對某葉片的測量基準建立、測量程序編制和參數(shù)評價方法。通過與接觸式三坐標測量機進行測量對比試驗，驗證其測量的準確性和可行性。

關(guān)鍵詞：白光測量；測量程序編制；接觸式三坐標；對比試驗

中圖分類號：TN312 文獻標識碼：A

隨著對航空發(fā)動機性能要求的逐步提高，壓氣機葉片型面多采用三元流設(shè)計，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)字化測量，傳統(tǒng)的三坐標測量在測量葉片的扭曲部位易產(chǎn)生補償?shù)氖д妗９蕠L試采用非接觸式的測量方式進行測量。

1.設(shè)備概況及測量原理

CORE-DS型白光測量機是溫澤公司的第二代五軸光學測量設(shè)備，與MAXOS型測量機相比，其結(jié)構(gòu)更為緊湊優(yōu)化，整機測量精度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。

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

白光測量機發(fā)出的光為復(fù)合光（日光），照射到反光表面無散斑效應(yīng)，分布均勻的光點對確定像點位置“非常有利”。

2.評定參數(shù)定義

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

測量項目主要包括：葉盆（背）輪廓度最大（小）值；進（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；進氣邊弦長；進（排）氣邊緣半徑和葉展波紋度變化率等。

3.對比試驗方案

3.1 測量方案

（1）測量重復(fù)性對比測試。

（2）接觸式三坐標與白光測量機對比試驗。

3.2 試驗載體

（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）測量設(shè)備

①萊姿PMM-C 12107型三坐標測量機（帶轉(zhuǎn)臺），測針直徑2mm，葉型截面三維掃描。

②蔡司PRISMO navigator1200× 1800×1000型三坐標測量機（帶轉(zhuǎn)臺），測針直徑0.8mm，葉型截面三維掃描。

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

4.測量過程

4.1 測量準備工作

（1）設(shè)備校準。校準過程分為測頭校準和轉(zhuǎn)臺校準兩部分。

（2）導入理論數(shù)據(jù)模型。OpenDIMS軟件可識別IGS、STEP等數(shù)據(jù)格式。

（3）測量機參數(shù)設(shè)定。包括測頭運動和掃描速度、加速度、測頭擺角范圍、光強等。

4.2 測量坐標系MCS建立，根據(jù)特征通過3-2-1法建立坐標系。

4.3 測量路徑生成及參數(shù)設(shè)定

（1）測量路徑規(guī)劃原則。測量路徑在安全的前提下，減少空運動行程，提高測量效率。

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

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

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

（5）波紋度測量。葉片的波紋度掃描為縱向截取截面，定義掃描路徑。

（6）測量數(shù)據(jù)評定原則。用最小二乘法擬合測量點，進行測量點與理論截面的誤差分析和判定。

（7）測量公差的設(shè)定。在葉片評價模塊中設(shè)置測量公差，確定葉片的測量結(jié)果和狀態(tài)，輸出報告。

5.數(shù)據(jù)分析

5.1 測量重復(fù)性測試

通過對葉片的測量數(shù)據(jù)的分析，采用同一測量程序?qū)θ~片進行4次測量，采用極差法評定葉中輪廓度為syz=0.008mm和邊緣輪廓度sby測量重復(fù)性為sby=0.005mm。

5.2 測量準確性分析

采用測量不確定評定方法對CORE-DS白光測量機葉片輪廓度測量結(jié)果進行評價。

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白光測量機探測最大允許誤差MPEP為±0.004mm。則其B類測量不確度分量為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《裝備計量保障通用要求檢測和校準》關(guān)于測試不確定度比（被測參數(shù)與其測量設(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白光測量機葉片輪廓度測量結(jié)果測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%。

從對比數(shù)據(jù)看，白光與接觸式三坐標測量數(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測量機具有葉片型面及進排氣邊檢測評價功能，葉片葉型幾何參數(shù)檢測數(shù)據(jù)與萊姿PMM-C計量型三坐標測量機和蔡司PRISMO三坐標測量機具有很好的一致性，其測量能力相當，滿足某靜子葉片型面檢測需求。

參考文獻

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