葉片榫頭尺寸自動化檢測技術

劉廷祥，陳犇，楊峰，周由

1.中國航發貴州黎陽航空動力有限公司 貴州貴陽 550000

2.成都美奢銳新材料有限公司 四川成都 610000

1 序言

在航空發動機葉片的生產過程中，存在著大量的發動機渦輪葉片，其中某渦輪葉片榫頭形狀復雜，如圖1所示。葉片噴涂前需要準確檢測其榫頭上、中、下截面基線T位置處厚度L尺寸（見圖2）。由于葉片榫頭形狀不規則，全部由曲面組合而成，因此無論是在平臺上用打表法測量，還是用三坐標測量機檢測，均無法準確找正和建立坐標系，從而無法準確檢測出厚度尺寸L，成了生產檢測中的難題。同時導致下工序噴涂厚度無法確定，嚴重影響葉片制造質量，影響葉片與渦輪盤裝配間隙，從而影響發動機性能[1]。

圖2 檢測技術要求示意

由圖2可知，榫頭中心線與壓氣機旋轉中心夾角有5°25'±3'的要求，其關鍵尺寸12.8mm是從榫頭端面最高處平移理論尺寸H，即基線T處的厚度值，應檢測出該厚度的實際值。

2 確定檢測方法

2.1 裝夾定位

葉片形狀不規則，沒有支撐基準面，裝夾要考慮到一次檢測完畢，三坐標測尖不能碰桿。根據實際情況，選擇用虎鉗夾住葉片兩側邊（見圖3），榫頭垂直向下。選擇直徑2mm、桿長30mm的測尖，如圖4所示。

圖3 裝夾定位

圖4 測尖直徑及角度選擇

2.2 坐標系的建立

由于榫頭基準面為曲面，顯然用建立直角坐標系的方法已不可行，考慮到該葉片有數模，因此嘗試先在數模的3個方向上共采6點，用6點按迭代法建立坐標系的方法來建立數學模型[2]，6點理論值如圖5所示；然后用手動的方式在葉片實物上相應位置采6點，如圖6所示（帶*號的為實際值）。用這6點實際值與數模上的6點理論值進行迭代，擬合建立出第一次粗建坐標系，以此來進行葉片位置的初定位。在此基礎上，編制自動程序測量數模上的6個理論點，得到6個精確實際值后再與數模上的6個理論值進行迭代，擬合建立出第二次精建坐標系，如此反復，直到葉片上的6個實際值與數模上的6個理論值無限接近。由于制造誤差，實際值與測量值很難相等，故根據圖樣要求和實際情況，只要這6個實際值與數模上的6個理論值相比，達到定位公差在0.002mm以內的要求即可，設置界面如圖7所示，否則繼續自動測量迭代，擬合建立第三次或更多次精建坐標系，循環測量到滿足要求為止[3]。

圖5 6點理論值

圖6 6點實際值

圖7 設置特征點定位公差

2.3 編制程序自動測量、計算

進入編程界面（見圖8），選擇自動檢測程序模式，進入矢量點編輯功能窗口，在數模上尋找符合圖樣要求的理論點位置，即滿足12.8mm和H要求的理論點。按上、中、下3個不同位置測量，間隔5mm，包括葉片左邊點7*、點8*和點9*（見圖9），以及右邊對應的點10*、點11*和點12*（見圖10）。

圖8 編程界面

圖9 左測點

圖10 右測點

軟件將自動給出葉片兩側目標點的法線方向，生成自動檢測程序，并在關系運算功能窗口，編輯計算點7*和點10*、點8*和點11*、點9*和點12*之間的距離。自動測量程序如下。

執行程序，從頭開始運行，直到全部測量完畢，以某一級葉片為例，測量上、中、下3個不同截面的厚度尺寸，圖樣要求為12.8mm，測量結果統計見表1。

表1 自動檢測結果統計 （單位：mm）

3 檢測結果對比分析

與平臺測量和手動測量相比較，自動測量使用迭代法擬合坐標系，消除了無基準平面帶來的定位誤差；自動程序能按法線方向采點，而手動測量不能，消除了測尖半徑補償誤差；自動測量運動勻速，測力均勻，重復性比平臺測量和手動測量高。統計用平臺方法測量、三坐標手動測量和三坐標自動測量的結果，與實際值對比情況見表2。

表2 不同測量方法對比情況 （單位：mm）

分析以上對某葉片的27次檢測結果，平臺測量結果與實際值相差最小為0.186mm，手動測量結果與實際值相差最小為0.122mm，自動測量結果與實際值相差最小為0.009mm，自動測量結果更接近實際值。

4 結束語

隨著科學技術的進步和發展，發動機葉片的設計越來越復雜，制造精度要求越來越高，對檢測精度的要求也越來越高。為了在生產制造過程中有效控制加工精度和保證葉片制造質量，應開展葉片檢測方案、檢測方法和評價方法等技術研究，提高葉片的檢測技術水平，為葉片整個生產制造過程提供準確可靠的數據，從而保證葉片的生產質量。