航空叶片型面三坐标检测技术与发展

航空叶片型面三坐标检测技术与发展

王兴华

（航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司150060）

摘要：航空叶片型面精度对航空发动机气动性与使用性能的影响很大，所以要定期对其型面进行科学检测，就比如说对航空叶片型面三坐标的检测相当关键，它是航空叶片检测的重难点技术。本文阐述了航空叶片型面三坐标的关键检测技术，并思考了其未来的技术应用发展趋势。

关键词：航空叶片型面；三坐标检测技术；精度；技术应用；发展趋势

航空叶片型面与航空发动机息息相关，因为发动机需要利用叶片对空气的压缩与膨胀提升发动机的推进效率，这其中叶片型面的曲面形状与制造精度也会起到一定作用，所以针对叶片型面的检测技术尤为关键。目前的三坐标检测技术正在不断提高对叶片型面的测量制造精度，确保在复杂启动环境下航空发动机也能保证高性能特性。

一、关于航空叶片型面

航空叶片一般为薄壁、大扭曲设计，虽然其精密但可实现大批量生产，所以这也为针对它的检测工作带来一定难度。一般情况下，航空叶片型面都是楔型面，它的测量过程中需要实施基准建立和装夹定位，这两项操作内容可能会产生较大误差。另外一点，考虑到叶片测量的数据处理与分析过程相对复杂，且综合评定难度较高，所以叶片型面检测方法一般会选择非接触测量方法。非接触测量相对比较先进，它运用到了磁学与光学基本原理，并配合物理模拟量对叶片进行三坐标测量，这大幅度提高了测量的卡空心与精度，对叶片型面的质量控制非常有利。

二、航空叶片型面三坐标检测技术应用分析

航空叶片型面三坐标检测技术目前在发达国家已经非常成熟，他们基本已经实现了该技术领域的商业化发展，例如英国的高精度五轴测量系统REVO-2、日本的高精度扫描式侧头Metrol等等都具有高精密的三坐标测量能力，其叶片测量软件的可选择性也相当之高，可广泛应用于对航空叶片质量的检测环境中。相比较而言，我国目前也正在试图突破三坐标检测技术在传统应用中技术类型较少、通用性较差、功能相对单一的瓶颈，提出了诸多新技术应用类型。

（一）航空叶片的坐标测量定位技术应用

航空叶片的坐标测量技术定位高效且要求高精度，因为它直接影响到后续针对叶片的数据处理及型面质量评定结果。在该技术应用中主要采用到V型块、吸铁石或专用夹具进行装置测量定位。不过考虑到定位夹具与不同型号叶片之间相互匹配的兼容性，可选择在确保精度的前提条件下提高夹具的技术通用能力，为该技术应用降低应用成本。以叶片三坐标检测为例，它在技术应用中所获得的点云内容较少，但由于测量点与参考点云在位置上近似，所以目前针对航空叶片的6点定位法比较流行，它能够率先对叶片三坐标进行最经典的3-2-1粗定位，然后结合快速精确的叶片测量坐标系理论模型实施矩阵变阵，配合ICP（IterativeClosestPoint）遗传算法进行全局搜索计算，获得全局最优解。该算法能够有效降低对初始值的敏感度，构造全新的自适应距离函数以减少近距离函数值误差，保证三坐标检测的收敛速度及稳定性最优化。再者就是基于优化过程综合考量匹配算法的实际精度效率。

（二）航空叶片型面的坐标检测评定技术

针对航空叶片型面质量的把控一定要基于科学评定方法，它也是三坐标检测的最终目的。考虑到叶片型面设计图纸中的给定评价参数是存在误差要求的，所以结合截面型值的节点坐标、缘半径、弦长等等特征阐述必须结合叶片型面的弯曲度误差、倾斜度误差、叶片截面等等特征评价参数共同来看，并提出航空叶片型面三坐标检测中的弯曲度、扭曲度、倾斜度以及多界面评价参数算法。总体而言，就是要基于叶片类复杂自由曲面误差来展开三坐标检测评定，建设一套相对完善的、系统化的评定方法，主要针对叶片型面的截面曲线层面与误差评定算法来实现三坐标检测的不断改进与完善[1]。

三、航空叶片型面的三坐标技术检测方法

航空叶片型面的三坐标技术检测技术方法流程较多，在准备阶段就要根据叶片形状的大小不同为叶片装夹确立合适位置，保证探头在测量过程中不会超出边界。同时还要根据被测元素位置对探针进行校准，控制所有探针的直径都在1mm左右。

在坐标系建立过程中，要首先打开测量软件建立全新的测量程序，将数字模型导入到测量程序中，结合设计图纸提出几何元素基准，平移并扭转建立坐标系，保证所有的航空叶型测量都在固定坐标系下完成。

在建立安全平面过程中，要结合叶片大小及工作台所在位置相应建立安全平面，确保可实现探针的自动测量，尽量避免它碰撞到工件或直接超出边界范围。随后要为航空叶片型面定义叶型曲线，同时编辑每一个元素的测量程序，最后输出测量结果。测量结果方面应该将所有实测所获得叶型曲线与前尾缘位置都放大，最终将实测叶型特征参数都总合汇聚，并以报告形式完全输出，生成航空叶片型面三坐标检测的最终坐标文件，以便于设计人员参考使用[2]。

四、航空叶片坐标检测技术的未来发展前景

航空叶片坐标检测技术的未来发展前景还是一片大好的，它能够基于市场需求实现技术环境优化，例如确保三坐标检测技术逐渐向复合化、智能化以及网络化大方向全面发展。在未来，它应该体现出以下几点重要特点，确保其未来发展前景更加令人期待。在本文看来，围绕航空叶片型面的三坐标检测技术在未来应该坚持走以下两条路径。

（一）智能化发展路径

航空叶片型面三坐标检测技术需要足够的智能化技术做基础，例如对叶片的装卸与拆除目前就已经实现了自动化。而像测量策略的自主化生成、融入了机器人思维的自动化坐标检测技术则更加生动、直观且灵活的诠释了整个三坐标检测过程，同时它所提供的人工智能集成化内容与专家系统技术分析则更加人性化、全面化，基本消除了叶片测量中的某些人为干扰因素，提高了整体测量精度。

（二）检测信息网络化发展路径

我国一直以来都在推行“中国制造2025”国家战略，自身工业制造行业发展也正在朝信息化方向前进，所以针对航空叶片型面的三坐标检测技术也会逐渐朝网络化方向发展，它其中就囊括了质量信息检测、质量追溯等等智能化技术内容，可实现对叶片质量内容的随时改进，有效缩短叶片型面三坐标检测繁琐的技术应用流程，实现对叶片加工精度与表面质量的大幅度提升[3]。

总结：

总而言之，当前我国在针对航空叶片型面的三坐标检测技术发展应用还正处于初级发展阶段，相比于发达国家在技术应用与实践方面都还相去甚远。为此，我们需要认清差距，全面思考如何提高该技术应用的通用性、功能性，积极丰富技术应用种类，首先实现自我突破与长足发展进步。

参考文献：

[1]黄智,李超,李凯,等.航空叶片型面三坐标检测技术现状及发展趋势[J].航空制造技术,2017(21):73-79.

[2]宋开臣,张奕群.三坐标测量机动态误差补偿的研究[J].仪器仪表学报,1999,20（1）:23-25.

[3]闫峰.三坐标测量机在航空发动机叶片型面检测中的应用[J].科技与企业,2015(2):210-211.