基于QUINDOS6的整体叶轮叶型检测

林建辉，庄世宁

（中航工业南方航空工业（集团）有限公司计量仪表所，湖南株洲412002）

基于QUINDOS6的整体叶轮叶型检测

林建辉，庄世宁

（中航工业南方航空工业（集团）有限公司计量仪表所，湖南株洲412002）

为了提高数据处理速度，保证数据的准确性，本文介绍了一种快速检测整体叶轮叶型的方法。选择计量型三坐标测量机进行测量，使用QUINDOS6及专用数据自动处理软件，并自行开发二次测量程序，对叶型偏差、前后缘半径R等叶形特征参数快速精确地进行评价，同时自动输出图形报告，最终能够直观地反映检测数据结果。

QUINDOS；叶型截面；三坐标测量机；扫描；数据自动处理

0 引言

整体叶轮将工作叶片和轮盘联为一体，没有了榫头和榫槽，使得叶轮的结构更加坚固，性能更强。由于工作环境恶劣，整体叶轮、叶盘往往是由整块难加工材料加工而成，其形状复杂，加工和检测难度大、效率低［1－2］。而其位置度、前后缘半径R、叶型轮廓和叶片厚度等参数的测量精度和测量效率直接影响着航空发动机的性能和生产进度［3］。如何高精度快速地获取叶片叶型信息是我们研究追求的目标。

叶片型面检测主要是指型面轮廓和几何尺寸的检测。叶片型面测量方法大致有：视觉测量法、光学投影测量法、激光扫描法和坐标测量法等。目前主要以坐标测量法对叶片型面几何尺寸和形状误差进行扫描，这也是现有的叶片检测方法中精度较高的一种［3］。从发展上看，三坐标测量机与三维扫描测头、转台及数据自动处理BLADE软件组合是测量叶片较好的手段。

目前测量整体叶轮、叶盘的型面，通常采用曲线扫描指令进行截面扫描，把扫描出来的数据点做法向半径补偿后人工分析处理数据，将叶型实测点导入到AUTOCAD软件，连接成曲线后与理论曲线做比较，人为分析出几何尺寸。在此数据处理过程中，数据分析难免出现人为误差，而且人工处理数据的效率极为低下。

为保证数据的准确性，提高工作效率，我们引进了专用数据自动处理BLADE软件，与QUINDOS6测量软件配套使用。对QUINDOS6做二次开发并编制子命令，就可以调用数据自动处理BLADE软件，快速准确地评定叶型参数，同时输出图形，最终能够直观地反映检测数据结果。

1 整体叶轮叶型检测

1.1 叶型测量及数据处理方式

选择PMM-C计量型三坐标机进行测量，利用其扫描功能和曲线拟合补偿功能，得到叶型截面的数据点结果，再借助MASTERCAM，AUTOCAD等软件进行人工数据处理。

PMM-C计量型三坐标机采用固定式探头，刚性好、精度高、测量稳定。校准测头时根据叶片叶型特点事先调好的五个不同角度的φ2mm的测头探针 （根据进、排气边R值大小，选择0.5～2 mm的探针），再进行校准。用校准好了的主探针校准转台，选择转台坐标系，使用转台坐标系，在转台零位固定好工件。建立工件坐标系，根据理论叶型图，在叶盆叶背处重复打点找正叶片积叠轴角向位置，并得到叶片积叠轴与转台坐标系的夹角，附到程序中，用于编程。

运用QUINDOS扫描命令ME2DE对叶型每个截面采用闭环扫描方式，即三坐标测量机根据探头采集的零件表面点信号来控制运动。扫描过程如下：定义扫描起始点、方向点和终止点；探头从起始点开始测量，按定义的扫描方向向终止点扫描；计算机实时读取线性差动传感器信号和光栅尺数据，并进行分析；控制系统根据线性差动传感器信号控制探头的运动方向随零件表面变化。如图1所示。测头补偿RCORPLA：在QUINDOS软件中，为了提高曲线的测头补偿精度，扫描每个截面时，实测的是距离该截面位置相等的两条平行曲线，如：离心叶轮大叶片70截面数据，实际扫描的则是69.8和70.2两个截面，通过相同点密度的扫描设置，得到近似相等的数据点，利用指令RCORPLA（Plane Radius Correction平面半径修正）对扫描的两条曲线 （下面将两条曲线分别命名为＜EL1＞和＜EL2＞）执行空间点的半径修正，由＜EL1＞的点1和点2以及＜EL2＞的点1计算出一个平面。另一个平面由＜EL1＞的点1以及＜EL2＞的点1和点2计算出［4］。两个平面的对称点及对称方向是用来作半径修正，通过这三个点作一个微平面，这个微平面的法向矢量点就是最终得到测头补偿后的70截面数据。

将补偿过的数据用FMTOBJ指令以TXT文本格式进行保存，两条曲线应作为平行线（EL1和EL2）来测量。两条曲线间的距离必须与两个测量点的间距相同。应作为平行线在测量过程中，直接采用实际测量曲面进行测头半径补偿，这就排除了利用模型时，实物与模型有很大差异时的补偿失真情况。

以XX10152108离心叶轮为例介绍数据处理方法。将保存的数据点文本导入MASTERCAM软件生成样条曲线（如图2所示），并将该样条曲线保存为DWG格式文件。

将得到的截面实际轮廓线带基点 （坐标零点）复制到事先编辑好的CAD理论模板中，通过人工偏移、旋转得到实际轮廓与理论轮廓的型面偏差最小，并标注出相应的尺寸，列出相关参数的理论值与实际值。图3为使用AUTOCAD软件进行数据处理的结果，其中尺寸为正值时表示实际轮廓要厚于理论轮廓，反之则薄。

1.2 建立数据自动处理系统

在保证测量精度的前提下，利用测量软件的对接指令BLADE＿EXPORT，并设定相关的参数，即时、直观地呈现数据处理结果，改变人工数据处理的繁琐过程。需注意的是，要对测量的实际数据进行队列定义，区分叶盆和叶背（DFNQUE指令），使所有截面的叶盆在一个队列、叶背在另一个队列。另外在UG软件中对模型进行截取，得到数量充分、按曲率变化分布的理论数据点。

首先，是BLADE软件与测量软件的对接。对接是双相的，不仅要在测量软件中利用对接指令，在BLADE软件中还要通过编辑Parameter settings来实现数据对接；

其次，设定理论数据点。定义理论曲线，区分叶片每个截面的叶盆、叶背，理论数据格式必须与BLADE模块中（X，Y，Z；I，J，K）（即坐标轴、坐标轴矢量）的顺序一致。

再者，定义曲线的算法值FLAVOR。包括设定叶型参数和设置算法两个方面。设定叶型参数时，需要定义公差值TOLERANCE并对相关参数进行设定。设置算法也是十分重要的，对于相同的结果，利用不同的算法也有可能得到不同的结果，所以编程人员要根据实际情况，根据经验判断选择最小二乘法最佳拟合来进行评价。还有数据的噪声点的处理等等，也需要专业操作人员来设置［5］。

数据结果示例和具体说明如下：

图4、图5为使用BLADE软件处理的某机型数据结果。我们在一个叶片上截取了3个截面，从叶盆、叶背测量得到了130对数据点，这些数据点的与对应点的实测距离、理论距离、公差等都明确的列在数据表中，如图4所示。数据结果和叶型数据图中的颜色有着特定的含义：图4数据参数列表中各项均为黑色则表示合格，如果有某项为红色则表示该项超差；在图5、图6的叶型数据图中，不同的颜色代表不同的曲线，黑色代表理论叶型，蓝色代表公差叶型，绿色代表实测曲线，红色代表超差点［6］。

BLADE数据处理结果图分别通过数据参数列表（图4）和叶型最佳拟合示意图 （图5）来表明数据结果，通过设定最小二乘法最佳拟合可以得到实际叶型的最大偏差、最小偏差、叶片最大厚度、前后缘半径R及弦长等数据结果，同时也可以根据实际情况更改参数理论公差值。图6为截面处理结果爆炸式示意图能够清晰的看出前后缘的加工情况。

2 结论

利用QUINDOS6＋BLADE软件对整体叶轮进行叶片型面的三维检测，根据理论数据点的矢量方向对叶形轮廓进行2维可视轮廓评价，软件数据高效自动化测量程序，扫描数据自动的导入专用叶型评价软件中，通过数据的自动分析处理得到实际叶型偏差、叶片厚度、前后缘半径R及弦长等图纸要求的叶型特征参数报告。

通过实验验证，建立数据自动快速处理系统后，提高了数据处理速度，自动判断是否合格，输出叶型相关参数，消除了人为因素对数据的影响，结论准确可靠。

［1］王刚，赵万生，史旭明，等.带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘在发动机中的应用前景［J］.航空精密制造技术，1999，35（6）：36－38.

［2］黄春峰.现代航空发动机整体叶盘及其制造技术 ［J］.航空制造技术，2006（4）：94－100.

［3］陆佳艳，熊昌友，何小妹，等.航空发动机叶片型面测量方法评述［J］.计测技术，2009，29（3）：1－3.

［4］海克斯康.QUINDOS基本命令帮助［Z］.青岛：海克斯康，2004.

［5］Brown＆Sharpe.Blade Analysis Help［Z］.QINGDAO.

［6］海克斯康.叶片检测用户手册［M／OL］.［2013－10－16］. http：／／www.hexagonmetrology.com.cn／services／down.aspx.

Improvement Based on QUINDOS6 Inspection on Integral Blade Profile

LIN Jianhui，ZHUANG Shining
（Metrology Institute of China National South Aviation Industry Co.，Ltd，Zhuzhou 412002，China）

QUINDOS；blade section；CMM；scanning；automatic data processing

TB92；TP274.5

B

1674－5795（2014）02－0043－03

10.11823／j.issn.1674－5795.2014.02.12

2013－11－12；收修改稿日期：2014－01－13

林建辉 （1960－），男，工程师，从事无线电、时频、几何量计量技术与研究工作。

Abctract：In order to improve the data processing speed and ensure the data exactness，amethod is proposed to do rapid inspection on integral blade profile.Wemake use ofhigh-precisionmeasuring CMM，QUINDOS6 software and specialautomatic data processing software to develop the secondary measuring process，and evaluate quickly and exactly on blade profile characteristic parameters such as blade profile deviation and front and back edge R，etc.Graphic reports are output automatically and simultaneously，which can reflect themeasuring results intuitionally.