《航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型坐標(biāo)檢測(cè)規(guī)范》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

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航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型坐標(biāo)檢測(cè)規(guī)范

Aero-EngineCompressorBladeProfileInspectionStandardforCMM

（征求意見(jiàn)稿）

20XX-XX-XX發(fā)布20XX-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

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航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型坐標(biāo)檢測(cè)規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型三坐標(biāo)檢測(cè)過(guò)程及測(cè)量要求。

本文件適用于軍用和民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型三坐標(biāo)檢測(cè)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

HB5647葉片葉型的標(biāo)注公差與葉身表面粗糙度

HB20126發(fā)動(dòng)機(jī)葉片坐標(biāo)測(cè)量要求

3術(shù)語(yǔ)和定義

HB5647和HB20126界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

葉型bladeprofile

具有專門氣動(dòng)外型的葉片剖面。

3.2

葉背convexairfoilsurface

葉身向外凸的表面，沿這一表面氣流的壓力較低。

3.3

葉盆concaveairfoilsurface

葉身向內(nèi)凹的表面，沿這一表面氣流的壓力較高。

3.4

中弧線medialcamberline

葉型內(nèi)切圓圓心的連線，并在前后緣圓心按切線方向延伸到同前、后緣相交的線。

3.5

前緣點(diǎn)leadedgepoint

截面中弧線穿透前緣型線所形成的交點(diǎn)為前緣點(diǎn)。

3.6

后緣點(diǎn)tailedgepoint

截面中弧線穿透尾緣型線所形成的交點(diǎn)為后緣點(diǎn)。

3.7

型線profileline

葉片幾何形狀沿某一垂直于理論積疊軸的截面剖切，形成的邊緣線。

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3.8

弦線chordline

葉型前緣和后緣的公切線。

3.9

弦長(zhǎng)chordlength

葉型在弦線上的投影。

3.10

截面位置度sectionposition

截面實(shí)測(cè)點(diǎn)云與理論截面型線配準(zhǔn)后，各截面積疊點(diǎn)相對(duì)理論積疊點(diǎn)距離的2倍。

3.11

弦線角chordangle

葉型弦線與葉型測(cè)量基準(zhǔn)X軸的夾角。

3.12

葉型厚度bladeprofilethickness

被葉型限制的垂直于葉型中弧線的線段。

3.13

前/后緣厚度lead/tailedgethickness

在前/后緣指定位置上的葉型厚度。

3.14

最大厚度maximumthickness

葉型厚度的最大值。

3.15

定義截面definedsection

確定葉身輪廓形狀的剖面，它垂直于Z軸。

3.16

檢驗(yàn)截面inspectionsection

供檢驗(yàn)用的規(guī)定截面。

3.17

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)coordinatemeasuringmachine

通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量工件表面空間坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)。

3.18

球形針spherestyleprobe

尖端為球狀的測(cè)針，測(cè)針和測(cè)桿采用承插連接或者球面連接的方式粘結(jié)。

3.19

柱形針cylindricalstyleprobe

測(cè)桿與尖部半球等直徑且可用于有效測(cè)量的測(cè)針。

3.20

測(cè)頭余弦誤差probecosineerror

對(duì)于三坐標(biāo)球形針，當(dāng)觸測(cè)方向與被測(cè)點(diǎn)法線方向不一致，三坐標(biāo)球形針記錄的球心位置到被測(cè)點(diǎn)

的距離減去球頭半徑，所得到的差值即為測(cè)頭余弦誤差。

4測(cè)量流程

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航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型三坐標(biāo)測(cè)量流程如圖1所示。

圖1壓氣葉片葉型三坐標(biāo)檢測(cè)流程

4.1測(cè)量準(zhǔn)備

4.1.1一般要求

測(cè)量前應(yīng)做如下檢查：

a)測(cè)量前應(yīng)檢查測(cè)量設(shè)備、工裝、工具等標(biāo)識(shí)是否齊全，確保處于計(jì)量有效期內(nèi)；

b)檢查設(shè)備與控制柜、電腦通訊是否處于正常狀態(tài)，保證正?？捎茫?/p>

c)檢查設(shè)備運(yùn)行范圍內(nèi)是否有障礙物，確保運(yùn)行安全；

d)使用無(wú)塵布擦拭測(cè)針校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)球及測(cè)頭測(cè)針；

e)檢查被測(cè)葉片的零件號(hào)、批次號(hào)或樣品編號(hào)是否與測(cè)量要求相一致；

f)清潔待檢葉片表面，確保無(wú)油污、灰塵及其它污濁痕跡；

g)確保測(cè)量人員接受過(guò)葉片測(cè)量相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的培訓(xùn)并具有上崗操作資質(zhì)。

4.1.2環(huán)境設(shè)置

所處環(huán)境溫度應(yīng)滿足如下要求：

a)溫度要求：20℃±2℃，若不滿足時(shí)則應(yīng)開啟測(cè)量機(jī)溫度補(bǔ)償功能；

b)溫度時(shí)間梯度：≤1℃/h&≤2℃/24h；

c)溫度空間梯度：≤1℃/m。

4.1.3測(cè)針校驗(yàn)

選取校驗(yàn)方式，應(yīng)根據(jù)機(jī)臺(tái)實(shí)際情況，利用標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意：

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a)根據(jù)測(cè)量產(chǎn)品的要求，以每班或每日為周期進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況——測(cè)針碰撞或松動(dòng)時(shí)，

則應(yīng)立刻進(jìn)行校驗(yàn)；

b)測(cè)針長(zhǎng)時(shí)間使用后測(cè)針會(huì)產(chǎn)生磨損，標(biāo)準(zhǔn)偏差和形狀誤差超出1.5微米即需要更換；

c)保證量具在校驗(yàn)有效期內(nèi)。

測(cè)針觸測(cè)標(biāo)準(zhǔn)球時(shí)，校驗(yàn)不同測(cè)頭角度下的標(biāo)準(zhǔn)差。基于此項(xiàng)目的測(cè)針配置，標(biāo)準(zhǔn)偏差≤1.5μm。

觸測(cè)校驗(yàn)設(shè)置如下:

a)導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)球的標(biāo)定直徑和支撐矢量方向；

b)定義測(cè)點(diǎn)數(shù)為15個(gè)點(diǎn)以上，具體測(cè)量點(diǎn)數(shù)可根據(jù)產(chǎn)品測(cè)量要求進(jìn)行增加或者減少，最少點(diǎn)數(shù)

不得少于5個(gè)點(diǎn)；

c)測(cè)點(diǎn)層數(shù)、起始角和終止角，標(biāo)準(zhǔn)球校驗(yàn)示例如下圖所示（定義層數(shù)為3層，起始角為0度，

終止角為90度）；

d)柱形針在球形針檢驗(yàn)基礎(chǔ)上向下偏移一個(gè)偏置量，在測(cè)桿上觸測(cè)標(biāo)準(zhǔn)球赤道；

e)查看對(duì)應(yīng)測(cè)頭角度下測(cè)針的有效直徑和校驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差。

若標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)1.5μm應(yīng)檢查：

a)測(cè)針連接是否穩(wěn)固；

b)測(cè)針尖端是否干凈無(wú)附著物；

c)測(cè)針尖端是否磨損嚴(yán)重需要更換；

d)標(biāo)準(zhǔn)球是否穩(wěn)固；

e)標(biāo)準(zhǔn)球是否干凈無(wú)附著物；

標(biāo)準(zhǔn)球表面是否磨損需要更換。

4.1.4裝夾

針對(duì)壓氣機(jī)葉片特點(diǎn)，典型通用夾具如圖2所示，裝夾要求如下：

a)壓氣機(jī)葉片榫頭平面分別貼緊活動(dòng)鉗口和固定鉗口側(cè)面；

b)榫頭下表面與鉗口上表面貼緊如圖3所示；

c)榫頭曲面與限位塊貼緊；

d)允許使用其他夾具，必須限制六個(gè)自由度，且需要開展重復(fù)性和一致性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果應(yīng)通過(guò)

重復(fù)性和一致性的判定方法為準(zhǔn)。

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圖2典型夾具實(shí)物圖

圖3葉片夾具與裝夾示意圖

4.2測(cè)量過(guò)程

4.2.1坐標(biāo)系的采點(diǎn)和擬合

對(duì)于有榫根的壓氣機(jī)葉片，采用榫頭處取點(diǎn)迭代的方式建立坐標(biāo)系，主要參數(shù)為取點(diǎn)數(shù)和取點(diǎn)分布，

取點(diǎn)分布對(duì)測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性的影響大于取點(diǎn)數(shù)目的影響。

4.2.1.1取點(diǎn)數(shù)目規(guī)則

坐標(biāo)系創(chuàng)建時(shí)的測(cè)量取點(diǎn)數(shù)目規(guī)則應(yīng)滿足如下要求：

a）根據(jù)實(shí)際葉片大小和結(jié)構(gòu)，在榫根A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)平面上沿長(zhǎng)邊和短邊向內(nèi)縮進(jìn)一段距離，并根

據(jù)圖紙精度要求確定擬合坐標(biāo)系的取點(diǎn)密度，但應(yīng)保證長(zhǎng)邊和短邊均布取點(diǎn)數(shù)不低于2個(gè)；

b）C基準(zhǔn)取點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)為A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)擬合中心點(diǎn)的中分點(diǎn)，如圖4所示；

c）對(duì)于A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)平面，應(yīng)在保證效率的前提下盡量多取點(diǎn)。

圖4C基準(zhǔn)取點(diǎn)示意圖

4.2.1.2取點(diǎn)分布規(guī)則

沿基準(zhǔn)面最大范圍均勻分布。圖5和圖6為某型號(hào)壓氣機(jī)葉片榫頭取點(diǎn)示例。

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圖5榫頭側(cè)面安裝邊上取點(diǎn)規(guī)則示意

圖6榫頭C基準(zhǔn)面上取點(diǎn)規(guī)則示意

4.2.1.3擬合坐標(biāo)系的方法

采用迭代擬合創(chuàng)建測(cè)量坐標(biāo)系時(shí)，應(yīng)考慮如下原則：

a）根據(jù)精度要求設(shè)置合適的擬合坐標(biāo)系偏差閾值，建議閾值不超過(guò)0.01mm；

（注：若坐標(biāo)系擬合迭代結(jié)果不滿足偏差閾值要求時(shí)，測(cè)量重復(fù)性滿足要求時(shí)，可放寬閾值）

b）推薦使用3D擬合方式建立坐標(biāo)系；

c）利用矢量最小二乘法作為最佳擬合方法；

d）對(duì)于PC-DMIS測(cè)量系統(tǒng)，推薦的測(cè)量坐標(biāo)系創(chuàng)建設(shè)置如圖7所示。

圖7PC-DMIS測(cè)量坐標(biāo)系創(chuàng)建推薦設(shè)置

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4.2.2掃描葉型輪廓

4.2.2.1測(cè)量程序

按照測(cè)量要求，在相應(yīng)截面高度上編寫相應(yīng)三坐標(biāo)測(cè)量程序。

4.2.2.2掃描路徑

掃描路徑的規(guī)劃應(yīng)基于零件坐標(biāo)系，按照葉片葉型檢測(cè)技術(shù)文件要求設(shè)置掃描路徑，具體應(yīng)滿足如

下要求：

a）具體的掃描路徑可以通過(guò)理論模型上進(jìn)行截取獲得；

b）也可直接使用已有葉型理論坐標(biāo)文件，生成具體的掃描路徑。

4.2.2.3分段掃描方式

多端掃描分段原則：應(yīng)根據(jù)圖紙要求、葉型結(jié)構(gòu)和尺寸、測(cè)量機(jī)測(cè)量模式、測(cè)座旋轉(zhuǎn)量程、掃描算

法等因素對(duì)掃描輪廓分段，以能通過(guò)重復(fù)性和一致性判定方法為準(zhǔn)。

推薦的分段掃描方式如圖8所示，具體要求如下：

a）采用兩段式掃描時(shí)，測(cè)針尖端位置越過(guò)掃描起始位置，使得測(cè)針與葉片接觸點(diǎn)位于測(cè)桿上，掃

描至葉片另一端，測(cè)針尖端位置越過(guò)掃描終止位置，接觸點(diǎn)位于測(cè)桿上；

b）采用四段式掃描，不進(jìn)行過(guò)掃描。

圖8過(guò)掃描兩段式掃描和四段式掃描示意圖

4.2.2.4測(cè)針類型

測(cè)針類型可選取球形針或柱形針。

4.2.2.5測(cè)針直徑

采用球形測(cè)針接觸式測(cè)量時(shí)，測(cè)針直徑的選取應(yīng)考慮如下原則：

a）測(cè)量前緣后緣輪廓度、弦長(zhǎng)和弦角時(shí)應(yīng)考慮測(cè)針直徑帶來(lái)的影響；

b）葉型大曲率區(qū)域測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮測(cè)針直徑的影響；

c）測(cè)針直徑取值區(qū)間為Φ1mm~Φ2mm。

4.2.2.6掃描速度

采用接觸式掃描測(cè)量時(shí)，掃描速度的設(shè)置應(yīng)考慮如下原則：

a）葉盆葉背掃描速度設(shè)置為1mm/s~8mm/s；

b）前緣后緣掃描速度設(shè)置為1mm/s~2mm/s；

c）在允許的掃描速度范圍內(nèi)，為獲取準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，應(yīng)選取較小的速度。

4.2.2.7點(diǎn)密度

測(cè)量系統(tǒng)的采點(diǎn)密度應(yīng)考慮如下原則：

a）點(diǎn)密度變化直接影響葉型輪廓度、葉型位置度和扭轉(zhuǎn)的測(cè)量值；

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b）在高曲率葉片中，葉盆葉背和前緣后緣測(cè)點(diǎn)數(shù)比值直接影響葉型位置度和扭轉(zhuǎn)的測(cè)量值；

c）前緣后緣點(diǎn)密度設(shè)置為20pts/mm～35pts/mm，葉盆葉背點(diǎn)密度設(shè)置為不低于2pts/mm較為適宜。

4.2.2.8多探針

多探針測(cè)量葉片時(shí)，各探針之間的誤差會(huì)直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。測(cè)量前應(yīng)校驗(yàn)測(cè)針并確認(rèn)多

測(cè)針的關(guān)聯(lián)偏差，其中多測(cè)針中心點(diǎn)偏差應(yīng)不超過(guò)3μm，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如有特殊要求時(shí)，

應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置不同的誤差允許范圍。

4.2.3其他要求

對(duì)于本標(biāo)準(zhǔn)暫未涉及的其他壓氣機(jī)葉片葉型檢測(cè)影響因素，其合理的取值應(yīng)滿足如下原則：

a）應(yīng)經(jīng)過(guò)重復(fù)性測(cè)量試驗(yàn)驗(yàn)證，具體要求見(jiàn)附錄A；

b）應(yīng)經(jīng)過(guò)一致性測(cè)量試驗(yàn)驗(yàn)證，具體要求見(jiàn)附錄B；

c）相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果、總結(jié)分析報(bào)告應(yīng)提交葉片設(shè)計(jì)方審批。

4.3結(jié)果分析

4.3.1軟件算法

利用葉片分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理主要涉及數(shù)據(jù)去噪、平滑、測(cè)頭半徑補(bǔ)償?shù)炔僮鳎淠康氖菫榱私?/p>

低數(shù)據(jù)的測(cè)量誤差、提高后續(xù)評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。而葉片檢測(cè)行業(yè)無(wú)相關(guān)算法標(biāo)準(zhǔn)可以依據(jù)，因此

各品牌葉片軟件后處理算法封閉，算法不盡相同。為保持葉片評(píng)價(jià)分析結(jié)果的一致性，具體葉片葉型參

數(shù)評(píng)價(jià)分析軟件算法的設(shè)置應(yīng)與葉片設(shè)計(jì)要求相一致。

4.3.2數(shù)據(jù)處理

測(cè)量前應(yīng)準(zhǔn)備以下文件：

a）算法文件：按照?qǐng)D紙要求使用葉片分析系統(tǒng)創(chuàng)建算法文件；

b）公差文件：按照?qǐng)D紙要求使用葉片分析系統(tǒng)創(chuàng)建公差文件；

c）理論文件：按照數(shù)模或者圖紙創(chuàng)建理論值文件。

測(cè)量后應(yīng)如下處理：

a）蔡司程序測(cè)量完成導(dǎo)出測(cè)量程序中補(bǔ)償前的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，生成通用格式數(shù)據(jù)文件；

b）溫澤程序測(cè)量完成后，導(dǎo)出測(cè)量程序補(bǔ)償后的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，生成通用格式數(shù)據(jù)文件；

c）海克斯康程序，測(cè)量完成后，生成通用格式數(shù)據(jù)文件；

d）測(cè)量完成后使用葉片分析系統(tǒng)打開通用格式數(shù)據(jù)文件，輸出評(píng)價(jià)分析結(jié)果。

4.4測(cè)量報(bào)告

葉型測(cè)量完成后，應(yīng)出具測(cè)量報(bào)告，測(cè)量報(bào)告包括但不限于以下內(nèi)容：

a）葉型測(cè)量數(shù)據(jù)；

b）各檢測(cè)截面的型線/面輪廓度對(duì)比圖。

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附錄A

（規(guī)范性）

重復(fù)性判定準(zhǔn)則

A.1重復(fù)性測(cè)量要求

依據(jù)測(cè)量系統(tǒng)分析手冊(cè)的規(guī)定，重復(fù)性為：當(dāng)測(cè)量條件已被確定和定義，以確定的零件、儀器、標(biāo)

準(zhǔn)、方法、操作者、環(huán)境和假設(shè)之下，系統(tǒng)內(nèi)部的變差。除了設(shè)備內(nèi)部的變差之外，重復(fù)性還包括在誤

差模型中的任何條件下的內(nèi)部變差。

利用同一位操作員對(duì)同一批葉片進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，評(píng)價(jià)測(cè)量設(shè)備差異，按公式A.l和A.2計(jì)算：

…………………（A.1）

??

%??=???????

…………………（A.2）

?

?

??=6??=6?2

式中：

USL——規(guī)格上限；

LSL——規(guī)格下限；

——重復(fù)測(cè)量同一個(gè)特征的極差的平均值，極差即同一個(gè)因素多次重復(fù)測(cè)量中最大值與最小值

之差；

?——計(jì)算重復(fù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差的系數(shù)。

?

?2

A.2判定準(zhǔn)則

測(cè)量系統(tǒng)測(cè)試特征時(shí)結(jié)果判定原則如下：

a）特征重復(fù)度指標(biāo)%EV小于等于10%時(shí)，稱為該評(píng)價(jià)的重復(fù)性良好；

b）特征重復(fù)度指標(biāo)%EV大于10%且小于等于30%時(shí)，稱為該評(píng)價(jià)的重復(fù)性合格；

c）特征重復(fù)度指標(biāo)%EV大于30%時(shí)，稱為該評(píng)價(jià)的重復(fù)性不良；

d）當(dāng)某葉片的全部測(cè)量重復(fù)性指數(shù)均為良好，稱為該葉片測(cè)量系統(tǒng)工作良好；當(dāng)部分或者全部測(cè)

量重復(fù)性指標(biāo)為合格時(shí)，稱為該葉片測(cè)量系統(tǒng)工作合格；當(dāng)出現(xiàn)重復(fù)性不良的重復(fù)性指標(biāo)時(shí)，

稱為該葉片測(cè)量系統(tǒng)工作不良。

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附錄B

（規(guī)范性）

測(cè)量結(jié)果一致性評(píng)判

B.1測(cè)量結(jié)果一致性評(píng)判規(guī)則

一致性則是將葉片檢測(cè)工藝規(guī)范在不同單位間開展測(cè)試比對(duì)，以驗(yàn)證檢測(cè)工藝規(guī)范在各單位間的適

用性。設(shè)有n家測(cè)試比對(duì)單位，則一致性指標(biāo)按公式A.3計(jì)算。

?

?…………………（A.3）

???????

??=????

式中：

——第j個(gè)單位在第i參數(shù)上的測(cè)量結(jié)果；

???——第i參數(shù)的參考值，；

1?

?k?—?—包含因子，一般情況k=?2??；=?