[发明专利]一种风扇整体叶盘宽弦、大扭角叶型测量方法

说明书

一种风扇整体叶盘宽弦、大扭角叶型测量方法，采用基于三维实测模型的补偿方法对测量点进行三维矢量补偿，有效提升风扇整体叶盘叶型测量精度；利用专用测量机软件生成扫描轨迹：测量机测头应具备线扫描功能,根据叶片的结构特点，划分多个扫描区域，以适配测头扫描特性，最大扫描角度变化、扫描前角变化；叶盆、叶背区域测针轨迹采用Z字扫描路径，点间距以及行间距根据叶片的大小、曲率变化选择不同的数值；路径规划后，使用接触式坐标测量机获得叶片型面数据，获取测量点球心坐标点云。本发明的优点：完全消除余弦误差的产生原因，消除叶型测量的主要误差，提高叶片型面测量的精度，具有广阔的市场前景和巨大的经济效益。

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种风扇整体叶盘宽弦、大扭角叶型测量方法。

背景技术

风扇整体叶盘是航空发动机的关键部件之一，其叶片型面质量直接决定了发动机的性能、安全。传统三坐标叶型曲线扫描测量是一种二维未知曲线扫描测量，由于零件的制造公差，导致测针尚未碰到预期接触点时已经触发，所以补偿后的接触点会存在半径补偿余弦误差，远超出其轮廓度公差要求，为不可接受检测结果，因此这种常规二维补偿测量方法不适合当下整体叶盘叶型的检测要求。

发明内容

本发明的目的是从理论上完全消除传统坐标测量引起余弦误差，减小了风扇整体叶盘叶型测量的主要误差，提高叶型测量的精度，采用本方法实测的叶型，特别是进排气边缘，不存在由于补偿方向错误带来的轮廓误差，边缘形状更能真实反映叶片实际轮廓，提高了风扇整体叶盘叶型测量精度。

本发明提供了一种风扇整体叶盘宽弦、大扭角叶型测量方法，其特征在于：采用基于三维实测模型的补偿方法对测量点进行三维矢量补偿，有效提升风扇整体叶盘叶型测量精度；利用专用测量机软件生成扫描轨迹：测量机测头应具备线扫描功能,根据叶片的结构特点，划分多个扫描区域，以适配测头扫描特性，最大扫描角度变化、扫描前角变化；叶盆、叶背区域测针轨迹采用Z字扫描路径，点间距以及行间距根据叶片的大小、曲率变化选择不同的数值，推荐点间距不大于0.05mm，行间距不大于0.5mm；进排气边缘区域采用相同的扫描轨迹，但点间距不大于0.03mm，行间距不大于0.3mm；路径规划后，使用接触式坐标测量机获得叶片型面数据，获取测量点球心坐标点云，将球心坐标以X Y Z格式导出，另存为.dat格式文件。

构造实测叶型三维曲面：将上述.dat格式数据导入专用三维建模软件Geomagic、gom 3D软件，生成三角网格面，对齐方式为点对点，曲面拟合算法为高斯拟合，曲面构造方式为曲面点法向方向，噪声点过滤阀值方法为曲面曲率最优构造出未补偿的自由曲面，此时的叶身型面为增厚型面。

构造补偿后型面，真实型面：选择增厚型面，计算每个测量点的实际法线方向，并根据该方向缩进处理，缩进量为测球半径，检查三角网格质量，若发现网格有漏洞，堆叠区域，使用软件自动修补孔功能，光顺功能，若未能修补成功，调整缺陷部分的点云密度，此时生成真实型面，补偿后的型面。

构造并评价设计2D截面曲线：根据设计要求截面高度值，定义理论平面，法矢方向为(0，0，1)，选择构造单截面，相交平面为定义平面，全选补偿后的型面为相交实体，生成被测截面的实测叶型曲线，单击实测叶型曲线，选择输出点坐标，另存为.dat文件；将上述文件导入叶型评价专用软件BLADE,计算并评价叶型各参数实测值。

常规测量手段使用球形测针扫描型线，红宝石球与三维曲面的实际接触点并不是预期的接触点(如图1所示)。而测量软件记录的是红宝石球中心的空间坐标，然后根据测针半径来进行补偿，得出实际点的坐标。在这种情况下，测针尚未碰到预期接触点时已经触发，所以补偿后的接触点会存在半径补偿余弦误差。其大小为δ＝r(1/cosα-1)，r为测针半径，α为叶高方向叶型轮廓与积叠轴的夹角。由此得知余弦误差是测头二维补偿不可避免的误差，在测针不变的情况下，叶片越扭曲，测量误差越大，以某整体叶盘为例，α为20°，测针直径为3mm，δ＝0.096mm，远超出其轮廓度公差要求，为不可接受检测结果，因此这种测量及补偿方式不适合当下风扇整体叶盘叶型的检测精度要求。