中國航空產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展迅猛，對國產(chǎn)發(fā)動機(jī)需求非常旺盛。航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)制造中最為關(guān)鍵，也是技術(shù)最復(fù)雜、難度最高的部件之一，也是最考驗一國綜合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實力的產(chǎn)品。而透平葉片則是航空發(fā)動機(jī)中數(shù)量最多的零件。以典型的渦扇發(fā)動機(jī)為例，整個發(fā)動機(jī)由1級風(fēng)扇段、13-14級壓氣機(jī)段和8-9級渦輪段組成，葉片總數(shù)可達(dá)數(shù)千片；葉片高度從風(fēng)扇葉片的接近1000mm到最后級高壓壓氣機(jī)葉片的小于20mm，差異極大。

對于加工和檢測來說，極大和極小兩種極端尺寸葉片無疑是更大的挑戰(zhàn)，它們對加工和檢測設(shè)備及方法都提出了更為嚴(yán)苛的要求。本案例針對航空發(fā)動機(jī)中的一種典型極小葉片的檢測進(jìn)行了測試，驗證了某種光學(xué)測量設(shè)備對于極小葉片葉型檢測的可行性與效果，并與其它幾種檢測方案從理論上做了對比。

葉片實際照片

測量難點

從上圖可以看到，該葉片整體高度約13mm、葉型寬度約11mm、葉片中心處最大厚度約1mm，屬于航空發(fā)動機(jī)葉片中最小的種類，尤其是葉片的邊緣部分厚度僅有約0.2mm，給測量帶來了諸多難點：

- 首先，由于葉片尺寸太小，給裝夾就帶來了非常大的困難。裝夾部分太小容易造成夾持不穩(wěn)，但裝夾部分太大又會對測量造成干涉。

- 其次，如采用接觸式測量，測針的選擇也是一個很大的難題。對于此類極薄的葉片，如采用大測球會造成測量葉片前后緣時發(fā)生卡頓，且容易發(fā)生干涉；如采用小測球則容易產(chǎn)生半徑補償方向錯誤并導(dǎo)致型線紊亂現(xiàn)象。

- 再者，此類極薄葉片容易在測量頂部截面時，在測量力的作用下造成輕微葉片彎曲（如下圖，測量葉盆時葉片受到測力影響朝葉背方向彎曲，反之亦然）。雖然彎曲變形量不大，但是考慮到葉片本身極薄，其相對變形量還是非?？捎^的，會對被測葉型的輪廓度與位置度都造成非常大的影響。

- 如果用光學(xué)測頭掃描該葉片，則必須要求有非常高的分辨率，在葉片曲率急劇變化的前后緣處要有密度足夠高的點覆蓋，以便真實還原葉片前后緣的形狀，才可準(zhǔn)確分析葉型相關(guān)參數(shù)。
首先，光學(xué)測頭對于物體表面狀態(tài)一般都有所要求，太過光亮或顏色過深的表面都會對反光造成負(fù)面影響。第二，由于葉片幾何形狀的特殊性，對于光學(xué)測頭的工作距離要有一定的要求。某些種類的光學(xué)測頭雖然可以達(dá)到較高的測量精度，但它的工作距離非常近，極易和葉片發(fā)生碰撞；如果通過換鏡頭來得到較大的工作距離，又會明顯地降低測量精度。第三個需要關(guān)注的是表面入射角的范圍，在測量零件過程中，如果一直以法線方向去采點，難免會碰到盲區(qū)，在這種情況下就需要改變?nèi)肷涔獾氖噶糠较?。如果光學(xué)測頭的入射光允許角度范圍較小的話，會給測量造成不便。

特別是在測量葉片前后緣時，由于實際葉片型線難免與理論模型存在形狀和/或位置偏差，導(dǎo)致根據(jù)理論模型設(shè)定的入射光方向無法與實際型線形成正交。如果測頭允許的入射光角度范圍越大，那該測頭對于光線的容錯性就越好；否則的話，入射光角度稍有偏差，測頭就無法接收到反射光信號，造成測點缺失。