壓氣機(jī)葉片榫頭輪廓數(shù)字化檢測技術(shù)研究

張慰，王程，謝祖坤

（中國航發(fā)貴州黎陽航空動力有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 檢測參數(shù)的確定

榫頭輪廓檢測主要分為榫根輪廓度和跨棒距檢測，榫根的輪廓度要求為多段公差帶要求，即變公差要求，從緣板到榫根底部存在不斷變化的上下公差帶，同時(shí)存在跨棒距A 的檢測要求。

2 檢測方法

2.1 編制榫根輪廓度變公差帶理論參數(shù)文件

根據(jù)檢測工藝要求制作榫頭公差帶理論文件，制作變公差帶理論值文件可使用導(dǎo)入理論值DXF 文件、手動繪制等方法，其中使用導(dǎo)入理論值DXF 方法簡潔高效，為推薦使用的方法。

2.1.1 分別對上下公差帶文件進(jìn)行編輯

采用CurveAnalyzer 輪廓分析軟件，對榫根上下公差數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)加密、排序、矢量生成處理等處理。

2.1.2 合并成榫頭變公差帶理論文件

將編輯好的上、下公差帶進(jìn)行合并操作，生成榫頭理論值文件，文件內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)包括理論值點(diǎn)，上公差帶和下公差帶。

2.2 葉片自動測量

2.2.1 矩陣測量配置

根據(jù)葉片夾具的數(shù)量配置矩陣，如3X3、9X9，配置完成后矩陣測量軟件自動生成多矩陣坐標(biāo)系統(tǒng)。

2.2.2 坐標(biāo)系建立

使用迭代法進(jìn)行第一個(gè)葉片的坐標(biāo)系建立，在葉片選取6 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行迭代，迭代次數(shù)3 次，迭代精度0.02mm。根據(jù)第一個(gè)坐標(biāo)系和矩陣關(guān)系，依次編程進(jìn)行所有矩陣位置的坐標(biāo)系建立。

2.3 自動測量程序測量編制

坐標(biāo)系完成后，使用所編制的自動測量程序?qū)Ρ粶y參數(shù)進(jìn)行自動測量。依次對所有夾具工位的葉片進(jìn)行榫頭輪廓掃描測量，使用開線掃描，設(shè)置掃描起始點(diǎn)，方向點(diǎn)D，終止點(diǎn)2，點(diǎn)密度20 點(diǎn)/mm，掃描速度2mm/s，取得榫頭輪廓。

2.4 測量結(jié)果

（1）測頭半徑補(bǔ)償。在PC-dmis 測量軟件的半徑補(bǔ)償功能里，輸入測針半徑，補(bǔ)償方向、補(bǔ)償位置。

（2）輪廓度最佳擬合。理論元素選擇2.1.2 制作好的變公差帶理論值文件，實(shí)際元素選擇2.3 的實(shí)際掃描曲線，擬合方式選擇“Tol.band”，即公差帶內(nèi)擬合，擬合類型選擇”Translation and rotation”，及允許平移和旋轉(zhuǎn)，放大比例選擇1 倍，點(diǎn)誤差選擇每20 點(diǎn)，評價(jià)方向選擇Nominal，評價(jià)區(qū)域選擇Nominal。

（3）輪廓度顯示繪圖。如圖1 所示，實(shí)際點(diǎn)數(shù)據(jù)將在理論值上、下公差帶內(nèi)“自由平移和旋轉(zhuǎn)”，達(dá)到被上、下公差帶包容，依次計(jì)算每點(diǎn)的輪廓度偏差并繪圖。

圖1 榫頭輪廓檢測結(jié)果示意圖

（4）跨棒距計(jì)算。按照檢測工藝要求生成φ=Amm 的虛擬量棒，使用自定心功能讓虛擬量棒沿著榫根輪廓表面“滑動”，找到虛擬量棒和輪廓的最佳量棒定心位置。分別找到左、右齒面的最佳定心位置、計(jì)算跨棒距A，檢測結(jié)果如圖2 所示。

圖2 跨棒距測量結(jié)果示意圖

3 測量不確定度

3.1 分量計(jì)算

（1）標(biāo)準(zhǔn)儀器引入的測量不確定度分量u1：

表1 跨棒距10 次測量結(jié)果

根據(jù)測量過程中選用儀器的具體情況來確定，根據(jù)測量機(jī)證書可知，測量儀器的校準(zhǔn)精度為（2.0+L/303）μm，服從均勻分布，取

（2）測量重復(fù)性引入的測量不確定度分量u2：

測量產(chǎn)品零件某參數(shù)，滿足重復(fù)性要求測量10 次，10次結(jié)果分別為，其測量結(jié)果的平均值為：

（3）零件線膨脹系數(shù)引入的測量不確定度分量u3：

根據(jù)規(guī)定鋼質(zhì)量塊線膨脹系數(shù)為（11.5±1)×10-6℃?1范圍內(nèi)，服從三角分布，，若被測溫度t x 與標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃偏差為Δt℃，被測尺寸為L mm，則：

3.2 測量結(jié)果合成不確定度

以上各項(xiàng)相互獨(dú)立，互不相關(guān)，合成不確定度為

測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度

取包含概率ρ ＝95%，則k=2

3.3 跨棒距測量不確定度計(jì)算

測量同一葉片榫頭的跨棒距10 次，計(jì)算擴(kuò)展不確定度。

按照3.1 和3.2 節(jié)公式進(jìn)行計(jì)算，跨棒距不確定為U=2.4um,K=2。

根據(jù)榫根跨棒距公差：0.09mm，測量不確定度為公差要求的2%，滿足不確定度≤公差1/4=0.025mm，測量可行。

3.4 測量結(jié)果對比

三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)檢測方法對比，見表2，最大偏差為0.0077，滿足不大于0.09×25%=0.022 的要求，測量可行。

表2 測量數(shù)據(jù)對比

4 技術(shù)亮點(diǎn)

4.1 變公差帶內(nèi)最佳包容擬合

榫頭的輪廓度為變公差帶，使用傳統(tǒng)方法檢測過程中，為人工將投影放大圖去“套”榫根輪廓，存在很大的不確定誤差，使用軟件的公差帶包容擬合功能，可自動將輪廓在公差帶范圍內(nèi)達(dá)到最大包容狀態(tài)，模擬人工狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)榫根輪廓度檢測數(shù)字化。

4.2 虛擬量棒進(jìn)行跨棒距分析技術(shù)

采用測量機(jī)三維模擬測頭進(jìn)行的自定心掃描測量來模擬量棒檢測計(jì)算跨棒距，無論葉片在夾具上的位置處于何種狀態(tài)，只要穩(wěn)固牢靠，即可檢測，避免了使用標(biāo)準(zhǔn)量棒帶來的一系列問題。

4.3 基于矩陣測量的自動化檢測技術(shù)

此前對于葉片的測量方式是采用單片測量，每片都需要人工上下料，輸入零件信息，操縱測量機(jī)進(jìn)行測量，這中間存在人工信息輸入易錯(cuò)、單片人工上下料耗時(shí)等問題?；诰仃嚋y量的自動化檢測葉片的高效批量檢測、采用多工位矩陣夾具定位技術(shù)和批量檢測管理系統(tǒng)，以批量檢測管理系統(tǒng)為載體來對測量機(jī)、夾具的自動化管控，實(shí)現(xiàn)矩陣夾具定位和批量檢測的模塊化，測量效率得到了極大提升。

5 結(jié)語

本文基于三坐標(biāo)測量機(jī)對榫頭幾何尺寸檢測方法進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了榫頭輪廓度和跨棒距的數(shù)字化檢測難題，文中對如何實(shí)現(xiàn)榫頭變公差分析、虛擬量棒檢測和葉片自動化矩陣測量進(jìn)行了詳細(xì)的說明，并與上級計(jì)量部門給出的測量結(jié)果進(jìn)行了對比，誤差完全在許可范圍內(nèi)，驗(yàn)證了該方法的可行性；解決了葉片榫頭數(shù)字化檢測難題，新測量方法的使用，大大提高了檢測效益，縮短了檢測周期，為新機(jī)、批產(chǎn)研制贏得了寶貴時(shí)間。