航空發動機是飛機制造中最為關鍵，也是技術最復雜、難度最高的部件之一，而透平葉片則是航空發動機中數量最多的零件。以典型的渦扇發動機為例，整個發動機由1級風扇段、13-14級壓氣機段和8-9級渦輪段組成，葉片總數可達數千片;葉片高度從風扇葉片的接近1000mm到最后級高壓壓氣機葉片的小于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，它們對加工和檢測設備及方法都提出了更為嚴苛的要求。本案例針對航空發動機中的一種典型極小葉片的檢測進行了測試，驗證了某種光學測量設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，屬于航空發動機葉片中最小的種類，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，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生卡頓，且容易發生干涉;如采用小測球則容易產生半徑補償方向錯誤并導致型線紊亂現象。

- 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常可觀的，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，才可準確分析葉型相關參數。

首先，光學測頭對于物體表面狀態一般都有所要求，太過光亮或顏色過深的表面都會對反光造成負面影響。第二，由于葉片幾何形狀的特殊性，對于光學測頭的工作距離要有一定的要求。某些種類的光學測頭雖然可以達到較高的測量精度，但它的工作距離非常近，極易和葉片發生碰撞;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，在這種情況下就需要改變入射光的矢量方向。如果光學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，導致根據理論模型設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。


CORE白光葉片測量系統是一種光學非接觸式點掃描測量設備，在硬件和軟件方面針對葉片測量做了專門的設計和優化。CORE-DS的白光點測頭使用白光作為光源，相比接觸式測量具有更高的分辨率，其光點直徑大小僅為35µm，能夠檢測到被測物體表面最微小的幾何特征與缺陷，特別適合葉片進氣邊與出氣邊的測量。CORE使用白光測頭進行測量，能夠避免接觸式測頭在測量葉片過程中容易出現的測針半徑補償錯誤，從而使得測量結果更加準確。相比其它光學測量設備，CORE-DS的白光測頭對物體表面的適用性很高，完全無需對物體表面做任何處理即可進行測量，可以測量的物體包括高光亮表面、黑色表面甚至是鏡面物體，且可以做到光線與物體表面夾角低至5°。




從測量結果來看，此葉片的最大厚度為0.7mm、最大弦長為11mm、排氣邊半徑僅有0.075mm。測試結果表明，CORE具有測量極小葉片的能力，且相比接觸式測頭與其它光學測頭效果突出。