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摘 要：传统三坐标测量复杂曲面，由于加工偏差的存在，使得测球补偿方向发生错误，形成余弦误差，而风扇整体叶盘双向弱刚性结构特点，给加工、检测带来极大的挑战，必须采用具备三维补偿的测量方法，对风扇叶盘叶型revo滑扫测量时可能出现的问题，提出相应的解决措施。
关键词：风扇整体叶盘叶型测量;revo滑扫技术应用;自适应测量技术
引言
随着第四代战斗机对推重比和可靠性设计的进一步提高，西方航空发达国家在新型航空发动机结构设计中采用整体叶盘结构，而风扇整体叶盘是发动机中最大的转动件，叶片弯扭角度大、通道敞开性差，加工后叶型的位置度、扭转偏差通常比其他类型的整体叶盘更大，给叶型精密检测带来巨大的挑战。相关资料表明，接触式坐标测量法是目前整体叶盘叶型测量的最常见、准确的测量方法[1]。
本文基于五轴联动扫描技术，探讨了风扇整体叶盘叶型测量方法以及常见问题处理手段。
1 测量余弦误差产生的原因
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，软件沿着测点矢量在XY平面内的投影二维方向进行补偿。然而在实际测量过程中，（如图1所示）受零件的制造偏差以及触发测量力的影响，接触测量时红宝石测头与零件的实际接触点通常不是理论编程点，补偿方向发生改变，产生余弦误差，其大小为=r（1/cosα-1），r为测针宝石球半径，a为叶片型面倾斜角。在测球半径不变的条件下，叶展方向角度越大，余弦误差越大，显然这种测量方法无法满足整体叶盘叶型的检测精度要求。
相关材料表明，使用常规三维测头半径补偿方法，测量整体叶盘叶型，可以有效降低余弦误差，提高测量精度，但是该算法复杂，需要配置高精度三维主动测头以及高精度测量机，测量环境要求等级高，而且测量效率远低于常规二维测量，很难广泛应用，若只追求测量精度，该方法是一种有效、精确的测量方法 。
2 风扇整体叶盘叶型测量方法
2.1 测量设备以及测量软件的选择
本文论述的风扇整体叶盘叶型弦切角变化大，叶根至叶尖角度变化量为33°，叶高方向叶型轮廓与积叠轴的夹角α为30°，叶片长度大于250mm，由上述可知，如果选择常规三坐标测量机，测球半径为1.5mm，其余弦误差理论值为0.23mm，远大于叶型设计公差，因此必须选择基于CAD的三维扫描以及补偿方法。
五轴联动滑扫测量技术是利用具备无级分度的REVO测头，根据零件模型生成理论路径，高效测量并获取叶型全型面点云数据，由于采用基于实测点云模型的三维矢量补偿技术，从原理上消除了余弦误差，如图 2 所示，不但提高了测量效率，更提高整体叶盘叶型测量精度。
2.2防扫描颤振技术
普通三坐标测量机扫描叶型时的速度一般小于50mm/s，而REVO测头滑扫的速度一般为300mm/s，最高可达500 mm/s，测头如此高频往复运动，加之风扇整体叶盘叶片薄壁、悬伸结构可能会引起零件与测头之间的共振，导致测量终止，因此必须有效防止共振发生，主要策略有以下两点：
第一点是改变被测零件固有频率，通过在两个叶片之间填充EVA海绵，或是在被测叶片尖部支撑弹簧表，如图3所示，都可以有效改变被测叶盘固有频率，从而抑制颤震发生。
第二点是改变测头的激振频率，使其避过被测叶盘的固有频率，从而避免共振发生。主要是改变测球的测量速度或一次划扫的距离，如图4所示，均可改变其激振频率。测量时应针对风扇整体叶盘叶片结构
特性，制定不同的扫描策略，改变激振频率，如将目标风扇整体叶盘叶型分为12个扫描区域，并设置不同的扫描速度。
2.3叶型自适应测量方案
叶型测量的三维补偿扫描均以CAD模型引导，由于风扇整体叶盘叶片的加工偏差大，使其叶型测量变得更为困难，特別进排气边缘附近，若是累计偏差超过测量机的扫描裕度，测头将偏离实际叶片型面，导致测量终止。
叶型自适应测量方案是在扫描进排气边缘前，预先扫描近排气边缘前端、后端各3点，如图5所示，通过该6点初步定位叶片边缘的实际位置，然后对测量轨迹进行变换（偏移、扭转），生成与实际叶片轮廓变化趋势一致的自适应扫描程序，评价时跟其正确理论模型作拟合，既准确地扫描出叶片实际轮廓，又能跟原始正确模型作迭代拟合分析，实现叶片的自适应测量。
3 结论
随着航空发动机风扇整体叶盘设计要求的提高，叶型结构越来越复杂，制造工艺的多元化发展，给叶型质量的检测带来了巨大挑战，具有三维补偿算法坐标测量机已成为当下风扇整体叶盘叶型测量主要检测手段。随着非接触光学测量的快速发展，采用高精度光学测量机三维光学测量风扇整体叶盘，测量速度将大幅提升，可以给工艺、设计人员更加丰富、直观的测量结果，相信将是整体叶盘叶型测量的未来发展趋势。
参考文献：
[1] 张海艳，张连锋.航空发动机整体叶盘制造技术国内外发展概述.航空制造技术，2013，1（23）：38-39
作者简介：
李大力（ 1983—），男，硕士研究生，高工，从事复杂曲面精密加工与检测。
基金项目：国防基础科研计划资助项目（项目编号：JCKY2017205A001）
（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）
关键词：风扇整体叶盘叶型测量;revo滑扫技术应用;自适应测量技术
引言
随着第四代战斗机对推重比和可靠性设计的进一步提高，西方航空发达国家在新型航空发动机结构设计中采用整体叶盘结构，而风扇整体叶盘是发动机中最大的转动件，叶片弯扭角度大、通道敞开性差，加工后叶型的位置度、扭转偏差通常比其他类型的整体叶盘更大，给叶型精密检测带来巨大的挑战。相关资料表明，接触式坐标测量法是目前整体叶盘叶型测量的最常见、准确的测量方法[1]。
本文基于五轴联动扫描技术，探讨了风扇整体叶盘叶型测量方法以及常见问题处理手段。
1 测量余弦误差产生的原因
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，软件沿着测点矢量在XY平面内的投影二维方向进行补偿。然而在实际测量过程中，（如图1所示）受零件的制造偏差以及触发测量力的影响，接触测量时红宝石测头与零件的实际接触点通常不是理论编程点，补偿方向发生改变，产生余弦误差，其大小为=r（1/cosα-1），r为测针宝石球半径，a为叶片型面倾斜角。在测球半径不变的条件下，叶展方向角度越大，余弦误差越大，显然这种测量方法无法满足整体叶盘叶型的检测精度要求。
相关材料表明，使用常规三维测头半径补偿方法，测量整体叶盘叶型，可以有效降低余弦误差，提高测量精度，但是该算法复杂，需要配置高精度三维主动测头以及高精度测量机，测量环境要求等级高，而且测量效率远低于常规二维测量，很难广泛应用，若只追求测量精度，该方法是一种有效、精确的测量方法 。
2 风扇整体叶盘叶型测量方法
2.1 测量设备以及测量软件的选择
本文论述的风扇整体叶盘叶型弦切角变化大，叶根至叶尖角度变化量为33°，叶高方向叶型轮廓与积叠轴的夹角α为30°，叶片长度大于250mm，由上述可知，如果选择常规三坐标测量机，测球半径为1.5mm，其余弦误差理论值为0.23mm，远大于叶型设计公差，因此必须选择基于CAD的三维扫描以及补偿方法。
五轴联动滑扫测量技术是利用具备无级分度的REVO测头，根据零件模型生成理论路径，高效测量并获取叶型全型面点云数据，由于采用基于实测点云模型的三维矢量补偿技术，从原理上消除了余弦误差，如图 2 所示，不但提高了测量效率，更提高整体叶盘叶型测量精度。
2.2防扫描颤振技术
普通三坐标测量机扫描叶型时的速度一般小于50mm/s，而REVO测头滑扫的速度一般为300mm/s，最高可达500 mm/s，测头如此高频往复运动，加之风扇整体叶盘叶片薄壁、悬伸结构可能会引起零件与测头之间的共振，导致测量终止，因此必须有效防止共振发生，主要策略有以下两点：
第一点是改变被测零件固有频率，通过在两个叶片之间填充EVA海绵，或是在被测叶片尖部支撑弹簧表，如图3所示，都可以有效改变被测叶盘固有频率，从而抑制颤震发生。
第二点是改变测头的激振频率，使其避过被测叶盘的固有频率，从而避免共振发生。主要是改变测球的测量速度或一次划扫的距离，如图4所示，均可改变其激振频率。测量时应针对风扇整体叶盘叶片结构
特性，制定不同的扫描策略，改变激振频率，如将目标风扇整体叶盘叶型分为12个扫描区域，并设置不同的扫描速度。
2.3叶型自适应测量方案
叶型测量的三维补偿扫描均以CAD模型引导，由于风扇整体叶盘叶片的加工偏差大，使其叶型测量变得更为困难，特別进排气边缘附近，若是累计偏差超过测量机的扫描裕度，测头将偏离实际叶片型面，导致测量终止。
叶型自适应测量方案是在扫描进排气边缘前，预先扫描近排气边缘前端、后端各3点，如图5所示，通过该6点初步定位叶片边缘的实际位置，然后对测量轨迹进行变换（偏移、扭转），生成与实际叶片轮廓变化趋势一致的自适应扫描程序，评价时跟其正确理论模型作拟合，既准确地扫描出叶片实际轮廓，又能跟原始正确模型作迭代拟合分析，实现叶片的自适应测量。
3 结论
随着航空发动机风扇整体叶盘设计要求的提高，叶型结构越来越复杂，制造工艺的多元化发展，给叶型质量的检测带来了巨大挑战，具有三维补偿算法坐标测量机已成为当下风扇整体叶盘叶型测量主要检测手段。随着非接触光学测量的快速发展，采用高精度光学测量机三维光学测量风扇整体叶盘，测量速度将大幅提升，可以给工艺、设计人员更加丰富、直观的测量结果，相信将是整体叶盘叶型测量的未来发展趋势。
参考文献：
[1] 张海艳，张连锋.航空发动机整体叶盘制造技术国内外发展概述.航空制造技术，2013，1（23）：38-39
作者简介：
李大力（ 1983—），男，硕士研究生，高工，从事复杂曲面精密加工与检测。
基金项目：国防基础科研计划资助项目（项目编号：JCKY2017205A001）
（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）