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文檔簡介
ICSXX.XXX.XX
CCSXXX
團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)
T/CSTMXXXXX-XXXX
航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型坐標(biāo)檢測規(guī)范
Aero-EngineCompressorBladeProfileInspectionStandardforCMM
（征求意見稿）
20XX-XX-XX發(fā)布20XX-XX-XX實施
中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布
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航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型坐標(biāo)檢測規(guī)范
1范圍
本文件規(guī)定了航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型三坐標(biāo)檢測過程及測量要求。
本文件適用于軍用和民用航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型三坐標(biāo)檢測。
2規(guī)范性引用文件
下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，
僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本
文件。
HB5647葉片葉型的標(biāo)注公差與葉身表面粗糙度
HB20126發(fā)動機(jī)葉片坐標(biāo)測量要求
3術(shù)語和定義
HB5647和HB20126界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1
葉型bladeprofile
具有專門氣動外型的葉片剖面。
3.2
葉背convexairfoilsurface
葉身向外凸的表面，沿這一表面氣流的壓力較低。
3.3
葉盆concaveairfoilsurface
葉身向內(nèi)凹的表面，沿這一表面氣流的壓力較高。
3.4
中弧線medialcamberline
葉型內(nèi)切圓圓心的連線，并在前后緣圓心按切線方向延伸到同前、后緣相交的線。
3.5
前緣點leadedgepoint
截面中弧線穿透前緣型線所形成的交點為前緣點。
3.6
后緣點tailedgepoint
截面中弧線穿透尾緣型線所形成的交點為后緣點。
3.7
型線profileline
葉片幾何形狀沿某一垂直于理論積疊軸的截面剖切，形成的邊緣線。
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3.8
弦線chordline
葉型前緣和后緣的公切線。
3.9
弦長chordlength
葉型在弦線上的投影。
3.10
截面位置度sectionposition
截面實測點云與理論截面型線配準(zhǔn)后，各截面積疊點相對理論積疊點距離的2倍。
3.11
弦線角chordangle
葉型弦線與葉型測量基準(zhǔn)X軸的夾角。
3.12
葉型厚度bladeprofilethickness
被葉型限制的垂直于葉型中弧線的線段。
3.13
前/后緣厚度lead/tailedgethickness
在前/后緣指定位置上的葉型厚度。
3.14
最大厚度maximumthickness
葉型厚度的最大值。
3.15
定義截面definedsection
確定葉身輪廓形狀的剖面，它垂直于Z軸。
3.16
檢驗截面inspectionsection
供檢驗用的規(guī)定截面。
3.17
坐標(biāo)測量機(jī)coordinatemeasuringmachine
通過運轉(zhuǎn)探測系統(tǒng)測量工件表面空間坐標(biāo)的測量系統(tǒng)。
3.18
球形針spherestyleprobe
尖端為球狀的測針，測針和測桿采用承插連接或者球面連接的方式粘結(jié)。
3.19
柱形針cylindricalstyleprobe
測桿與尖部半球等直徑且可用于有效測量的測針。
3.20
測頭余弦誤差probecosineerror
對于三坐標(biāo)球形針，當(dāng)觸測方向與被測點法線方向不一致，三坐標(biāo)球形針記錄的球心位置到被測點
的距離減去球頭半徑，所得到的差值即為測頭余弦誤差。
4測量流程
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航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片葉型三坐標(biāo)測量流程如圖1所示。
圖1壓氣葉片葉型三坐標(biāo)檢測流程
4.1測量準(zhǔn)備
4.1.1一般要求
測量前應(yīng)做如下檢查：
a)測量前應(yīng)檢查測量設(shè)備、工裝、工具等標(biāo)識是否齊全，確保處于計量有效期內(nèi)；
b)檢查設(shè)備與控制柜、電腦通訊是否處于正常狀態(tài)，保證正常可用；
c)檢查設(shè)備運行范圍內(nèi)是否有障礙物，確保運行安全；
d)使用無塵布擦拭測針校驗標(biāo)準(zhǔn)球及測頭測針；
e)檢查被測葉片的零件號、批次號或樣品編號是否與測量要求相一致；
f)清潔待檢葉片表面，確保無油污、灰塵及其它污濁痕跡；
g)確保測量人員接受過葉片測量相關(guān)基礎(chǔ)知識的培訓(xùn)并具有上崗操作資質(zhì)。
4.1.2環(huán)境設(shè)置
所處環(huán)境溫度應(yīng)滿足如下要求：
a)溫度要求：20℃±2℃，若不滿足時則應(yīng)開啟測量機(jī)溫度補償功能；
b)溫度時間梯度：≤1℃/h&≤2℃/24h；
c)溫度空間梯度：≤1℃/m。
4.1.3測針校驗
選取校驗方式，應(yīng)根據(jù)機(jī)臺實際情況，利用標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行校驗時應(yīng)注意：
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a)根據(jù)測量產(chǎn)品的要求，以每班或每日為周期進(jìn)行校驗，當(dāng)出現(xiàn)異常情況——測針碰撞或松動時，
則應(yīng)立刻進(jìn)行校驗；
b)測針長時間使用后測針會產(chǎn)生磨損，標(biāo)準(zhǔn)偏差和形狀誤差超出1.5微米即需要更換；
c)保證量具在校驗有效期內(nèi)。
測針觸測標(biāo)準(zhǔn)球時，校驗不同測頭角度下的標(biāo)準(zhǔn)差。基于此項目的測針配置，標(biāo)準(zhǔn)偏差≤1.5μm。
觸測校驗設(shè)置如下:
a)導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)球的標(biāo)定直徑和支撐矢量方向；
b)定義測點數(shù)為15個點以上，具體測量點數(shù)可根據(jù)產(chǎn)品測量要求進(jìn)行增加或者減少，最少點數(shù)
不得少于5個點；
c)測點層數(shù)、起始角和終止角，標(biāo)準(zhǔn)球校驗示例如下圖所示（定義層數(shù)為3層，起始角為0度，
終止角為90度）；
d)柱形針在球形針檢驗基礎(chǔ)上向下偏移一個偏置量，在測桿上觸測標(biāo)準(zhǔn)球赤道；
e)查看對應(yīng)測頭角度下測針的有效直徑和校驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差。
若標(biāo)準(zhǔn)差超過1.5μm應(yīng)檢查：
a)測針連接是否穩(wěn)固；
b)測針尖端是否干凈無附著物；
c)測針尖端是否磨損嚴(yán)重需要更換；
d)標(biāo)準(zhǔn)球是否穩(wěn)固；
e)標(biāo)準(zhǔn)球是否干凈無附著物；
標(biāo)準(zhǔn)球表面是否磨損需要更換。
4.1.4裝夾
針對壓氣機(jī)葉片特點，典型通用夾具如圖2所示，裝夾要求如下：
a)壓氣機(jī)葉片榫頭平面分別貼緊活動鉗口和固定鉗口側(cè)面；
b)榫頭下表面與鉗口上表面貼緊如圖3所示；
c)榫頭曲面與限位塊貼緊；
d)允許使用其他夾具，必須限制六個自由度，且需要開展重復(fù)性和一致性測試，測試結(jié)果應(yīng)通過
重復(fù)性和一致性的判定方法為準(zhǔn)。
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圖2典型夾具實物圖
圖3葉片夾具與裝夾示意圖
4.2測量過程
4.2.1坐標(biāo)系的采點和擬合
對于有榫根的壓氣機(jī)葉片，采用榫頭處取點迭代的方式建立坐標(biāo)系，主要參數(shù)為取點數(shù)和取點分布，
取點分布對測量結(jié)果穩(wěn)定性的影響大于取點數(shù)目的影響。
4.2.1.1取點數(shù)目規(guī)則
坐標(biāo)系創(chuàng)建時的測量取點數(shù)目規(guī)則應(yīng)滿足如下要求：
a）根據(jù)實際葉片大小和結(jié)構(gòu)，在榫根A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)平面上沿長邊和短邊向內(nèi)縮進(jìn)一段距離，并根
據(jù)圖紙精度要求確定擬合坐標(biāo)系的取點密度，但應(yīng)保證長邊和短邊均布取點數(shù)不低于2個；
b）C基準(zhǔn)取點點位應(yīng)為A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)擬合中心點的中分點，如圖4所示；
c）對于A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)平面，應(yīng)在保證效率的前提下盡量多取點。
圖4C基準(zhǔn)取點示意圖
4.2.1.2取點分布規(guī)則
沿基準(zhǔn)面最大范圍均勻分布。圖5和圖6為某型號壓氣機(jī)葉片榫頭取點示例。
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圖5榫頭側(cè)面安裝邊上取點規(guī)則示意
圖6榫頭C基準(zhǔn)面上取點規(guī)則示意
4.2.1.3擬合坐標(biāo)系的方法
采用迭代擬合創(chuàng)建測量坐標(biāo)系時，應(yīng)考慮如下原則：
a）根據(jù)精度要求設(shè)置合適的擬合坐標(biāo)系偏差閾值，建議閾值不超過0.01mm；
（注：若坐標(biāo)系擬合迭代結(jié)果不滿足偏差閾值要求時，測量重復(fù)性滿足要求時，可放寬閾值）
b）推薦使用3D擬合方式建立坐標(biāo)系；
c）利用矢量最小二乘法作為最佳擬合方法；
d）對于PC-DMIS測量系統(tǒng)，推薦的測量坐標(biāo)系創(chuàng)建設(shè)置如圖7所示。
圖7PC-DMIS測量坐標(biāo)系創(chuàng)建推薦設(shè)置
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4.2.2掃描葉型輪廓
4.2.2.1測量程序
按照測量要求，在相應(yīng)截面高度上編寫相應(yīng)三坐標(biāo)測量程序。
4.2.2.2掃描路徑
掃描路徑的規(guī)劃應(yīng)基于零件坐標(biāo)系，按照葉片葉型檢測技術(shù)文件要求設(shè)置掃描路徑，具體應(yīng)滿足如
下要求：
a）具體的掃描路徑可以通過理論模型上進(jìn)行截取獲得；
b）也可直接使用已有葉型理論坐標(biāo)文件，生成具體的掃描路徑。
4.2.2.3分段掃描方式
多端掃描分段原則：應(yīng)根據(jù)圖紙要求、葉型結(jié)構(gòu)和尺寸、測量機(jī)測量模式、測座旋轉(zhuǎn)量程、掃描算
法等因素對掃描輪廓分段，以能通過重復(fù)性和一致性判定方法為準(zhǔn)。
推薦的分段掃描方式如圖8所示，具體要求如下：
a）采用兩段式掃描時，測針尖端位置越過掃描起始位置，使得測針與葉片接觸點位于測桿上，掃
描至葉片另一端，測針尖端位置越過掃描終止位置，接觸點位于測桿上；
b）采用四段式掃描，不進(jìn)行過掃描。
圖8過掃描兩段式掃描和四段式掃描示意圖
4.2.2.4測針類型
測針類型可選取球形針或柱形針。
4.2.2.5測針直徑
采用球形測針接觸式測量時，測針直徑的選取應(yīng)考慮如下原則：
a）測量前緣后緣輪廓度、弦長和弦角時應(yīng)考慮測針直徑帶來的影響；
b）葉型大曲率區(qū)域測量時應(yīng)考慮測針直徑的影響；
c）測針直徑取值區(qū)間為Φ1mm~Φ2mm。
4.2.2.6掃描速度
采用接觸式掃描測量時，掃描速度的設(shè)置應(yīng)考慮如下原則：
a）葉盆葉背掃描速度設(shè)置為1mm/s~8mm/s；
b）前緣后緣掃描速度設(shè)置為1mm/s~2mm/s；
c）在允許的掃描速度范圍內(nèi)，為獲取準(zhǔn)確的測量結(jié)果，應(yīng)選取較小的速度。
4.2.2.7點密度
測量系統(tǒng)的采點密度應(yīng)考慮如下原則：
a）點密度變化直接影響葉型輪廓度、葉型位置度和扭轉(zhuǎn)的測量值；
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b）在高曲率葉片中，葉盆葉背和前緣后緣測點數(shù)比值直接影響葉型位置度和扭轉(zhuǎn)的測量值；
c）前緣后緣點密度設(shè)置為20pts/mm～35pts/mm，葉盆葉背點密度設(shè)置為不低于2pts/mm較為適宜。
4.2.2.8多探針
多探針測量葉片時，各探針之間的誤差會直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。測量前應(yīng)校驗測針并確認(rèn)多
測針的關(guān)聯(lián)偏差，其中多測針中心點偏差應(yīng)不超過3μm，以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如有特殊要求時，
應(yīng)根據(jù)實際要求設(shè)置不同的誤差允許范圍。
4.2.3其他要求
對于本標(biāo)準(zhǔn)暫未涉及的其他壓氣機(jī)葉片葉型檢測影響因素，其合理的取值應(yīng)滿足如下原則：
a）應(yīng)經(jīng)過重復(fù)性測量試驗驗證，具體要求見附錄A；
b）應(yīng)經(jīng)過一致性測量試驗驗證，具體要求見附錄B；
c）相關(guān)試驗驗證結(jié)果、總結(jié)分析報告應(yīng)提交葉片設(shè)計方審批。
4.3結(jié)果分析
4.3.1軟件算法
利用葉片分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理主要涉及數(shù)據(jù)去噪、平滑、測頭半徑補償?shù)炔僮?，其目的是為了?/p>
低數(shù)據(jù)的測量誤差、提高后續(xù)評價參數(shù)計算的準(zhǔn)確性。而葉片檢測行業(yè)無相關(guān)算法標(biāo)準(zhǔn)可以依據(jù)，因此
各品牌葉片軟件后處理算法封閉，算法不盡相同。為保持葉片評價分析結(jié)果的一致性，具體葉片葉型參
數(shù)評價分析軟件算法的設(shè)置應(yīng)與葉片設(shè)計要求相一致。
4.3.2數(shù)據(jù)處理
測量前應(yīng)準(zhǔn)備以下文件：
a）算法文件：按照圖紙要求使用葉片分析系統(tǒng)創(chuàng)建算法文件；
b）公差文件：按照圖紙要求使用葉片分析系統(tǒng)創(chuàng)建公差文件；
c）理論文件：按照數(shù)?；蛘邎D紙創(chuàng)建理論值文件。
測量后應(yīng)如下處理：
a）蔡司程序測量完成導(dǎo)出測量程序中補償前的點位數(shù)據(jù)，生成通用格式數(shù)據(jù)文件；
b）溫澤程序測量完成后，導(dǎo)出測量程序補償后的點位數(shù)據(jù)，生成通用格式數(shù)據(jù)文件；
c）?？怂箍党绦颍瑴y量完成后，生成通用格式數(shù)據(jù)文件；
d）測量完成后使用葉片分析系統(tǒng)打開通用格式數(shù)據(jù)文件，輸出評價分析結(jié)果。
4.4測量報告
葉型測量完成后，應(yīng)出具測量報告，測量報告包括但不限于以下內(nèi)容：
a）葉型測量數(shù)據(jù)；
b）各檢測截面的型線/面輪廓度對比圖。
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附錄A
（規(guī)范性）
重復(fù)性判定準(zhǔn)則
A.1重復(fù)性測量要求
依據(jù)測量系統(tǒng)分析手冊的規(guī)定，重復(fù)性為：當(dāng)測量條件已被確定和定義，以確定的零件、儀器、標(biāo)
準(zhǔn)、方法、操作者、環(huán)境和假設(shè)之下，系統(tǒng)內(nèi)部的變差。除了設(shè)備內(nèi)部的變差之外，重復(fù)性還包括在誤
差模型中的任何條件下的內(nèi)部變差。
利用同一位操作員對同一批葉片進(jìn)行多次重復(fù)測量，評價測量設(shè)備差異，按公式A.l和A.2計算：
…………………（A.1）
??
%??=???????
…………………（A.2）
?
?
??=6??=6?2
式中：
USL——規(guī)格上限；
LSL——規(guī)格下限；
——重復(fù)測量同一個特征的極差的平均值，極差即同一個因素多次重復(fù)測量中最大值與最小值
之差；
?——計算重復(fù)測量標(biāo)準(zhǔn)差的系數(shù)。
?
?2
A.2判定準(zhǔn)則
測量系統(tǒng)測試特征時結(jié)果判定原則如下：
a）特征重復(fù)度指標(biāo)%EV小于等于10%時，稱為該評價的重復(fù)性良好；
b）特征重復(fù)度指標(biāo)%EV大于10%且小于等于30%時，稱為該評價的重復(fù)性合格；
c）特征重復(fù)度指標(biāo)%EV大于30%時，稱為該評價的重復(fù)性不良；
d）當(dāng)某葉片的全部測量重復(fù)性指數(shù)均為良好，稱為該葉片測量系統(tǒng)工作良好；當(dāng)部分或者全部測
量重復(fù)性指標(biāo)為合格時，稱為該葉片測量系統(tǒng)工作合格；當(dāng)出現(xiàn)重復(fù)性不良的重復(fù)性指標(biāo)時，
稱為該葉片測量系統(tǒng)工作不良。
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附錄B
（規(guī)范性）
測量結(jié)果一致性評判
B.1測量結(jié)果一致性評判規(guī)則
一致性則是將葉片檢測工藝規(guī)范在不同單位間開展測試比對，以驗證檢測工藝規(guī)范在各單位間的適
用性。設(shè)有n家測試比對單位，則一致性指標(biāo)按公式A.3計算。
?
?…………………（A.3）
???????
??=????
式中：
——第j個單位在第i參數(shù)上的測量結(jié)果；
???——第i參數(shù)的參考值，；
1?
?k?—?—包含因子，一般情況k=?2??；=?