3D掃描測量航空葉片、葉輪、陶瓷型芯

導讀：航空發(fā)動機是飛行器的核心部件，決定發(fā)動機關(guān)鍵性能的渦輪葉片成為研究的重中之重。由于葉片的質(zhì)量直接決定飛機發(fā)動機的性能和質(zhì)量，葉片作為發(fā)動機的重要部件之一，在航空發(fā)動機制造中所占比重約為30%。葉片形狀復雜，受力惡劣，承載大，發(fā)動機的性能在很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計制造水平。

如何控制葉片的加工誤差，保證良好的型面精度，成為檢測工作關(guān)注的重點。但是，葉片零件的復雜結(jié)構(gòu)，嚴重影響了葉片的加工精度和表面質(zhì)量。而如何快速高效的檢測這些加工葉片的形狀，使得三維光學掃描測量成為了具有高精度和高效率并存的優(yōu)質(zhì)工具。

葉片

葉輪

陶瓷型芯

飛機發(fā)動機葉片類檢測
結(jié)合三維掃描檢驗技術(shù)和功能強大的檢測軟件可以簡便快速準確可靠地獲取被測物體表面完整的3D數(shù)據(jù)及與物體的數(shù)據(jù)模型進行各種對比計算。可以快速簡單精確地檢測到整體及局部變形，變形的位置及變形量。變形可能來自老化，或其它原因產(chǎn)生。從測量到給出完整的檢測分析數(shù)據(jù)僅用幾分鐘時間，可以方便指導下一步的生產(chǎn)，保證按CAD圖的要求生產(chǎn)出精密合格的部件。

3D掃描測量的主要應(yīng)用和優(yōu)點：

• 整個表面全部檢測，這種檢測關(guān)注整體，而非特定區(qū)域及其細節(jié)，使得檢驗結(jié)論更完整可靠。
• 識別偏差，對其進行定位和定量分析。
• 對已入庫合格件進行再次3D幾何尺寸檢查（如首件檢驗合格及生產(chǎn)過程中抽檢合格后入庫）。
• 對由于材料物理性能等產(chǎn)生的質(zhì)量問題，由于材料老化，生銹和過度使用等質(zhì)量問題產(chǎn)生的偏差進行記錄后給出是否 合格的結(jié)論。
• 通過對首件檢驗及改進生產(chǎn)，大幅度減少了生產(chǎn)過程中質(zhì)量檢驗時間
• 通過快速準確可靠的檢驗使得人們及早發(fā)現(xiàn)并排除問題，大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率
  

用戶
GE Aviation 是軍用飛機，商用飛機，噴氣飛機，艦載飛機，電站發(fā)動機和各種風機用等所有發(fā)動機生產(chǎn)商的領(lǐng)航者。

測量目標

• 波音747飛機推進裝置葉片
• 材料: 鈦
• 尺寸: 175x43x32mm
  

測量原理
拓撲幾何:利用基于灰度編碼和相位移技術(shù)的微結(jié)構(gòu)光投影技術(shù)，三角測距和2D圖像處理中的邊緣檢測技術(shù)。

測量系統(tǒng)
博爾科曼 stereoSCAN-turntiltUNIT

技術(shù)數(shù)據(jù)

測量范圍	175mm
精度	±10μm
數(shù)字相機	2*8兆相機
光源	LED高流明燈
工作距離	880mm
傳感器重量	6kg
測量時間	＜1sec/scan
執(zhí)行標準	VDI/VDE Guideline 2634
轉(zhuǎn)臺/擺動單元	承載能力：15kg
轉(zhuǎn)角范圍	360°
俯仰擺動角度	60°

工作過程
整個檢測對比過程分為兩個主要步驟。利用博爾科曼的3D掃描數(shù)字化系統(tǒng) stereoSCAN和帶擺頭功能的轉(zhuǎn)臺turntilt UNIT轉(zhuǎn)臺，通過掃描軟件自動完成掃描產(chǎn)生葉片的3D數(shù)據(jù)。通過功能強大的專業(yè)3D檢測軟件自動完成測量數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)的對比，給出是否合格的結(jié)論。

1. 掃描和數(shù)據(jù)處理
把葉片固定在轉(zhuǎn)臺 turntiltUNIT上，然后利用博爾科曼公司的 stereoSCAN 系統(tǒng)自動完成掃描測量和數(shù)據(jù)儲存工作。利用博爾科曼公司的掃描軟件完成葉片幾何尺寸的測量和數(shù)字可視化工作。然后把3D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成與對比軟件所接收的數(shù)據(jù)格式相匹配的STL格式。

2. 質(zhì)量辨識
調(diào)入CAD 模型數(shù)據(jù)。
確定檢測部位和檢測內(nèi)容：邊緣切線和葉片厚度。
確定要調(diào)入的檢查數(shù)據(jù)：邊緣，扭曲角度和葉片根部位置。
調(diào)入所得到的測量數(shù)據(jù)。
自動辨識對比過程，包括生成測量報告和存檔。
以2D和3D彩色偏差圖進行圖示，以表格形式給出理論值，測量值和偏差值等。

結(jié)論
使用博爾科曼公司最先進的3D掃描數(shù)字化系統(tǒng)stereoSCAN和轉(zhuǎn)臺turntiltUNIT和強大的匹配檢測軟件可以對物體表面進行全自動質(zhì)量檢測。代替了傳統(tǒng)可靠但費時地檢測方式。盡管全面檢驗增加了儲存數(shù)據(jù)，但大幅縮短檢驗時間，
檢驗結(jié)果更加完整準確可靠。檢驗結(jié)果反過來用于指導生產(chǎn)過程，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。


應(yīng)用：質(zhì)量控制
Volvo航空的檢測應(yīng)用：大型葉輪量測
把掃描測量數(shù)據(jù)與CAD模型數(shù)據(jù)對比（NaviSCAN） ；
快速而高效的進行測量，得出點云數(shù)據(jù)后與數(shù)模進行比較，得出色彩圖，解決客戶實際問題。

渦輪增壓器研發(fā)-檢測
三維掃描儀， 因其快速，高效，精確， 便攜等特點， 在渦輪增壓器的研發(fā)和檢測領(lǐng)域越來越受歡迎

發(fā)動機零部件MAN公司

葉輪研發(fā)檢測—Company Zollern

檢測
新加坡的Turmarine 是世界上專業(yè)維修輪船渦輪增壓系統(tǒng)的公司，使用 stereoSCAN-HE對輪船的渦輪進行檢修，大大提高了他們的工作效率。

大型葉輪底面直徑950mm，重半噸

葉輪直徑230mm

傳統(tǒng)方法: 實用化三坐標接觸式測量
靠與樣件對比的方法來檢驗會產(chǎn)生大量的廢品及依賴檢測人員；通常以表格形式給出檢測結(jié)果；

現(xiàn)在方案：采用StereoSCAN進行掃描，實現(xiàn)整個表面數(shù)字化
運用專業(yè)的定位方法比靠對應(yīng)點擬合方法要好，檢測結(jié)果更精確，更全面；與CAD模型的比較結(jié)果用誤差彩色編碼圖示更直觀，更快捷醒目； 快速的得出葉片所需的airfoil尺寸。
空心葉片型芯掃描檢測：陶瓷3D打印葉片型芯，同樣也需要3D測量。對于型芯的測量，相比傳統(tǒng)的三坐標，光學三維掃描儀具有明顯的優(yōu)勢。

Lithoz陶瓷打印型芯與CAD對比結(jié)果

博瑞科三維在航空發(fā)動機葉片的檢驗檢測以及陶瓷型芯的檢測方面具有十幾年的經(jīng)驗，有能力根據(jù)實際需求做二次開發(fā)，竭誠服務(wù)中國航發(fā)。