3D掃描測量航空葉片、葉輪、陶瓷型芯

導(dǎo)讀：航空發(fā)動機(jī)是飛行器的核心部件，決定發(fā)動機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)的性能和質(zhì)量，葉片作為發(fā)動機(jī)的重要部件之一，在航空發(fā)動機(jī)制造中所占比重約為30%。葉片形狀復(fù)雜，受力惡劣，承載大，發(fā)動機(jī)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(diǎn)。但是，葉片零件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，嚴(yán)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(xué)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(jī)發(fā)動機(jī)葉片類檢測
結(jié)合三維掃描檢驗(yàn)技術(shù)和功能強(qiáng)大的檢測軟件可以簡便快速準(zhǔn)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(jìn)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(dǎo)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(diǎn)：

• 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(xì)節(jié)，使得檢驗(yàn)結(jié)論更完整可靠。
• 識別偏差，對其進(jìn)行定位和定量分析。
• 對已入庫合格件進(jìn)行再次3D幾何尺寸檢查（如首件檢驗(yàn)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(jìn)行記錄后給出是否 合格的結(jié)論。
• 通過對首件檢驗(yàn)及改進(jìn)生產(chǎn)，大幅度減少了生產(chǎn)過程中質(zhì)量檢驗(yàn)時間
• 通過快速準(zhǔn)確可靠的檢驗(yàn)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(jī)，商用飛機(jī)，噴氣飛機(jī)，艦載飛機(jī)，電站發(fā)動機(jī)和各種風(fēng)機(jī)用等所有發(fā)動機(jī)生產(chǎn)商的領(lǐng)航者。

測量目標(biāo)

• 波音747飛機(jī)推進(jìn)裝置葉片
• 材料: 鈦
• 尺寸: 175x43x32mm
  

測量原理
拓?fù)鋷缀?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(jī)	2*8兆相機(jī)
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(biāo)準(zhǔn)	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(qiáng)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(jìn)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(jìn)的3D掃描數(shù)字化系統(tǒng)stereoSCAN和轉(zhuǎn)臺turntiltUNIT和強(qiáng)大的匹配檢測軟件可以對物體表面進(jìn)行全自動質(zhì)量檢測。代替了傳統(tǒng)可靠但費(fèi)時地檢測方式。盡管全面檢驗(yàn)增加了儲存數(shù)據(jù)，但大幅縮短檢驗(yàn)時間，
檢驗(yàn)結(jié)果更加完整準(zhǔn)確可靠。檢驗(yàn)結(jié)果反過來用于指導(dǎo)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(jìn)行測量，得出點(diǎn)云數(shù)據(jù)后與數(shù)模進(jìn)行比較，得出色彩圖，解決客戶實(shí)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(diǎn)， 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(jī)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(jìn)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(shí)用化三坐標(biāo)接觸式測量
靠與樣件對比的方法來檢驗(yàn)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(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)整個表面數(shù)字化
運(yùn)用專業(yè)的定位方法比靠對應(yīng)點(diǎn)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(biāo)，光學(xué)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(jī)葉片的檢驗(yàn)檢測以及陶瓷型芯的檢測方面具有十幾年的經(jīng)驗(yàn)，有能力根據(jù)實(shí)際需求做二次開發(fā)，竭誠服務(wù)中國航發(fā)。