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[摘 要]随着发动机制造技术的发展，对叶片制造水平要求越来越高。传统的叶片专用工装测量方法已经无法满足高精度的尺寸测量，在叶片加工过程中三坐标测量做为一种比较先进的测量手段在国外已经得到广发的工程化应用。本文对压气机静子叶片三坐标测量技术进行了论述。
[关键词]三坐标测量；坐标系；精度；迭代法
中图分类号：V260.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0259-01
1.绪论
众所周知叶片是影响发动机气动性能的关键部件，随着对发动机性能要求越来越来越高，叶片尺寸精度要求也随之提高，传统的测量越来越难保证测量要求。为满足叶片尺寸精度要求，叶片在研制过程中大量采用了三坐标测量技术。
压气机叶片可分为静子叶片和转子叶片两大类，静子叶片又可分为轴颈类静子叶片和安装板类静子叶片，本文只讨论轴颈类静子叶片三坐标测量技术。
2.轴颈类静子叶片检测技术
该叶片三坐标检测技术包括基于CAD模型引导的非型面特征部位检测技术和Blade型面检测技术，前者用于测量叶片的部位有大小轴颈全跳动之和、安装板内侧面尺寸、叶肩尺寸、轴颈面小扁角度等，后者用于叶片型面测量，两者的核心都是高精度坐标系的建立方法。
2.1 高精度坐标系建立方法
坐标系的建立精度决定着叶片测量的真实性及准确性，依据叶片设计基准及在发动机中的装配状态或工作状态，应用其对应的工作面、线、点建立坐标系，逐级迭进以获得高精度的坐标系。坐标系建立方法据多种多样，下面提供一种轴颈基准坐标系的建立方法。
2.1.1 手动建立粗坐标系
手动采集轴颈A、B端各三点构圆，角向工艺台两点定角向，轴向端面1点，建立粗坐标系。
2.1.2 自动模式建立公共轴线
测量圆柱A，采集两层共10点构建圆柱，质心为1
圆柱A找正投影面，定义为Z正
在此坐标系下采集两个截面圆2、3，各5点构圆
测量圆柱B，两层圆柱，质心为4
找正圆柱B，同A
圆柱B坐标系下采集截面圆5、6
将元素1、2、3、4、5、6最佳拟合3D直线，构造中轴线
2.1.3 自动建立精密坐标系
将中轴线定义为Z轴，角向工艺台采集2点定为X轴，X、Y、Z平移至中轴线，安装端面取1点定为Z0，建立精密坐标系。
公共轴线坐标系的核心在于公共轴线的建立方法。理论上来讲，采集的元素越多越接近真实状态，元素量变大后会使得检测效率降低，6元素公共轴线法考虑了精度的同时，又注重了效率。公共轴线不仅在坐标系建立中有很大的作用，还可作为同轴度、全跳动的基准，在检测技术中有非常大的应用。
2.2 基于CAD模型引导的非型面特征部位检测技术
非型面特征部位指安装板内侧面尺寸、叶肩尺寸等，这些部位通常也为自由曲面或空间角度面，应用三坐标测量技术可有效地测量需专用测具检测的尺寸，CAD数模的应用实现了三维检测，直接生成三维或二维视图报告，使测量变的直观、方便、快捷。
将经过UG处理的数模导入PC-DMIS，采集零件上的特征元素建立坐标系，并使数模坐标系与零件坐标系匹配，在数模上选择点、线、面引导零件实体测量，赋予数模特征元素公差，在模型上完成尺寸及位置评价。
2.2.1 模型处理
根据零件在测量机台面的装夹方位，调节坐标系方向及位置，使两者坐标轴方向基本相同，将模型导出IGES格式。
2.2.2 PC-DMIS软件设置
PC-DMIS软件---F5---选择查找理论值、在扫描过程中查找理论值和在扫描过程中使用理论值覆盖---导入---IGES
2.2.3 数模匹配坐标系
零件特征元素---插入---坐标系---新建坐标系---模型匹配坐标系（CAD=PART）---确定
2.2.4 模型引导测量
插入---扫描---开线---选择测量元素所在面---模型上选择1、D、2---根据测量线更改切面矢量---终止条件设为球体、半径为测尖半径---路径---生成---确定---执行扫描
2.2.5 三维尺寸评价
以线轮廓度的形式表示测量数值，模型上生成扫描线为理论值，按要求给定公差，评价实际扫描线的轮廓度。
插入---尺寸---线轮廓度---选择要评价的线---轮廓及位置---倍率設为1---确定
实测值与理论值的偏差会在模型上已箭头的形式表示出来，红色表示超上差，黄色表示超下差，绿色表示中差，过渡色表示尺寸处于超差边缘，非常直观的表现零件的实际状态与理论状态的差别。
2.3 叶身迭代法建立坐标系检测小扁与叶型之间角度
应用迭代法，在模型上从叶身、安装板周边及流道表面共取6个点，对其进行0.01mm精度、5mm搜索半径的迭代，建立测量坐标系对叶片轴颈面小扁进行测量。此测量方法以叶身建立坐标系，反推叶型与轴颈扁之间的角度，很好地解决了以轴颈扁为检测型面的角向基准，误差将放大的问题。
2.3.1 叶身6点迭代
从模型叶身、进排气边及流道表面共取6个点，叶身型面3点找正、前缘2个高点确定第二方向、缘板1点定原点。建立0.01mm精度、5mm搜索半径的迭代坐标系。
2.3.2 执行点迭代
执行程序，对应着在零件上采集与6点相近的点，运行到坐标系命令后会反复采集，一直迭代至与理论点误差在0.01mm范围内。
2.3.3 对偏差进行评判
若零件加工的状态与模型理论差距比较大时，程序会提示超差，通过评价每个点的位置度来观察其X、Y、Z方向的偏离程度，视其对坐标系的影响程度来决定是否使用。
6点分布在缘板、进气边缘及叶型上，点数比重保证叶身为最大，缘板表面选取1点，进气边缘取2点校正姿态，完全限制6个自由度。此方法仅以加工后叶片本身为基准，解决了叶片作为自由曲面而难以测量的难题，可称谓一种通用的坐标系建立方法。代测量。
2.3.2 迭代法的参数设置（图1）
坐标系建立完成后，直接采保证采集轴颈面小扁平面上的点，构成平面，评价小平面与坐标系基准YZ平面之间的角度即可。
3 BLADE型面检测技术
叶片型面三坐标检测需要PC-DMIS、BLADE和BLADERUNNER三个软件配合才能完成，BLADERUNNER软件作为核心，调用PC-DMIS软件执行测量程序，调用BLADE软件对采集的数据进行评价。
完成一叶型测量必须准备坐标系文件、四个BLADE文件和通用测量程序。坐标系文件是坐标系建立程序执行完成后保存得一个*aln文件，在通用测量程序中通过调用外部坐标系来加载；四个BLADE文件分别为理论文件、算法文件、公差文件和操作者文件，都是在BLADE软件中创建，PC-DMIS软件会调用其中文件内容完成循环测量；通用测量程序是一循环测量程序，会根据*nom文件中各截面数量及参数来完成测量。
4 结论
三坐标测量具有测量准确、精度高等特点，适合用于研制阶段的叶片测量。相比于传统测量方法三坐标测量虽然具有以上优点，但在目前的使用过程中也存在着评价方法与国标有细微差异、进排气边缘R测量困难等问题，这些问题希望能在以后的工作中不断探索解决。
[关键词]三坐标测量；坐标系；精度；迭代法
中图分类号：V260.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0259-01
1.绪论
众所周知叶片是影响发动机气动性能的关键部件，随着对发动机性能要求越来越来越高，叶片尺寸精度要求也随之提高，传统的测量越来越难保证测量要求。为满足叶片尺寸精度要求，叶片在研制过程中大量采用了三坐标测量技术。
压气机叶片可分为静子叶片和转子叶片两大类，静子叶片又可分为轴颈类静子叶片和安装板类静子叶片，本文只讨论轴颈类静子叶片三坐标测量技术。
2.轴颈类静子叶片检测技术
该叶片三坐标检测技术包括基于CAD模型引导的非型面特征部位检测技术和Blade型面检测技术，前者用于测量叶片的部位有大小轴颈全跳动之和、安装板内侧面尺寸、叶肩尺寸、轴颈面小扁角度等，后者用于叶片型面测量，两者的核心都是高精度坐标系的建立方法。
2.1 高精度坐标系建立方法
坐标系的建立精度决定着叶片测量的真实性及准确性，依据叶片设计基准及在发动机中的装配状态或工作状态，应用其对应的工作面、线、点建立坐标系，逐级迭进以获得高精度的坐标系。坐标系建立方法据多种多样，下面提供一种轴颈基准坐标系的建立方法。
2.1.1 手动建立粗坐标系
手动采集轴颈A、B端各三点构圆，角向工艺台两点定角向，轴向端面1点，建立粗坐标系。
2.1.2 自动模式建立公共轴线
测量圆柱A，采集两层共10点构建圆柱，质心为1
圆柱A找正投影面，定义为Z正
在此坐标系下采集两个截面圆2、3，各5点构圆
测量圆柱B，两层圆柱，质心为4
找正圆柱B，同A
圆柱B坐标系下采集截面圆5、6
将元素1、2、3、4、5、6最佳拟合3D直线，构造中轴线
2.1.3 自动建立精密坐标系
将中轴线定义为Z轴，角向工艺台采集2点定为X轴，X、Y、Z平移至中轴线，安装端面取1点定为Z0，建立精密坐标系。
公共轴线坐标系的核心在于公共轴线的建立方法。理论上来讲，采集的元素越多越接近真实状态，元素量变大后会使得检测效率降低，6元素公共轴线法考虑了精度的同时，又注重了效率。公共轴线不仅在坐标系建立中有很大的作用，还可作为同轴度、全跳动的基准，在检测技术中有非常大的应用。
2.2 基于CAD模型引导的非型面特征部位检测技术
非型面特征部位指安装板内侧面尺寸、叶肩尺寸等，这些部位通常也为自由曲面或空间角度面，应用三坐标测量技术可有效地测量需专用测具检测的尺寸，CAD数模的应用实现了三维检测，直接生成三维或二维视图报告，使测量变的直观、方便、快捷。
将经过UG处理的数模导入PC-DMIS，采集零件上的特征元素建立坐标系，并使数模坐标系与零件坐标系匹配，在数模上选择点、线、面引导零件实体测量，赋予数模特征元素公差，在模型上完成尺寸及位置评价。
2.2.1 模型处理
根据零件在测量机台面的装夹方位，调节坐标系方向及位置，使两者坐标轴方向基本相同，将模型导出IGES格式。
2.2.2 PC-DMIS软件设置
PC-DMIS软件---F5---选择查找理论值、在扫描过程中查找理论值和在扫描过程中使用理论值覆盖---导入---IGES
2.2.3 数模匹配坐标系
零件特征元素---插入---坐标系---新建坐标系---模型匹配坐标系（CAD=PART）---确定
2.2.4 模型引导测量
插入---扫描---开线---选择测量元素所在面---模型上选择1、D、2---根据测量线更改切面矢量---终止条件设为球体、半径为测尖半径---路径---生成---确定---执行扫描
2.2.5 三维尺寸评价
以线轮廓度的形式表示测量数值，模型上生成扫描线为理论值，按要求给定公差，评价实际扫描线的轮廓度。
插入---尺寸---线轮廓度---选择要评价的线---轮廓及位置---倍率設为1---确定
实测值与理论值的偏差会在模型上已箭头的形式表示出来，红色表示超上差，黄色表示超下差，绿色表示中差，过渡色表示尺寸处于超差边缘，非常直观的表现零件的实际状态与理论状态的差别。
2.3 叶身迭代法建立坐标系检测小扁与叶型之间角度
应用迭代法，在模型上从叶身、安装板周边及流道表面共取6个点，对其进行0.01mm精度、5mm搜索半径的迭代，建立测量坐标系对叶片轴颈面小扁进行测量。此测量方法以叶身建立坐标系，反推叶型与轴颈扁之间的角度，很好地解决了以轴颈扁为检测型面的角向基准，误差将放大的问题。
2.3.1 叶身6点迭代
从模型叶身、进排气边及流道表面共取6个点，叶身型面3点找正、前缘2个高点确定第二方向、缘板1点定原点。建立0.01mm精度、5mm搜索半径的迭代坐标系。
2.3.2 执行点迭代
执行程序，对应着在零件上采集与6点相近的点，运行到坐标系命令后会反复采集，一直迭代至与理论点误差在0.01mm范围内。
2.3.3 对偏差进行评判
若零件加工的状态与模型理论差距比较大时，程序会提示超差，通过评价每个点的位置度来观察其X、Y、Z方向的偏离程度，视其对坐标系的影响程度来决定是否使用。
6点分布在缘板、进气边缘及叶型上，点数比重保证叶身为最大，缘板表面选取1点，进气边缘取2点校正姿态，完全限制6个自由度。此方法仅以加工后叶片本身为基准，解决了叶片作为自由曲面而难以测量的难题，可称谓一种通用的坐标系建立方法。代测量。
2.3.2 迭代法的参数设置（图1）
坐标系建立完成后，直接采保证采集轴颈面小扁平面上的点，构成平面，评价小平面与坐标系基准YZ平面之间的角度即可。
3 BLADE型面检测技术
叶片型面三坐标检测需要PC-DMIS、BLADE和BLADERUNNER三个软件配合才能完成，BLADERUNNER软件作为核心，调用PC-DMIS软件执行测量程序，调用BLADE软件对采集的数据进行评价。
完成一叶型测量必须准备坐标系文件、四个BLADE文件和通用测量程序。坐标系文件是坐标系建立程序执行完成后保存得一个*aln文件，在通用测量程序中通过调用外部坐标系来加载；四个BLADE文件分别为理论文件、算法文件、公差文件和操作者文件，都是在BLADE软件中创建，PC-DMIS软件会调用其中文件内容完成循环测量；通用测量程序是一循环测量程序，会根据*nom文件中各截面数量及参数来完成测量。
4 结论
三坐标测量具有测量准确、精度高等特点，适合用于研制阶段的叶片测量。相比于传统测量方法三坐标测量虽然具有以上优点，但在目前的使用过程中也存在着评价方法与国标有细微差异、进排气边缘R测量困难等问题，这些问题希望能在以后的工作中不断探索解决。