光学测量技术在航空航天检测领域的应用

光学测量技术属于非接触式测量技术，测量速度快，盲区少，能够直观反映出零件的三维形状，以及与标准数据的偏差大小。

1.技术概况

航空航天领域检测零件外形以往多使用接触法，如三坐标测量机、特殊的量具等，使用贴靠的方法检测零件的曲面形状。这种方法效率不高，受人为因素影响较大，容易出错，存在一定的缺陷。

光学测量技术属于非接触式测量技术，测量速度快，盲区少，能够直观反映出零件的三维形状，以及与标准数据的偏差大小。其在航空航天检测中的应用主要在以下两个方面：（1）复杂零件的面型检测。特别对于毛坯零件加工余量的检测，非常适合；（2）关键尺寸的检测。如孔的位置、直径，各种角度、长度，GD&T等。

2.工作流程

进行光学测量的工作流程如图1所示。

3.应用实例

（1）叶片检测

涡轮叶片独特的曲面形状很难使用传统的检测方法或设备进行质量检测，类似CMM的接触式检测设备无法满足如此复杂的叶片曲面专业的测量需求，如叶片截面的弦长、前缘半径、后缘半径，叶片与叶片之间的喉道、节距等参数。

采用非接触式三维扫描仪与叶片检测软件可以完美解决涡轮、单叶片、多叶片的质量检测难题。检测流程如图2所示。

检测时采用的设备型号为Shining3D-Scanner系列之OpticScan-D双目三维扫描仪，Smart自动转台，所用叶片检测软件为Geomagic Qualify。

使用Shining3D-Scanner快速获取涡轮叶片的三维数据，并将数据导入Qualify软件，坐标对齐后，进行3D偏差分析，然后进入Blade模块进行单叶片或多叶片的参数分析，最后输入检测报告。

①单叶片截面分析

Blade叶片检测模块可获取叶片截面12个参数，包括弦长、最大弦长、前缘位置、轴弦、BA角度、最大厚度、后缘厚度、前缘厚度、后缘半径、前缘半径、前缘点及后缘点。

根据检测的需求，设置截面的位置（见图3），在该位置截取2D截面后，进去BALDE模块进行截面分析。

通过该截面自动分析，获取任意叶片参数，并检测出这些参数是否在公差允许的范围之内，否者状态将显示“失败”。

对于单叶片的检测除了可以分析截面，还能够做叶片的2D扭曲分析，分析出该截面X，Y的平移量，以及扭曲的旋转角度。

②多叶片检测分析

多叶片的检测分析前端操作同单叶片，坐标对齐后进行3D色谱偏差分析，然后进入多叶片定义命令，编辑定义多叶片（见图4）

主要设置叶片的前缘方向，叶片半径和初始堆叠轴。应用后，软件会自动识别出叶片1、叶片2及叶片3。定义叶片后，分析叶片之间的喉道与节距参数（见图5）。在分析完成一个高度的截面后，通过添加高度，还能分析多个喉道和节距，通过这些截面也可以再次使用单叶片分析命令，分析每一个截面的单叶片参数。

Shining3D-Scanner系列三维扫描仪与Geomagic Qualify Blade软件的搭配使用，不仅能快速、专业地分析出叶片的相关参数，还能够通过软件内的自动化趋势分析取代基于CMM的测量过程。一旦扫描一个零件并将报告保存，就自动生成用户定义的性能分析，批处理功能使得非技术用户也能够收集数据并生成大量零件的报告。软件内的统计分析工具使用户可以按照预先定义的系统，如可重复性、随时间发生的变化以及零件之间的差异，对零件进行比较。


（2）机加工零件关键尺寸检测

航空航天行业的零件种类繁多，形状各异，尺寸要求较为严格。对于复杂的机加工零件，需要检测的尺寸较多，CMM无法快速检测所有尺寸，采用光学三维测量的方式，获取整个零件的三维外形数据，能在几十分钟的时间内检测出所有需要检测的尺寸信息。

检测时使用的设备为Shining3D-Scanner系列之OpticScan-D双目三维扫描仪，检测软件为Rapidform XOR3（或者XOV2）。使用三维扫描仪获取该零件三维外形数据，导入Rapidform XOR，对齐坐标后，做一截面，获取该方向的截面线，使用软件自动识别的曲线类型拟合轮廓线，标注出需要的尺寸信息（见图6～8）。

需要检测多个方向的零件，检测流程与以上相似，使用该方向的平面，截取截面线，拟合曲线后标注尺寸，能够快速反映出零件各个方向的尺寸信息。