非接觸式測(cè)量技術(shù)已經(jīng)逐漸盛行。激光掃描和其他光學(xué)測(cè)量方法對(duì)許多航空航天制造商來說是至關(guān)重要的，可以滿足他們更徹底地檢查更多零部件的愿望。也許沒有什么飛機(jī)零部件和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片一樣重要。受到嚴(yán)格的FAA檢查的要求，渦輪葉片的檢查標(biāo)準(zhǔn)比任何其他航空部件都要更高。新一代引擎已被設(shè)計(jì)出來，比之前的幾代省油得多。事實(shí)上，隨著最大燃料消耗的減少，即使是最保守的估計(jì)，預(yù)計(jì)未來10年噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的制造將呈指數(shù)增長。在這么大的生產(chǎn)需求下，質(zhì)量負(fù)擔(dān)也同樣具有挑戰(zhàn)性。精度的價(jià)值高于一切，但對(duì)實(shí)施測(cè)量技術(shù)來說，檢測(cè)速度已成為一個(gè)重要的決定因素。
下面談?wù)劶す鈷呙鑳x。基于激光掃描儀的三角測(cè)量有多種構(gòu)型，范圍從關(guān)節(jié)臂式安裝系統(tǒng)到嵌入式光學(xué)器件。定位器是承載探針的測(cè)量裝置，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的精度至關(guān)重要。這為購買者帶來了一個(gè)經(jīng)得起真正實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)的測(cè)量系統(tǒng)——坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）。沒有激光掃描儀定位器提供可重復(fù)性，準(zhǔn)確性和自動(dòng)化，而這些對(duì)渦輪葉片的生產(chǎn)檢驗(yàn)是至關(guān)重要的。
長久以來，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)渦輪葉片的檢驗(yàn)一直非?？煽?。這些年來，已經(jīng)出現(xiàn)了多種觸覺檢查方法。通過允許一個(gè)CMM程序來設(shè)置檢查路線，自動(dòng)重復(fù)的旋轉(zhuǎn)探頭可以幫助簡化檢測(cè)過程，且根據(jù)已有定義的CAD文件來檢查各種名義點(diǎn)和幾十個(gè)沿著機(jī)翼特定部分高度的點(diǎn)。模擬觸覺掃描探針幫助簡化了此過程，卻又不僅僅是簡單；觸覺掃描探針給檢測(cè)過程中帶來了完整的光環(huán)。使用點(diǎn)掃描的普通觸覺探針是有效的，但每秒鐘這些探頭通常會(huì)在幾個(gè)檢查點(diǎn)達(dá)到極限。模擬觸覺掃描探針每秒能夠檢測(cè)成百上千個(gè)點(diǎn)，為后面分析各種刀片特點(diǎn)，例如開頭和結(jié)尾的邊緣厚度、最大厚度、弦長、彎曲、傾斜及扭曲等，提供了一個(gè)更加準(zhǔn)確的翼剖面示意。
激光掃描和接觸探測(cè)最近都取得了一些重大進(jìn)步。激光掃描器發(fā)展的一般趨勢(shì)是已經(jīng)看到有用先進(jìn)的傳感器陣列制造探頭，該傳感器陣列能夠掃描通常難以掃描的表面，如黑暗的或者有光澤的表面。這些先進(jìn)的傳感器，也可以通過軟件和固件的開發(fā)來增強(qiáng)，以減少偽反射的效果，在老一代激光掃描儀中這往往是掃描儀噪音的一大來源。
這些先進(jìn)的傳感器，也可以通過軟件和固件的開發(fā)來增強(qiáng)，以減少寄生反射的效果，這往往在老一輩激光掃描儀中是掃描儀噪音的一大來源。直接到CMM控制器的同步掃描儀不僅對(duì)于利用CMM的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)來獲取最大精度至關(guān)重要，而且通過高幀速率的同步，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，完全消除基于CMM的激光掃描儀速度的先入為主的觀念。僅在過去的10年里，市場(chǎng)上供應(yīng)的基于CMM的激光掃描儀最大幀速率已經(jīng)從專用的25Hz到超高速的75Hz。三倍的增長意味著一臺(tái)掃描儀可以用三分之一的時(shí)間從A點(diǎn)掃描到B點(diǎn)，或者掃描相同的距離卻收集3倍多的掃描數(shù)據(jù)，反過來提供了一個(gè)零件表面輪廓更精確、更完整的定義。
更多的點(diǎn)意味著更多的細(xì)節(jié)，更多的細(xì)節(jié)意味著定義刀片的特點(diǎn)時(shí)更準(zhǔn)確，但激光掃描儀能夠提供的數(shù)量驚人的額外信息點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致在較短的時(shí)間內(nèi)采取一個(gè)典型的觸覺檢查程序，檢測(cè)更大量的零部件。已經(jīng)接受了用激光掃描儀檢驗(yàn)渦輪葉片的質(zhì)量工程師權(quán)衡的一個(gè)幸運(yùn)結(jié)果是，評(píng)估切削循環(huán)時(shí)間是否是增加點(diǎn)采集的最佳使用方式，或者獲得更多數(shù)據(jù)是否有價(jià)值。知識(shí)就是力量，在定義表面輪廓的數(shù)據(jù)很多的情況下，制造工程師和設(shè)計(jì)工程師可以在整個(gè)過程的早期就更好地了解情況。
另一個(gè)基于CMM激光掃描儀的發(fā)展趨勢(shì)是掃描儀的視場(chǎng)越來越小所取得的進(jìn)展。通過使用類似的傳感器作為它們大視場(chǎng)的同胞，掃描儀開發(fā)人員可以通過有效地縮小光學(xué)系統(tǒng)和使傳感器集中在一個(gè)小領(lǐng)域視圖上，來有效地?cái)U(kuò)大產(chǎn)品組合的廣度。通過這樣，準(zhǔn)確度大幅提高，空間點(diǎn)的分辨率，即沿掃描線的點(diǎn)之間的距離縮小到這種程度，即使是最具挑戰(zhàn)性的后緣幾何形狀都可以進(jìn)入視野進(jìn)行檢查。定義小的前緣和后緣的一個(gè)很好的經(jīng)驗(yàn)法則是在邊緣直徑上至少收集8個(gè)點(diǎn)。例如，如果你正想檢查直徑為0.25mm（0.010"）的后緣，那么你將需要一臺(tái)空間分辨率至少為0.032mm（0.0013"）的掃描儀。
激光掃描儀空間點(diǎn)分辨率巨大發(fā)展中的一個(gè)有趣的地方是檢查渦輪葉片特征的能力，從未想過甚至可以通過觸覺CMM檢查獲得。冷卻孔洞使得渦輪機(jī)葉片通過向接近后緣的微孔傳遞冷空氣來在極端的溫度下運(yùn)行。冷卻孔在葉片上提供了一個(gè)冷空氣層，使其避免遭受高溫。由于它們無限小的幾何尺寸，傳統(tǒng)的接觸式探針沒有通道和空隙去收集開口周圍的點(diǎn)。所以，激光掃描儀的另一個(gè)好處產(chǎn)生了。檢查冷卻孔的常用方法是計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）。CT掃描機(jī)可以提供渦輪葉片內(nèi)部運(yùn)作的漂亮圖像和顯著的計(jì)量能力，這是由于它具有散熱孔和重要的內(nèi)部幾何，但在這種情況下，CT掃描非常耗時(shí)和昂貴。激光掃描儀是對(duì)現(xiàn)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一種簡單改造，通常情況下是在已有的硬件上即插即用的，或可能需要極少的返工，以使掃描儀兼容一些較舊的CMM模型。激光掃描儀無法提供內(nèi)部幾何形狀的測(cè)量，具有足夠高的空間點(diǎn)分辨率的掃描儀能夠提供難于檢測(cè)的散熱孔周圍良好的細(xì)節(jié)和清晰度。
關(guān)于掃描儀點(diǎn)分辨率的增加和改進(jìn)的準(zhǔn)確度的一個(gè)很明顯的權(quán)衡是更小的視野并非使其適合每一項(xiàng)工作。甚至有人在還沒有粉刷一個(gè)房間前就知道，你不會(huì)使用一個(gè)6"輥來切外圍的墻壁。同樣的，你也不會(huì)使用1/2"的刷子來涂整整一面墻。高分辨率、高精度的掃描儀并非適用于每一個(gè)工作，除了部分零件適用，掃描采集軟件起著至關(guān)重要的作用。在大多數(shù)情況下，掃描路徑由操作者來設(shè)定，定義基于CMM的激光掃描儀運(yùn)動(dòng)開始和結(jié)束的位置，并嘗試在視野內(nèi)掃描盡可能多的范圍。擁有微小視野區(qū)的先進(jìn)的軟件包已經(jīng)開發(fā)出了多種方式，不僅可根據(jù)給定的表面模型輸入提供掃描路徑的定義，而且正在開發(fā)用于未知路徑掃描的更多算法。在相當(dāng)長的一段時(shí)間里，未知路徑掃描是許多軟件包接觸式探針的特性，但由于防止死機(jī)而增加的方法和回縮距離，或者保持該部分恒定力要求模擬掃描探針?biāo)俣容^慢，速度顯著下降。未知路徑掃描能快速補(bǔ)償渦輪葉片表面不斷變化的幾何形狀，使渦輪葉片的編程比傳統(tǒng)的觸覺方法更容易。
由于對(duì)更新、更好、更高效的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的需求持續(xù)上升，確保質(zhì)量的測(cè)試和檢驗(yàn)方法也將提高到相似的水平。具有下一代激光掃描儀的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)提供了一個(gè)解決方案來滿足這些需求。無論掃描的速度是否更快、數(shù)據(jù)點(diǎn)/精確度是否更高，或在觸覺探針無法掃描到的更小、更集中的視野里，激光掃描提供了您所需要的結(jié)果。(end)
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