非接觸式測量技術(shù)已經(jīng)逐漸盛行。激光掃描和其他光學(xué)測量方法對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。也許沒有什么飛機零部件和噴氣發(fā)動機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)計出來，比之前的幾代省油得多。事實上，隨著最大燃料消耗的減少，即使是最保守的估計，預(yù)計未來10年噴氣發(fā)動機的制造將呈指數(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。精度的價值高于一切，但對實施測量技術(shù)來說，檢測速度已成為一個重要的決定因素。 

       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量裝置，對整個系統(tǒng)的精度至關(guān)重要。這為購買者帶來了一個經(jīng)得起真正實戰(zhàn)考驗的測量系統(tǒng)——坐標(biāo)測量機（CMM）。沒有激光掃描儀定位器提供可重復(fù)性，準(zhǔn)確性和自動化，而這些對渦輪葉片的生產(chǎn)檢驗是至關(guān)重要的。 

        長久以來，三坐標(biāo)測量機對渦輪葉片的檢驗一直非常可靠。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CMM程序來設(shè)置檢查路線，自動重復(fù)的旋轉(zhuǎn)探頭可以幫助簡化檢測過程，且根據(jù)已有定義的CAD文件來檢查各種名義點和幾十個沿著機翼特定部分高度的點。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過程中帶來了完整的光環(huán)。使用點掃描的普通觸覺探針是有效的，但每秒鐘這些探頭通常會在幾個檢查點達(dá)到極限。模擬觸覺掃描探針每秒能夠檢測成百上千個點，為后面分析各種刀片特點，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，提供了一個更加準(zhǔn)確的翼剖面示意。 

       激光掃描和接觸探測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，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，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于利用CMM的誤差補償數(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，可以在短時間內(nèi)獲得大量的點云數(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掃描儀可以用三分之一的時間從A點掃描到B點，或者掃描相同的距離卻收集3倍多的掃描數(shù)據(jù)，反過來提供了一個零件表面輪廓更精確、更完整的定義。 

       更多的點意味著更多的細(xì)節(jié)，更多的細(xì)節(jié)意味著定義刀片的特點時更準(zhǔn)確，但激光掃描儀能夠提供的數(shù)量驚人的額外信息點會導(dǎo)致在較短的時間內(nèi)采取一個典型的觸覺檢查程序，檢測更大量的零部件。已經(jīng)接受了用激光掃描儀檢驗渦輪葉片的質(zhì)量工程師權(quán)衡的一個幸運結(jié)果是，評估切削循環(huán)時間是否是增加點采集的最佳使用方式，或者獲得更多數(shù)據(jù)是否有價值。知識就是力量，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)計工程師可以在整個過程的早期就更好地了解情況。 
 

       另一個基于CMM激光掃描儀的發(fā)展趨勢是掃描儀的視場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小領(lǐng)域視圖上，來有效地擴(kuò)大產(chǎn)品組合的廣度。通過這樣，準(zhǔn)確度大幅提高，空間點的分辨率，即沿掃描線的點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很好的經(jīng)驗法則是在邊緣直徑上至少收集8個點。例如，如果你正想檢查直徑為0.25mm（0.010"）的后緣，那么你將需要一臺空間分辨率至少為0.032mm（0.0013"）的掃描儀。 

 

       激光掃描儀空間點分辨率巨大發(fā)展中的一個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行。冷卻孔在葉片上提供了一個冷空氣層，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。所以，激光掃描儀的另一個好處產(chǎn)生了。檢查冷卻孔的常用方法是計算機斷層掃描（CT）。CT掃描機可以提供渦輪葉片內(nèi)部運作的漂亮圖像和顯著的計量能力，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掃描非常耗時和昂貴。激光掃描儀是對現(xiàn)有三坐標(biāo)測量機的一種簡單改造，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)部幾何形狀的測量，具有足夠高的空間點分辨率的掃描儀能夠提供難于檢測的散熱孔周圍良好的細(xì)節(jié)和清晰度。

       關(guān)于掃描儀點分辨率的增加和改進(jìn)的準(zhǔn)確度的一個很明顯的權(quán)衡是更小的視野并非使其適合每一項工作。甚至有人在還沒有粉刷一個房間前就知道，你不會使用一個6"輥來切外圍的墻壁。同樣的，你也不會使用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的激光掃描儀運動開始和結(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。

        由于對更新、更好、更高效的噴氣發(fā)動機的需求持續(xù)上升，確保質(zhì)量的測試和檢驗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)測量機提供了一個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/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)