GOM 3D扫描仪测量和检查航空涡轮叶片

 　　GOM 3D扫描仪（已被蔡司收购）测量和检查航空涡轮叶片

 　　由于时间、精度和细节在航空航天工业中至关重要，因此航空航天工程师经常部署有助于加速或增强质量检查等过程的技术。例如，航空航天工程师必须有效测量和检查具有严格公差的大型发动机部件，以满足质量和精度要求。涡轮叶片的几何形状具有至关重要的复杂细节，例如前缘和后缘，这使得使用传统的接触式计量系统(例如蔡司三坐标测量仪CMM)测量这些组件不但非常困难，而且效率低、费力耗时。

　　为了减少检查时间并增加复杂的涡轮发动机组件(例如整体叶盘)的生产吞吐量，美国康涅狄格州的一家航空航天公司，通过德国GOM公司的美国分销商和集成商Capture3D公司，利用自动化蓝光3D扫描系统取代了CMM。该3D扫描仪基于条纹投影技术和蓝光LED光源，提供精密、准确和高质量的输出，原因在于其较窄的440~480nm波长，有助于有效滤除来自车间等工业环境的环境光干扰，从而能捕获清晰的数据。蓝光还具有比其他光源更高的分辨率，从而可以实现高度精确测量。

　　GOM蓝光3D扫描仪使用带有Plus摄影测量附件的ATOS5，配置了ATOS ScanBox进行自动化(见图1)，检查时间大约为45分钟，相比使用CMM的18小时，检查时间大大减少。

　　使用CMM捕获整体叶盘独特区域的准确测量值时，例如喉咙面积、前缘和后缘半径、弦长、厚度以及弓首和扫掠，这需要耗时的点对点测量，并且仅产生受限于检查区域的结果。以前，CMM使用预先定义的单个点，技术人员对其进行编程，以移动测头接触表面。通过3D扫描，该公司通过捕获完整的数据场，来一致地对整个零件进行成像，提供物体表面的形貌图并可视化有问题的区域，从而使其对机翼部件检查特别有效(见图2)。

　　与平滑区域相比，CMM可能会遗漏的错误包括与设计意图偏离的公差、工装走向以及局部凹痕和凸起。然而，高分辨率3D测量数据和生动的色彩图能显露出这些错误。拥有全面的零件信息可以使公司的研发、质量和生产部门迅速适应不断变化的设计要求，这就是为什么公司部署蓝光3D扫描仪来对整体叶盘和其他组件，包括风扇叶片、压缩机叶片、涡轮机叶片(见图3)和喷嘴导流叶片进行质量检查的原因。

　　对于需要使用3D扫描仪的机翼特征，该公司的整体叶盘检查时间达到约一小时，而风扇叶片的检查时间不到20分钟，在不到1/5秒内完成数据采集。该公司还实现了低于5μm(0.005mm)的重复性测试，有效地加快了整体叶盘产品的上市时间。

　　ATOSScanBox包括来自日本发那科的LR Mate 200ID工业机器人、钣金安全防护罩以及集成的旋转台，该旋转台为机器人移动提供了额外的轴。ATOS ScanBox配置有ATOS5 3D扫描仪，并带有摄影测量软件附件、参考系以及附带的ATOS Professional VMR(虚拟测量室)软件。

　　Capture3D提供项目模板，其中包括虚拟测量室，该测量室包含带有数字化参考系的零件的计算机辅助设计(CAD)模型，以及检查计划。检查计划包括影响整体叶盘性能的关键区域，例如前缘和后缘半径，各种弦长以及几何尺寸和公差(GD&T)要求。检查计划包含根据附加到计算机辅助设计(CAD)模型的标称几何构造建立的这些类型的详细信息请求。

　　使用基于模型的定义(MBD)，所需的标称几何形状会随CAD模型自动导入到软件中。然后，工程师将测量原理应用于标称几何形状，以便从整体叶盘蓝图获得基本工程规格的值。VMR软件与CAD、MBD和产品制造信息(PMI)数据集成在一起，并将这些元素包括在计划中。

　　为了开始测量过程，技术员将整体叶盘固定在围绕零件的夹具(称为参考系)中。参考系具有参考点目标(RPT)，可以提高最终精度，而不必直接将目标添加到整体叶盘上。通常，整体叶盘的尺寸为1m或更大，如果没有参考系，技术员将需要将许多此类粘合目标物手动放置在较大的物理部件上。参考系使这种对目标的使用尽可能有效，并带来*佳可能的测量可重复性。

　　接下来，机器人移动3D扫描仪，该扫描仪从不同的方向收集整体叶盘表面数据，因为需要以特定的方向扫描每个叶片边缘，以收集锋利特征所需的细节。作为标准安全设置的一部分，外壳内部的所有内容都在软件中建模，包括夹具中的部件(见图4)。VMR软件通过使用CAD文件，自动对机器人的运动进行编程，而不是使用更耗时的示教方法或手动记录机器人位置，从而节省了时间。该软件与机器人和移动的旋转台进行通信，以收集整个部件的数据，因此工程师不必花时间对每个位置进行编程。

　　VMR的SmartTeach功能可以预先模拟机器人的运动，自动围绕整体叶盘编程路径，并插入任何必要的位置，以在*佳扫描位置安全地围绕部件移动。最后，技术员激活系统，然后开始测量。由于整体叶盘的尺寸、锋利的边缘和复杂的形状，准确地测量和追踪RPT星座图，对于将每次扫描收集的数据正确地转换为公共坐标系至关重要。利用RPT，系统可以追踪每次测量的质量，并监视设置的稳定性，这是一项重要的考虑因素，因为温度或系统移动等外部因素会影响RPT星座图在参考系上的恒定性。

　　摄影测量软件附件通过在扫描之前和扫描过程中提供*新的星座图或摄影测量会话来解决变化，RPT的使用使软件可以监视在测量过程中可能发生的潜在变化。每个3D扫描位置都包含一些RPT，将这些RPT与星座图进行比较，以精确地知道它们所属的位置。结果是整体叶盘高度准确的3D模型。

　　扫描完成后，另一软件功能自动使用项目模板执行分析过程。ATOS Professional软件自动将扫描数据与CAD数据对准，并生成包含尺寸的完整检验报告，包括GD&T所需的尺寸。该软件还使用其机翼计算功能来快速分析航空航天工程特定的特征，例如边缘点和边缘圆的创建、厚度、外倾线和喉咙区域(见图5)。

　　作为检查报告的一部分，该软件生成彩色图(见图6)，表示数据的偏差以及相关区域中的整体叶盘是在公差范围内或范围外。这家航空航天公司依靠这些全彩色图来更快、更清晰地解释结果，而不是试图解释来自CMM的电子表格和数据表，相比于以前所使用的技术，这又是一大明显优势。

　　GOM已经被蔡司收购与蔡司3D扫描仪部门合并，若您咨询GOM扫描仪欢迎您在线咨询或电话咨询4001500108.

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