航空零部件檢測(cè)中三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用思考

航空制造業(yè)被譽(yù)為“現(xiàn)代工業(yè)之花”，其技術(shù)復(fù)雜性和精度要求極高。一架大飛機(jī)由數(shù)百萬個(gè)零部件組成，這些零部件的精度和質(zhì)量直接關(guān)系到飛機(jī)的性能、安全性和可靠性。因此，在航空零部件的生產(chǎn)過程中，精確的檢測(cè)和測(cè)量是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的測(cè)量工具如游標(biāo)卡尺、千分表等，由于量程限制和精度不足，已難以滿足航空零部件的高精度檢測(cè)需求。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種新型高效精密測(cè)量?jī)x器，以其高精度、全面性和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，逐漸成為航空零部件檢測(cè)中的核心設(shè)備。

一、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在航空零部件檢測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）高精度

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在航空零部件檢測(cè)中的精度優(yōu)勢(shì)顯著，其精度通?？梢赃_(dá)到微米級(jí)別，甚至更高。這種高精度測(cè)量能力對(duì)于航空零部件來說至關(guān)重要，因?yàn)楹娇樟悴考?duì)尺寸和形狀的精度要求極高，任何微小的偏差都可能影響整個(gè)飛機(jī)的性能和安全性。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通過先進(jìn)的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，確保了長期使用的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，減少了人為操作帶來的誤差，提供了高精度的測(cè)量結(jié)果。此外，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)還可以對(duì)復(fù)雜形狀和尺寸的零部件進(jìn)行精確測(cè)量，包括曲面、孔位、輪廓等，確保零部件符合設(shè)計(jì)要求。

（二）全面性

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有全面的測(cè)量能力，能夠應(yīng)對(duì)各種形狀和尺寸的航空零部件。無論是簡(jiǎn)單的幾何形狀還是復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都能通過精確的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和計(jì)算，得出零部件的完整幾何形狀和尺寸信息。這種全面性測(cè)量能力使得三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在航空零部件檢測(cè)中能夠覆蓋更廣泛的檢測(cè)范圍，提高了檢測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。

（三）自動(dòng)化

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自動(dòng)化測(cè)量流程能夠有效提高生產(chǎn)效率。通過計(jì)算機(jī)程序控制測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)的采集，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，減少了人工操作的時(shí)間和成本。同時(shí)，自動(dòng)化測(cè)量還可以避免人為操作帶來的誤差，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。在航空零部件的大批量生產(chǎn)過程中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自動(dòng)化測(cè)量流程能夠顯著提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

（四）穩(wěn)定性與可靠性

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在長期使用中表現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性和可靠性。其先進(jìn)的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)確保了測(cè)量過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，即使在高強(qiáng)度、長時(shí)間的使用下也能保持良好的性能。此外，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)還具有可重復(fù)性好的特點(diǎn)，相同的工件在不同時(shí)間進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以得到一致的測(cè)量結(jié)果。

二、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在航空零部件檢測(cè)中的應(yīng)用

（一）航空零部件檢測(cè)的特殊需求

1.部件尺寸大、形狀復(fù)雜

航空零部件往往具有尺寸大、形狀復(fù)雜的特點(diǎn)。例如，飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)等大型部件，其尺寸遠(yuǎn)超常規(guī)測(cè)量工具的處理范圍，且形狀復(fù)雜多變，包含大量的曲面、孔位、凹槽等特征。這些特點(diǎn)使得傳統(tǒng)的測(cè)量工具難以勝任，而三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)則能夠憑借其大范圍、高精度的測(cè)量能力，輕松應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。通過其靈活的測(cè)頭系統(tǒng)和精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)能夠準(zhǔn)確測(cè)量出零部件的三維尺寸和形狀，為后續(xù)的加工、裝配和性能評(píng)估提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.高精度、高穩(wěn)定性的測(cè)量要求

航空零部件對(duì)測(cè)量精度和穩(wěn)定性的要求極高。由于飛機(jī)在飛行過程中需要承受巨大的氣動(dòng)力和機(jī)械應(yīng)力，因此零部件的尺寸和形狀精度必須達(dá)到極高的水平，以確保飛機(jī)的整體性能和安全性。同時(shí)，在長期使用過程中，零部件的尺寸和形狀還需保持高度穩(wěn)定，以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的環(huán)境條件和工況。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以其卓越的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，滿足了航空零部件檢測(cè)中的這一特殊要求。通過高精度的傳感器和先進(jìn)的控制系統(tǒng)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)零部件的精確測(cè)量和校準(zhǔn)，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.應(yīng)對(duì)極端環(huán)境條件的性能驗(yàn)證

航空零部件在使用過程中往往需要面對(duì)極端的環(huán)境條件，如高溫、高壓、低溫、高濕等。這些環(huán)境條件對(duì)零部件的性能和穩(wěn)定性提出了更高的要求。為了驗(yàn)證零部件在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)，需要進(jìn)行專門的性能測(cè)試和驗(yàn)證。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)雖然主要用于尺寸和形狀的測(cè)量，但可以通過與其他測(cè)試設(shè)備（如環(huán)境試驗(yàn)箱）的結(jié)合使用，為零部件的性能驗(yàn)證提供支持。例如，在環(huán)境試驗(yàn)箱中模擬極端環(huán)境條件，利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)試驗(yàn)前后的零部件進(jìn)行精確測(cè)量，以評(píng)估其尺寸和形狀的變化情況，從而驗(yàn)證其在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)。

（二）形狀與尺寸測(cè)量

1.精確測(cè)量航空零部件的三維尺寸

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用三維空間坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)，能夠精確地測(cè)量出航空零部件在各個(gè)方向上的尺寸數(shù)據(jù)。通過將被測(cè)物體置于測(cè)量空間內(nèi)，利用接觸或非接觸探測(cè)系統(tǒng)精確地測(cè)出被測(cè)零件表面的點(diǎn)在空間三個(gè)坐標(biāo)位置的數(shù)值。這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值經(jīng)過計(jì)算，可以擬合形成測(cè)量元素（如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等），進(jìn)而求出待測(cè)的幾何尺寸。這種測(cè)量方式不僅提高了測(cè)量的精度，還縮短了測(cè)量時(shí)間，為航空零部件的生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供了有力支持。

2.曲面與曲線的針對(duì)性測(cè)量程序開發(fā)

航空零部件中常包含大量的曲面和曲線結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的精確測(cè)量一直是檢測(cè)中的難點(diǎn)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通過針對(duì)性的測(cè)量程序開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些復(fù)雜形狀的高精度測(cè)量。在測(cè)量過程中，需要根據(jù)零部件的具體形狀和特征，設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)量路徑和策略。例如，對(duì)于曲面結(jié)構(gòu)，可以采用掃描法或多點(diǎn)測(cè)量法，通過測(cè)量機(jī)上的測(cè)頭和探針在曲面上進(jìn)行連續(xù)或間斷的采樣，獲取足夠多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，最終得到曲面的精確形狀和尺寸。

3.復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精確建模與數(shù)據(jù)分析

通過測(cè)量數(shù)據(jù)構(gòu)建出零部件的三維模型，可以用于后續(xù)的加工、裝配和性能評(píng)估等環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)分析方面，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)配備的先進(jìn)測(cè)量軟件可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取出有用的信息，如尺寸偏差、形狀誤差、位置關(guān)系等。這些信息對(duì)于評(píng)估零部件的質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)工藝和提高產(chǎn)品性能具有重要意義。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)分析還可以發(fā)現(xiàn)潛在的工藝缺陷和問題，為后續(xù)的改進(jìn)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。

（三）質(zhì)量控制與缺陷檢測(cè)

1.自動(dòng)化校準(zhǔn)與建模，提高檢測(cè)效率

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具備自動(dòng)化校準(zhǔn)和建模的功能，大幅提高了檢測(cè)效率。在檢測(cè)開始前，測(cè)量機(jī)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。隨后，通過測(cè)量機(jī)上的測(cè)頭和探針，對(duì)被測(cè)零部件進(jìn)行三維掃描和數(shù)據(jù)采集。這些數(shù)據(jù)會(huì)被傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，利用專業(yè)的測(cè)量軟件進(jìn)行自動(dòng)化建模和數(shù)據(jù)分析。整個(gè)過程無需人工干預(yù)，顯著縮短檢測(cè)周期，提高檢測(cè)效率。

2.識(shí)別并量化零部件的制造缺陷

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)能夠精確地識(shí)別并量化航空零部件的制造缺陷。在測(cè)量過程中，測(cè)量機(jī)會(huì)對(duì)零部件的尺寸、形狀、位置等參數(shù)進(jìn)行全面檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比。如果發(fā)現(xiàn)偏差或超出允許范圍的情況，測(cè)量機(jī)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，并詳細(xì)記錄缺陷的位置、大小和類型。這些信息對(duì)于后續(xù)的缺陷分析和處理至關(guān)重要，有助于企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正制造過程中的問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.輔助質(zhì)量控制決策，降低廢品率

通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的深入分析，企業(yè)可以了解零部件的質(zhì)量狀況和生產(chǎn)過程中的潛在問題?；谶@些數(shù)據(jù)，企業(yè)可以制定針對(duì)性的質(zhì)量控制措施和改進(jìn)方案，優(yōu)化生產(chǎn)工藝和流程。同時(shí)，測(cè)量機(jī)還可以幫助企業(yè)預(yù)測(cè)和預(yù)防潛在的質(zhì)量問題，降低廢品率和生產(chǎn)成本。

三、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在軸轉(zhuǎn)子葉片檢測(cè)中的應(yīng)用案例

（一）軸轉(zhuǎn)子檢測(cè)程序的初步配置

1.裝夾與定位策略

鑒于軸轉(zhuǎn)子獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)特性，為優(yōu)化測(cè)量操作的流暢性與精確性，采用平口鉗緊固尾柄的固定方式。裝夾作業(yè)完成后，隨即運(yùn)用刀口直角尺實(shí)施精準(zhǔn)校正，旨在將軸轉(zhuǎn)子調(diào)整至最佳檢測(cè)位置。值得注意的是，盡管基于工件自身特征構(gòu)建坐標(biāo)系時(shí)，對(duì)工件的初始擺放位置要求不高，但在面對(duì)均勻且密集分布的特征檢驗(yàn)任務(wù)時(shí)，合理的擺放策略能顯著降低測(cè)針意外碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，并減輕檢測(cè)程序?qū)y(cè)針姿態(tài)調(diào)整的嚴(yán)苛程度。

2.參數(shù)優(yōu)化設(shè)定

鑒于葉片間隙緊湊，傳統(tǒng)默認(rèn)的2.54mm回退距離不再適用，經(jīng)慎重考慮，將逼近距離設(shè)定為0.5mm，回退距離縮短至1mm，此舉旨在顯著縮短逼近過程耗時(shí)，同時(shí)確保測(cè)針在復(fù)雜掃描路徑中擁有足夠的操作空間，避免圓弧誤觸，特別是在處理大量葉片及型線掃描時(shí)尤為重要。至于其他速度參數(shù)，鑒于軸轉(zhuǎn)子尺寸緊湊，在確保測(cè)量精度的前提下維持了原有設(shè)置。

3.測(cè)針角度的精細(xì)規(guī)劃

軸轉(zhuǎn)子經(jīng)過穩(wěn)固裝夾后，所有葉片均達(dá)到水平且高度一致的狀態(tài)，簡(jiǎn)化了測(cè)針角度選擇的復(fù)雜性。在縱向A角度的設(shè)置上，統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)的90°配置，以滿足基本的掃描需求。橫向B角度的確定上，針對(duì)每個(gè)葉片的具體輪廓特征精細(xì)的規(guī)劃與實(shí)驗(yàn)，以確保測(cè)針能夠以最合適的角度接觸并掃描葉片表面。通過多次比對(duì)與試測(cè)，精選了A90B0、A90B-105、A90B125、A90B180、A90B-75、A90B75、A90B90及A90B-90等多個(gè)角度組合，確保能夠全面覆蓋所有葉片的掃描需求。

4.測(cè)針移動(dòng)路徑的精細(xì)規(guī)劃

鑒于軸轉(zhuǎn)子葉片之間緊湊的布局所引發(fā)的狹窄間隙，在每個(gè)葉片的完整掃描周期告一段落后，均需周密設(shè)計(jì)與規(guī)劃一系列移動(dòng)點(diǎn)，以精確控制測(cè)針的移動(dòng)軌跡。在設(shè)置時(shí)，需綜合考慮測(cè)針長度、測(cè)針與葉片間的平行角度，確保移動(dòng)點(diǎn)位于測(cè)針與葉片平行線的延長線上，且距離足夠遠(yuǎn)，以保證測(cè)針在移動(dòng)過程中完全脫離葉片區(qū)域，避免任何意外觸碰。此外，為了確保即將對(duì)下一個(gè)葉片進(jìn)行掃描時(shí)的順暢與安全，需在目標(biāo)葉片鄰近區(qū)域設(shè)定一個(gè)進(jìn)入移動(dòng)點(diǎn)，其設(shè)置原則與撤出移動(dòng)點(diǎn)相類似，均著重考慮測(cè)針與測(cè)座在移動(dòng)軌跡上的潛在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，從而規(guī)劃出一條類似于拱形的安全通道。此通道設(shè)計(jì)旨在保障整個(gè)掃描流程（除首次啟動(dòng)掃描外）的連續(xù)性與無障礙性，確保測(cè)針在移動(dòng)過程中始終遵循一條安全且高效的路徑。

（二）軸轉(zhuǎn)子檢測(cè)程序坐標(biāo)系的構(gòu)建

1.初始坐標(biāo)系的構(gòu)建策略

為了確立一個(gè)精確的初始坐標(biāo)系，選取了軸轉(zhuǎn)子的頂部平面作為基準(zhǔn)面（即平面1），該平面呈圓形，理論上要求至少三個(gè)接觸點(diǎn)以支撐其定位，但為追求更高精度，采集了更多分布均勻且避開邊緣的觸點(diǎn)。同時(shí)，將所有葉片的橫截面選定為基準(zhǔn)圓（圓1）。采樣過程中，尤為關(guān)注葉片橫截面中心區(qū)域的精確觸測(cè)，旨在消除因自動(dòng)采樣時(shí)可能產(chǎn)生的微小偏差所引入的檢測(cè)誤差。此外，為了建立角向參考并提升檢測(cè)程序的通用性與自動(dòng)化效率，選定了一個(gè)葉片橫截面的特定觸點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)（點(diǎn)1），此點(diǎn)用于引導(dǎo)程序角向的確定，從而簡(jiǎn)化了批量檢測(cè)流程，增強(qiáng)了檢測(cè)過程的一致性與便捷性。在構(gòu)建初始坐標(biāo)系的具體操作中，首先利用平面1的找正過程確定了Z軸的方向；隨后，通過圓1（其圓心位于平面1上）精確定位了XY坐標(biāo)的原點(diǎn)；最后，借助圓1指向點(diǎn)1的矢量，圍繞XY軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以明確XY軸的具體方向。

2.精確坐標(biāo)系的深化構(gòu)建

為了增強(qiáng)檢測(cè)的精確性，在原有的坐標(biāo)系框架之上構(gòu)建更為精準(zhǔn)的坐標(biāo)系系統(tǒng)。依托于先進(jìn)的三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)，重新捕獲原先用于構(gòu)建基礎(chǔ)坐標(biāo)系的標(biāo)志性元素，即是將原先的平面1、圓1及點(diǎn)1，經(jīng)過精確測(cè)量后，分別對(duì)應(yīng)地標(biāo)記為平面2、圓2及點(diǎn)2，并按照與初始坐標(biāo)系相同的設(shè)置原則進(jìn)行構(gòu)建。這一步驟確保了坐標(biāo)系的精確性和可靠性，為后續(xù)的高精度檢測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

綜上所述，作為現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)的杰出代表，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)憑借其高精度、高效率、高靈活性的優(yōu)勢(shì)，在航空零部件的復(fù)雜幾何形狀與嚴(yán)格公差要求面前展現(xiàn)出了非凡的能力。通過自動(dòng)化校準(zhǔn)與建模，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)能夠迅速適應(yīng)不同零部件的檢測(cè)需求，大幅縮短檢測(cè)周期，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力使得檢測(cè)結(jié)果的量化分析變得簡(jiǎn)單直觀，為質(zhì)量控制決策提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

文章來源：  《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》  http://12-baidu.cn/w/kj/32519.html