航空發(fā)動機和燃氣輪機被譽為裝備制造業(yè)中的“皇冠上的明珠”。它們的基本工作原理是通過壓縮和膨脹氣體，加速氣流噴射至葉片上，從而帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生強大動力。因此，葉片的性能至關(guān)重要，尤其是其材料和幾何尺寸。為此，葉片的測量通常需要進行百分百的全面檢查，同時確保高效和精確。

▲渦扇發(fā)動機

▲燃氣輪機

渦扇發(fā)動機和燃氣輪機在原理和結(jié)構(gòu)上極為相似。在發(fā)動機中，葉片的數(shù)量最多且質(zhì)量要求最高，主要包括壓縮機葉片和渦輪葉片。由于航空發(fā)動機追求輕量化，葉片通常較小，主要采用鈦合金和高溫合金材料，復(fù)合材料則是當前的發(fā)展趨勢。相比之下，燃氣輪機更注重強大的動力輸出，對輕量化的需求不高，其葉片主要由鈦合金、高溫合金和不銹鋼材料構(gòu)成，通常比航空發(fā)動機的葉片更大。

從加工工藝上來看，“兩機”的壓氣機葉片一般通過復(fù)雜的鍛造工藝完成，包含擠壓，墩頭，預(yù)鍛，終鍛，激光切邊，拋修進排氣邊，精銑榫頭等。

鍛造葉片的質(zhì)量檢測，主要針對銑進排氣邊工序，拋修進排氣邊工序，成品完整葉型檢測等。因此監(jiān)控進排氣邊飛邊趨勢從而指導(dǎo)加工，針對極薄的前尾緣輪廓度測量評價往往是鍛造葉片質(zhì)量檢測的痛點，同時兼顧提升鍛造葉片的測量精度和效率，也是該領(lǐng)域質(zhì)量檢測的發(fā)展趨勢。

蔡司針對鍛造葉片的過程檢測和終檢提供了成熟可靠的解決方案，既能夠監(jiān)控飛邊加工趨勢，同時也能夠保證良好的測量效率。ZEISS CONTURA 集成了MASS多測頭技術(shù)，可以在主動式測頭, 旋轉(zhuǎn)頭，白光測頭和激光測頭之間快速更換,以滿足不同的葉型測量需求。

▲接觸式葉型測量

▲線激光葉型掃描

▲白光葉型掃描

當前葉型尺寸的非接觸式測量是當下的發(fā)展趨勢，蔡司線激光測頭每秒至少可采集250000個點，每秒至少可采集400條輪廓線，因此可以更真實的反映整個葉型輪廓的形貌特征，測量效率也不會受到測量截面數(shù)量的影響。

對于高扭曲葉型和極薄的前尾緣輪廓測量，蔡司白光測頭不僅可以有效避免接觸式測量所造成的測針余弦誤差，由于蔡司白光測頭最小光斑尺寸僅8um，同時還可以完成極薄的前尾緣輪廓的高精度測量要求。

ZEISS INSPECT Airfoil軟件以強大的功能性，便捷的操作和靈活性著稱，針對鍛造葉片前尾緣的飛邊參數(shù)（開放式葉型）評定是ZEISS INSPECT Airfoil的亮點之一。

正如下圖報告頁面所展示，ZEISS INSPECT Airfoil可直觀顯示整體盆背輪廓偏差情況和飛邊趨勢，也可單獨針對葉盆和葉背進行擬合，分別評價相應(yīng)的形狀輪廓偏差。針對前尾緣處飛邊厚度偏差也可直觀顯示，便于技術(shù)人員進行后續(xù)工序的機加參數(shù)調(diào)整。

針對壓氣機葉片的終檢，即完整葉型檢測，由于有些壓氣機葉片的前尾緣R角很小，甚至可達0.2mm左右，在葉型位置及角度誤差的影響下，如何真實反映壓氣機葉片前尾緣輪廓度也是當下該領(lǐng)域的痛點之一。

ZEISS INSPECT Airfoil 采用了先進的三維補償技術(shù)，可保證無論實際葉型扭曲有多么夸張，該補償算法總能根據(jù)實際三維曲面補償探針半徑，從而真實地反映實際葉型輪廓。

上圖展示了綠色輪廓線代表的實際葉型曲線與黑色輪廓線代表的理論葉型曲線之間存在明顯的位置誤差。然而，通過利用ZEISS INSPECT Airfoil 的實際三維曲線補償技術(shù)，我們可以準確捕捉到葉片的真實形態(tài)，避免了打結(jié)、縮頸等異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)。

再論渦輪葉片，即鑄造葉片，其加工過程極為復(fù)雜。這一過程包括蠟?zāi)Ｄ＞叩闹苽?、蠟?zāi)＜疤沾尚托镜某尚?、組樹、制殼、脫蠟焙燒、澆鑄成型、脫殼清理、粗加工、精加工及涂層的制備等多個步驟。

在整個加工流程中，檢測環(huán)節(jié)主要涉及蠟?zāi)Ｄ＞摺⑾災(zāi)?、陶瓷芯、粗加工鑄造葉型、榫頭以及精加工葉型等關(guān)鍵部分。蔡司能夠針對這些環(huán)節(jié)提供相應(yīng)的質(zhì)量解決方案。例如，在蠟?zāi)ｋA段，ZEISS ATOS Q 能夠?qū)δ＞摺⑻沾尚竞拖災(zāi)＿M行全域掃描和輪廓評價，準確地識別出加工過程中的質(zhì)量缺陷，有效預(yù)防潛在問題的發(fā)生，從而起到降低成本的效果。

在材料端，蔡司顯微鏡解決方案可以針對渦輪葉片進行熱障涂層厚度分析，斷口面失效分析等，例如蔡司的EVO掃描電鏡可針對渦輪葉片的斷口面進行失效分析。

利用蔡司的光學(xué)顯微鏡例如Axio系列，可進行表面鍍層厚度分析，鍍層內(nèi)缺陷觀察，表面微裂紋觀察等。

對于鑄造葉片的全域掃描分析，ZEISS ATOS 5 for Airfoil 為客戶提供了令人滿意的解決方案。這款設(shè)備配備了藍光均衡器和快速圖形處理功能，具有短曝光時間和高精度的特點。單次掃描能夠捕獲高達1200萬個測量點，其極高的分辨率能夠精確地掃描葉片前緣和尾緣的微小細節(jié)。

在榫頭加工和葉型加工階段，客戶通常希望將測量設(shè)備集成到生產(chǎn)線中，實現(xiàn)自動化測量。這要求現(xiàn)場型三坐標測量設(shè)備具有高性能，不僅要占地面積小，還要確保測量過程高效、穩(wěn)定且精準。ZEISS DuraMax 工作間型三坐標測量機滿足這些需求，是理想的選擇。

ZEISS DuraMax 具備占地面積小，全封閉，一體式鑄鐵平臺的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，保證了三坐標的長時間穩(wěn)定運行，同時DuraMax 可搭載四軸聯(lián)動轉(zhuǎn)臺，可滿足復(fù)雜多聯(lián)葉片的測量要求。DuraMax 配合CALYPSO軟件功能，可實現(xiàn)ZVP快速打點技術(shù)，陣列測量技術(shù)，最小測針更換等提高測量效率的功能，保證在自動化車間現(xiàn)場的高節(jié)拍測量要求。

ZEISS INSPECT Airfoil 在榫頭和葉型評價方面的能力卓越，其完全基于CAD的交互操作不僅使編程過程可視化，而且易于理解。根據(jù)客戶的具體需求，葉型和榫頭的報告可以定制化設(shè)計，報告模板種類豐富，易于閱讀。

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當然，針對渦輪葉片的缺陷和內(nèi)外部尺寸檢測，蔡司的METROTOM 和BOSELLO 系列產(chǎn)品，均可協(xié)助客戶在渦輪葉片的生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)從蠟?zāi)５匠善返膬?nèi)外部尺寸及缺陷質(zhì)量控制。