复合式叶片型面测量系统的误差分析与补偿

李 兵，陈 磊，丁建军，蒋庄德

（1.西安交通大学机械工程学院，西安 710049；2.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室，西安 710049）

1 前言

以汽轮机、燃气轮机、航空发动机等为代表的叶轮机械在航空、航天、汽车、能源等领域有着广泛的应用。作为组成叶轮机械的关键零件，叶片的质量将直接影响叶轮机械整体性能的优劣以及运行的安全性[1～3]。而叶片上与工作介质相互作用并实现能量转换的是其型面部分，也称为叶身。出于空气动力学方面的考虑，叶片的叶身型面通常都设计成复杂的自由曲面，且对其制造精度要求极高[4]。尽管国内外许多学者针对物体三维轮廓的高精度数字化测量这一问题开展了大量的研究工作[5，6]，但由于叶片零件形状复杂且对测量的精度和效率都要求很高，目前还没有同时满足高效率和高精度的通用测量方法。

鉴于此，本文通过分析叶片零件的组成结构与特征，提出了一种复合式的叶片型面快速、高精度测量原理与方法，并基于此原理开发了叶片型面高精度测量系统。针对该复合式叶片型面测量系统，研究并提出了相应的误差分析与补偿方法，有效提高了系统的精度。

2 复合式叶片型面测量方法

2.1 物体三维轮廓的高精度测量

叶片的叶身型面在结构上属于自由曲面，而针对此类零件的测量方法主要有两大类，即接触式与非接触式，如图1所示。

接触式测量通过测头传感器与被测零件的表面相接触以获取表面点的坐标值，目前应用最为广泛的接触式测量设备是三坐标测量机（CMM）[7]；……