《航空发动机压气机叶片叶型坐标检测规范》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXX

团体标准

T/CSTMXXXXX-XXXX

航空发动机压气机叶片叶型坐标检测规范

Aero-EngineCompressorBladeProfileInspectionStandardforCMM

（征求意见稿）

20XX-XX-XX发布20XX-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX-XXXX

航空发动机压气机叶片叶型坐标检测规范

1范围

本文件规定了航空发动机压气机叶片叶型三坐标检测过程及测量要求。

本文件适用于军用和民用航空发动机压气机叶片叶型三坐标检测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

HB5647叶片叶型的标注公差与叶身表面粗糙度

HB20126发动机叶片坐标测量要求

3术语和定义

HB5647和HB20126界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

叶型bladeprofile

具有专门气动外型的叶片剖面。

3.2

叶背convexairfoilsurface

叶身向外凸的表面，沿这一表面气流的压力较低。

3.3

叶盆concaveairfoilsurface

叶身向内凹的表面，沿这一表面气流的压力较高。

3.4

中弧线medialcamberline

叶型内切圆圆心的连线，并在前后缘圆心按切线方向延伸到同前、后缘相交的线。

3.5

前缘点leadedgepoint

截面中弧线穿透前缘型线所形成的交点为前缘点。

3.6

后缘点tailedgepoint

截面中弧线穿透尾缘型线所形成的交点为后缘点。

3.7

型线profileline

叶片几何形状沿某一垂直于理论积叠轴的截面剖切，形成的边缘线。

1

T/CSTMXXXXX—XXXX

3.8

弦线chordline

叶型前缘和后缘的公切线。

3.9

弦长chordlength

叶型在弦线上的投影。

3.10

截面位置度sectionposition

截面实测点云与理论截面型线配准后，各截面积叠点相对理论积叠点距离的2倍。

3.11

弦线角chordangle

叶型弦线与叶型测量基准X轴的夹角。

3.12

叶型厚度bladeprofilethickness

被叶型限制的垂直于叶型中弧线的线段。

3.13

前/后缘厚度lead/tailedgethickness

在前/后缘指定位置上的叶型厚度。

3.14

最大厚度maximumthickness

叶型厚度的最大值。

3.15

定义截面definedsection

确定叶身轮廓形状的剖面，它垂直于Z轴。

3.16

检验截面inspectionsection

供检验用的规定截面。

3.17

坐标测量机coordinatemeasuringmachine

通过运转探测系统测量工件表面空间坐标的测量系统。

3.18

球形针spherestyleprobe

尖端为球状的测针，测针和测杆采用承插连接或者球面连接的方式粘结。

3.19

柱形针cylindricalstyleprobe

测杆与尖部半球等直径且可用于有效测量的测针。

3.20

测头余弦误差probecosineerror

对于三坐标球形针，当触测方向与被测点法线方向不一致，三坐标球形针记录的球心位置到被测点

的距离减去球头半径，所得到的差值即为测头余弦误差。

4测量流程

2

T/CSTMXXXXX-XXXX

航空发动机压气机叶片叶型三坐标测量流程如图1所示。

图1压气叶片叶型三坐标检测流程

4.1测量准备

4.1.1一般要求

测量前应做如下检查：

a)测量前应检查测量设备、工装、工具等标识是否齐全，确保处于计量有效期内；

b)检查设备与控制柜、电脑通讯是否处于正常状态，保证正常可用；

c)检查设备运行范围内是否有障碍物，确保运行安全；

d)使用无尘布擦拭测针校验标准球及测头测针；

e)检查被测叶片的零件号、批次号或样品编号是否与测量要求相一致；

f)清洁待检叶片表面，确保无油污、灰尘及其它污浊痕迹；

g)确保测量人员接受过叶片测量相关基础知识的培训并具有上岗操作资质。

4.1.2环境设置

所处环境温度应满足如下要求：

a)温度要求：20℃±2℃，若不满足时则应开启测量机温度补偿功能；

b)温度时间梯度：≤1℃/h&≤2℃/24h；

c)温度空间梯度：≤1℃/m。

4.1.3测针校验

选取校验方式，应根据机台实际情况，利用标准量具进行校验时应注意：

3

T/CSTMXXXXX—XXXX

a)根据测量产品的要求，以每班或每日为周期进行校验，当出现异常情况——测针碰撞或松动时，

则应立刻进行校验；

b)测针长时间使用后测针会产生磨损，标准偏差和形状误差超出1.5微米即需要更换；

c)保证量具在校验有效期内。

测针触测标准球时，校验不同测头角度下的标准差。基于此项目的测针配置，标准偏差≤1.5μm。

触测校验设置如下:

a)导入标准球的标定直径和支撑矢量方向；

b)定义测点数为15个点以上，具体测量点数可根据产品测量要求进行增加或者减少，最少点数

不得少于5个点；

c)测点层数、起始角和终止角，标准球校验示例如下图所示（定义层数为3层，起始角为0度，

终止角为90度）；

d)柱形针在球形针检验基础上向下偏移一个偏置量，在测杆上触测标准球赤道；

e)查看对应测头角度下测针的有效直径和校验结果的标准差。

若标准差超过1.5μm应检查：

a)测针连接是否稳固；

b)测针尖端是否干净无附着物；

c)测针尖端是否磨损严重需要更换；

d)标准球是否稳固；

e)标准球是否干净无附着物；

标准球表面是否磨损需要更换。

4.1.4装夹

针对压气机叶片特点，典型通用夹具如图2所示，装夹要求如下：

a)压气机叶片榫头平面分别贴紧活动钳口和固定钳口侧面；

b)榫头下表面与钳口上表面贴紧如图3所示；

c)榫头曲面与限位块贴紧；

d)允许使用其他夹具，必须限制六个自由度，且需要开展重复性和一致性测试，测试结果应通过

重复性和一致性的判定方法为准。

4

T/CSTMXXXXX-XXXX

图2典型夹具实物图

图3叶片夹具与装夹示意图

4.2测量过程

4.2.1坐标系的采点和拟合

对于有榫根的压气机叶片，采用榫头处取点迭代的方式建立坐标系，主要参数为取点数和取点分布，

取点分布对测量结果稳定性的影响大于取点数目的影响。

4.2.1.1取点数目规则

坐标系创建时的测量取点数目规则应满足如下要求：

a）根据实际叶片大小和结构，在榫根A基准和B基准平面上沿长边和短边向内缩进一段距离，并根

据图纸精度要求确定拟合坐标系的取点密度，但应保证长边和短边均布取点数不低于2个；

b）C基准取点点位应为A基准和B基准拟合中心点的中分点，如图4所示；

c）对于A基准和B基准平面，应在保证效率的前提下尽量多取点。

图4C基准取点示意图

4.2.1.2取点分布规则

沿基准面最大范围均匀分布。图5和图6为某型号压气机叶片榫头取点示例。

5

T/CSTMXXXXX—XXXX

图5榫头侧面安装边上取点规则示意

图6榫头C基准面上取点规则示意

4.2.1.3拟合坐标系的方法

采用迭代拟合创建测量坐标系时，应考虑如下原则：

a）根据精度要求设置合适的拟合坐标系偏差阈值，建议阈值不超过0.01mm；

（注：若坐标系拟合迭代结果不满足偏差阈值要求时，测量重复性满足要求时，可放宽阈值）

b）推荐使用3D拟合方式建立坐标系；

c）利用矢量最小二乘法作为最佳拟合方法；

d）对于PC-DMIS测量系统，推荐的测量坐标系创建设置如图7所示。

图7PC-DMIS测量坐标系创建推荐设置

6

T/CSTMXXXXX-XXXX

4.2.2扫描叶型轮廓

4.2.2.1测量程序

按照测量要求，在相应截面高度上编写相应三坐标测量程序。

4.2.2.2扫描路径

扫描路径的规划应基于零件坐标系，按照叶片叶型检测技术文件要求设置扫描路径，具体应满足如

下要求：

a）具体的扫描路径可以通过理论模型上进行截取获得；

b）也可直接使用已有叶型理论坐标文件，生成具体的扫描路径。

4.2.2.3分段扫描方式

多端扫描分段原则：应根据图纸要求、叶型结构和尺寸、测量机测量模式、测座旋转量程、扫描算

法等因素对扫描轮廓分段，以能通过重复性和一致性判定方法为准。

推荐的分段扫描方式如图8所示，具体要求如下：

a）采用两段式扫描时，测针尖端位置越过扫描起始位置，使得测针与叶片接触点位于测杆上，扫

描至叶片另一端，测针尖端位置越过扫描终止位置，接触点位于测杆上；

b）采用四段式扫描，不进行过扫描。

图8过扫描两段式扫描和四段式扫描示意图

4.2.2.4测针类型

测针类型可选取球形针或柱形针。

4.2.2.5测针直径

采用球形测针接触式测量时，测针直径的选取应考虑如下原则：

a）测量前缘后缘轮廓度、弦长和弦角时应考虑测针直径带来的影响；

b）叶型大曲率区域测量时应考虑测针直径的影响；

c）测针直径取值区间为Φ1mm~Φ2mm。

4.2.2.6扫描速度

采用接触式扫描测量时，扫描速度的设置应考虑如下原则：

a）叶盆叶背扫描速度设置为1mm/s~8mm/s；

b）前缘后缘扫描速度设置为1mm/s~2mm/s；

c）在允许的扫描速度范围内，为获取准确的测量结果，应选取较小的速度。

4.2.2.7点密度

测量系统的采点密度应考虑如下原则：

a）点密度变化直接影响叶型轮廓度、叶型位置度和扭转的测量值；

7

T/CSTMXXXXX—XXXX

b）在高曲率叶片中，叶盆叶背和前缘后缘测点数比值直接影响叶型位置度和扭转的测量值；

c）前缘后缘点密度设置为20pts/mm～35pts/mm，叶盆叶背点密度设置为不低于2pts/mm较为适宜。

4.2.2.8多探针

多探针测量叶片时，各探针之间的误差会直接影响测量结果的准确性。测量前应校验测针并确认多

测针的关联偏差，其中多测针中心点偏差应不超过3µm，以确保测量结果的准确性。如有特殊要求时，

应根据实际要求设置不同的误差允许范围。

4.2.3其他要求

对于本标准暂未涉及的其他压气机叶片叶型检测影响因素，其合理的取值应满足如下原则：

a）应经过重复性测量试验验证，具体要求见附录A；

b）应经过一致性测量试验验证，具体要求见附录B；

c）相关试验验证结果、总结分析报告应提交叶片设计方审批。

4.3结果分析

4.3.1软件算法

利用叶片分析系统进行数据处理主要涉及数据去噪、平滑、测头半径补偿等操作，其目的是为了降

低数据的测量误差、提高后续评价参数计算的准确性。而叶片检测行业无相关算法标准可以依据，因此

各品牌叶片软件后处理算法封闭，算法不尽相同。为保持叶片评价分析结果的一致性，具体叶片叶型参

数评价分析软件算法的设置应与叶片设计要求相一致。

4.3.2数据处理

测量前应准备以下文件：

a）算法文件：按照图纸要求使用叶片分析系统创建算法文件；

b）公差文件：按照图纸要求使用叶片分析系统创建公差文件；

c）理论文件：按照数模或者图纸创建理论值文件。

测量后应如下处理：

a）蔡司程序测量完成导出测量程序中补偿前的点位数据，生成通用格式数据文件；

b）温泽程序测量完成后，导出测量程序补偿后的点位数据，生成通用格式数据文件；

c）海克斯康程序，测量完成后，生成通用格式数据文件；

d）测量完成后使用叶片分析系统打开通用格式数据文件，输出评价分析结果。

4.4测量报告

叶型测量完成后，应出具测量报告，测量报告包括但不限于以下内容：

a）叶型测量数据；

b）各检测截面的型线/面轮廓度对比图。

8

T/CSTMXXXXX-XXXX

附录A

（规范性）

重复性判定准则

A.1重复性测量要求

依据测量系统分析手册的规定，重复性为：当测量条件已被确定和定义，以确定的零件、仪器、标

准、方法、操作者、环境和假设之下，系统内部的变差。除了设备内部的变差之外，重复性还包括在误

差模型中的任何条件下的内部变差。

利用同一位操作员对同一批叶片进行多次重复测量，评价测量设备差异，按公式A.l和A.2计算：

…………………（A.1）

𝐸

%𝐸=𝑈�−𝑈�

…………………（A.2）

�

∗

𝐸=6��=6�2

式中：

USL——规格上限；

LSL——规格下限；

——重复测量同一个特征的极差的平均值，极差即同一个因素多次重复测量中最大值与最小值

之差；

�——计算重复测量标准差的系数。

∗

�2

A.2判定准则

测量系统测试特征时结果判定原则如下：

a）特征重复度指标%EV小于等于10%时，称为该评价的重复性良好；

b）特征重复度指标%EV大于10%且小于等于30%时，称为该评价的重复性合格；

c）特征重复度指标%EV大于30%时，称为该评价的重复性不良；

d）当某叶片的全部测量重复性指数均为良好，称为该叶片测量系统工作良好；当部分或者全部测

量重复性指标为合格时，称为该叶片测量系统工作合格；当出现重复性不良的重复性指标时，

称为该叶片测量系统工作不良。

9

T/CSTMXXXXX—XXXX

附录B

（规范性）

测量结果一致性评判

B.1测量结果一致性评判规则

一致性则是将叶片检测工艺规范在不同单位间开展测试比对，以验证检测工艺规范在各单位间的适

用性。设有n家测试比对单位，则一致性指标按公式A.3计算。

�

�…………………（A.3）

�𝑗−�𝑗

��=�∙𝑗

式中：

——第j个单位在第i参数上的测量结果；

�𝑗——第i参数的参考值，；

1�

�k�—�—包含因子，一般情况k=�2𝑗；=��=1�𝑗

——第i个参数上的标准不确定度，按公式A.4和A.5计算。

𝑗�𝑗−�𝑗

…………………（A.4）

22

𝑗=�𝑗+�𝑗