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涡轮和压缩机叶片冷却孔的内部测量

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涡轮发动机在越来越高的温度下运行,以实现最大排气速度和最佳效率。 内部温度高达 2000°C 并超过涡轮叶片的熔点。 为防止自毁,涡轮叶片内嵌有多达 500 个特殊形状的冷却孔的先进冷却系统。

这些孔在燃烧气体和叶片之间循环一层薄薄的湍流空气层。 它们对于安全和长期使用发动机至关重要。

至关重要的是,每个冷却孔在角度、尺寸、位置和形状方面都与 CAD 数据集完全对应。 冷却孔是自由形状的,因此测量起来非常复杂。

传统的计量技术在几何形状和光洁度方面无法提供内部+孔测量的解决方案,此外,孔入口几何形状可能更复杂,具有锥形入口点,如图所示

这些测量挑战现在通过采用垂直焦点探测的 Bruker Alicona 光学焦点变化技术来解决。
这种技术允许对深度直径比高达 10-1 的孔进行内部测量,并在下面简要介绍。垂直聚焦探测基于部分光的使用。 这意味着除了同轴光之外,还使用了来自不同方向的光。 结果,从垂直表面漫反射的单个光线再次被物镜捕获,从而能够以高分辨率对超过 90° 的侧面进行可追溯和可重复的测量。

压缩机叶片中的冷却孔具有不同的位置和方向。 由于物镜的工作距离,这通常会导致难以到达和测量孔。 因此,Bruker Alicona 开发了一种工作距离为 130 mm 的物镜,克服了这一限制。

在这种情况下,创建了带有一系列 EDM 孔的测试板,如图 3 所示。这些孔代表冷却孔应用中使用的典型孔。

该板固定在安装在 Bruker Alicona μCMM 上的 AR3D 旋转装置中。

使用 Vertical Focus Probing 可以创建孔内部的 3D 数据集。
下图所示的第一个平行孔的直径为 534 μm,长度为 2.2mm。

图 6 中所示的第二个锥形入口孔显示了测量异形孔几何形状并沿其整个长度进行测量的能力。

使用此数据集,内置分析软件执行几何测量,如下所示。 这包括沿孔的不同位置的进入角和直径。

由于 Bruker Alicona μCMM 具有 0.8+L/600 的高精度,因此可以在不连接的情况下测量多个孔并将它们的位置相互关联。 例如,可以确定位置公差。

使用 MetMaX 自动化软件可以实现完全自动化。上传组件(例如涡轮叶片)的 CAD 数据集后,操作员只需单击鼠标即可选择要测量的 GD&T、冷却孔或 PMI(产品制造信息)参数。
MetMaX 然后自动配置理想的测量策略,以优化零件的 3D 测量。 MetMaX 软件自动计算 XYZ 方向的探测方向、倾斜、旋转角度和行进方向。 在测量开始之前,虚拟仿真确保了无碰撞的测量序列。

总结

从这份报告中可以清楚地看出,使用带有垂直焦点探测的焦点变化的光学计量可以轻松准确地测量各种尺寸和几何形状的冷却孔。 在 μCMM 上使用这项技术可以测量多个特征并将其设置为用于评估所需参数的关系。 MetMaX 提供了“我如何测量?”的功能。 到“我要测量什么?”。 由于这种演变,用户不需要任何特定的计量知识即可执行可靠的测量。

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马路科技成立于1996年,从逆向工程与快速原型应用整合,今日为华人市场上最专业的3D列印与3D扫描专家于各种产业。

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