航太葉片三次元檢測技術發展

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姓名

杜佳政(Jia-Zhen Du ) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程研究所

論文名稱

航太葉片三次元檢測技術發展

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摘要(中)

航太葉片在功能性與安全性的需求下，在加工上具有相當嚴謹的品質要求，傳統上使用一維、二維量具與樣版規作為葉片檢測的工具，然而隨著三次元量測與軟體技術的普及，應用三次元量測以作為產品最終檢驗已是國外航太大廠的趨勢，因此，本研究乃是配合國內某航太廠之需求，發展風扇葉片與噴嘴另件機製尺寸之三次元檢測技術。
在風扇葉片方面，研究的重點著重於翼型面之三次元量測技術發展與量測資料分析。翼型面之檢測需要葉片藍圖與3D CAD模型兩項資料，藍圖提供擬檢測之所有尺寸與幾何公差之相關資訊，3D CAD模型則提供三次元量測規劃與量測資料分析時使用。本研究針對風扇葉片翼型面之檢測需求發展一完整的流程，主要發展的項目包括風扇葉片座標系統建立、翼型面等高度量測方法、葉片輪廓曲線量測方法、翼型面參數分析、輪廓公差分析等。所發展的技術已實際應用於該航太廠之葉片生產，並已獲得國外原廠對於檢測結果之認可。
在噴嘴另件之檢測方面，著重於座標系統之建立與自動化機製尺寸檢測程式之發展。噴嘴另件之座標系統建構方法使用六點定座標的方法，此一方法是許多葉片藍圖設定座標系統使用的方法，本研究發展一座標疊代的方法以設定三次元量測之座標系統。在自動化機製尺寸檢測程式發展方面，針對藍圖指定之數十項尺寸與幾何公差，發展自動化之量測及尺寸和幾何公差分析功能，該程式可在三十分鐘內完成噴嘴另件所有機製尺寸之檢測，明顯地比人工量測更迅速。

摘要(英)

The need in functionality and safety for blades in airplanes has made the quality control of the manufacturing of the blades to be an important work. One-dimensional gages, two-dimensional gages and templates are traditionally used for the inspection of blades. However, three-dimensional inspection is getting popular in some major aerospace industrial Companies as the coordinate measuring machines incorporating software technology has become matured. The purpose of this study is to develop three-dimensional inspection technology for fan blades and nozzle segments, which are manufactured by one of the aerospace industrial Companies.
The study in fan blades is focused on the development of coordinate measuring metrology for airfoil and the analysis of the measured data. It requires the blueprint and the 3D CAD model as the input, where the blueprint is used to obtain the information required for measurement and the 3D CAD model is used for measurement planning and data analysis purpose. This study develops an integrated procedure for the inspection of fan blades, including coordinate system setup, constant height measurement method for the airfoil, blade profile measurement, airfoil parameter analysis and profile tolerance analysis. The proposed technology has been applied to the manufacturing of a type of fan blade. The analysis results have also been verified.
The study in nozzle segment is focused on the coordinate system setup and the development of a program for automatic inspection of the machining dimensions. The coordinate setup method is based on so-called six-points coordinate setup method, which is widely used in blade blueprints. This study develops an iterative method for the setup of the coordinate system on the coordinate measuring machine. The automatic measurement procedure is developed based on the dimensions specified by the blueprint. The program can measure all the machining dimensions of a nozzle segment within thirty minutes, which is obviously faster than manual operations.

關鍵字(中)

★ IGES
★ 三次元量床
★ 噴嘴另件
★ 量測規劃
★ 風扇葉片

關鍵字(英)

★ CMM
★ Fan blade
★ IGES
★ Inspection planning

論文目次

中文摘要I
英文摘文II
致謝III
目錄IV
圖目錄VII
表目錄X
第一章緒論1
1.1 前言1
1.2 文獻回顧2
1.3 研究方法4
1.3.1 三次元量測7
1.3.2 IGES CAD格式11
1.4 論文架構21
第二章三次元檢測與量測規劃22
2.1 前言22
2.2 由藍圖進行三次元檢測規劃23
2.2.1 座標系統設定24
2.2.2 幾何公差種類25
2.2.3 最大實體狀態26
2.3 由CAD模型進行量測規劃27
2.3.1 CAD模型之IGES資料結構32
2.3.2 由IGES資料擷取點?資料32
2.3.3 由IGES資料擷取曲線39
2.3.4 由IGES資料擷取曲面42
2.3.5 量測規劃與掃描量測50
2.3.6 誤差分析53
2.4 範例結果54
2.4.1 電腦風扇葉片曲面之檢測54
2.5 討論58
第三章風扇葉片翼形面檢測59
3.1 前言59
3.2 葉片翼形面參數定義61
3.3 座標系統設定65
3.4 等高翼形面曲線量測68
3.5 葉片參數分析程序70
3.6 討論78
第四章噴嘴另件機製尺寸檢測80
4.1 前言80
4.2 座標系統設定83
4.2.1 座標系統設定83
4.2.2 座標系之更動87
4.3 基準之關聯性90
4.3.1 NLD4基準之建立方法90
4.3.2 NLD3基準的建立方法92
4.3.3 PE基準的建立96
4.3.4 PD基準的建立方法97
4.3.5 其他基準的建立97
4.4 機製件之檢測99
4.4.1 尺寸公差之檢測99
4.4.2 幾何公差之檢測103
4.5 軟體功能介紹109
4.6 基準之檢測結果與討論114
第五章結論與未來展望117
5.1 結論117
5.2 未來展望118
參考文獻120

參考文獻

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指導教授

賴景義(Jiing-Yih Lai)

審核日期

2001-7-11

推文