第二期：渦輪葉片質(zhì)量控制

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渦輪葉片是燃氣輪機和航空發(fā)動機的熱端部件，采用熔模鑄造工藝，加工工藝極為復雜，包括蠟模及陶瓷芯制備、上殼、澆鑄成型、溶芯、精加工、激光打孔、涂層工藝等。ZEISS ScanBox 測量系統(tǒng)搭載 ATOS 系列測頭，可滿足從陶瓷芯到成品的一站式質(zhì)量控制需求。

蠟模及陶瓷芯階段

客戶挑戰(zhàn)

由于渦輪葉片屬于熱端部件，常在高溫高壓的環(huán)境下連續(xù)運行。當前，單晶葉片已成為發(fā)展趨勢，其具有剛性好、壽命長的特點，但制造成本很高。蠟模和陶瓷芯是高溫合金葉片工藝流程的前期工序，其質(zhì)量高低顯著影響后期工序的報廢率，因此，保證蠟模和陶瓷芯的全域輪廓尺寸及模具的質(zhì)量監(jiān)控至關重要。

針對蠟模、陶瓷芯及其模具的檢測需求如下：

●型芯余量和型芯座分析

●虛擬裝配/合模

●模具針對性修正

●更快速的模具驗收

●維護和修理

●模型的幾何驗證

●翹曲和收縮檢驗（局部/全局）

蔡司解決方案

ZEISS ATOS 系列是蠟模及陶瓷芯檢測的絕佳解決方案，可確保工藝質(zhì)量。對半模和型芯進行虛擬裝配分析，用于檢驗分模表面的偏置、半模適配性、形狀及型芯間隙。在熔模鑄造中，可檢驗陶瓷模具的壁厚，以評估其質(zhì)量和飛邊形成風險。

檢驗蠟型的收縮、裂紋和起泡清況，以便有針對性地修改模具和控制蠟型組裝，針對蠟型模具的三維測量數(shù)據(jù)，可顯示銑削誤差（包括銑削半徑不正確等問題），并可用作合格模板的數(shù)據(jù)備份。

三維數(shù)字化技木可在蠟模及陶瓷芯模具制造和維護過程中節(jié)省時間和成本。在蠟型、陶瓷芯模以及砂芯盒的CNC加工過程中，通過比對標稱數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)，可提前對每個制造步驟進行控制?；?D測量數(shù)據(jù)對模具進行針對性修正，可減少迭代循環(huán)時間。

通過確定模具的生命周期和使用壽命，可優(yōu)化維修維護計劃。對標稱－實際比較后得到的等值線進行反投影，有助于定位需要通過金屬切割方法進行焊接或返工的部件加工區(qū)域并標記，同時可對后續(xù)模具修正進行安全存檔。

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上殼階段

客戶挑戰(zhàn)

在完成陶瓷芯及蠟模制備后，需進行陶瓷浸潤涂料上殼處理。該步驟非常關鍵，因其會影響后續(xù)澆鑄工藝，故需檢查和控制陶瓷浸涂工藝中的涂層厚度，以確定模具涂層厚度對鑄造和熔煉的影響。因此，客戶面臨的核心挑戰(zhàn)包括：

●需測量上殼涂層逐層增長的厚度

●需通過色差反映不同位置處涂層厚度

蔡司解決方案

ZEISS ATOS 5 系列測頭憑借良好的重復牲和高精度，可逐層分析浸涂厚度，且能監(jiān)測相鄰兩次浸涂的厚度增長清況，為整個陶瓷型殼的浸涂工藝提供指導。

脫殼后精加工翼型及榫頭

客戶挑戰(zhàn)

脫殼后需對渦輪葉片進行首件檢驗，該檢驗通常在冷卻孔加工完畢且未進行熱障涂層噴涂之前進行。由于渦輪葉片的榫頭需安裝在渦輪盤上以達到良好的配合，同時轉子渦輪葉片為了符合設計要求的空氣動力學性能，且其構型多樣，包括封閉式翼型、半封閉式翼型、矩形、單劈縫、雙劈縫等， 因此對翼型參數(shù)的控制要求非常高，且要求通常更為靈活。

蔡司解決方案

ZEISS ATOS 系列測頭可滿足不同類型渦輪葉片的檢測需求。ZEISS ScanCobot 搭載 ATOS Q 測頭，可針對小型渦輪葉片實現(xiàn)陣列式批量測量，專用的工裝夾具設計可以輕松實現(xiàn)裝夾，且無需貼點。

ZEISS ScanBox 自動化系統(tǒng)搭載 ATOS 5 for Airfoil 測頭,可滿足最高的檢測吞吐量和節(jié)拍要求，實現(xiàn)渦輪葉片的翼型全參數(shù)分析及榫頭、葉冠和緣板的尺寸測量。

針對多聯(lián)扇段的喉道參數(shù)，該系統(tǒng)可進行全域掃描及評價。憑借高分辨率及多種軟硬件技術的升級整合，可實現(xiàn)渦輪葉片及其扇段的全參數(shù)評價，具體包括：

●定制化夾具設計

●VMR 虛擬計量室

●一鍵式程序生成

●多種藍光增強技木整合

●強大的軟件功能

●工業(yè)級設計，環(huán)境適應牲強

針對榫頭的測量參數(shù)評價，最終以圖形化的方式直觀呈現(xiàn)，清晰展示測量參數(shù)的具體位置及含義，同時可實現(xiàn)權重公差擬合、可變公差評價， 最大偏差以及最大超差等具體評價要求。

針對渦輪葉片的翼型參數(shù)評價，可實現(xiàn)多種構型要求，例如方形閉口、方形開口、圓弧開口、圓弧閉口等。

涂層及自適應加工

客戶挑戰(zhàn)

渦輪葉片和導向葉片是燃氣輪機渦輪部分的核心部件，其功能為引導并傳遞來自燃燒室的熱氣體膨脹能量，將其轉化為旋轉機械能。這些位于高溫區(qū)域的部件需承受極端溫度（使用氫氣燃料時高達1600°C），因此表面涂覆有特殊的熱障涂層（TBC），即陶瓷涂層。該涂層結合空氣冷卻技術（通過冷卻孔實現(xiàn)），共同構成鑄造葉片與導向葉片的熱防護體系，顯著提升其在耐高溫、抗磨損及抗撕裂方面的性能。值得注意的是，翼型幾何結構的優(yōu)化與涂層質(zhì)量對燃氣輪機整體效率具有決定性影響。在整個生命周期中，所有帶涂層部件在運行一定時長后均需通過翻新維護以保障性能延續(xù)。

渦輪葉片的噴涂、冷卻孔加工及疏通通常分為以下幾個步驟：

●渦輪葉片本體上進行激光打孔，進而進行噴砂處理

●進行第一次耐腐蝕涂層噴涂

●冷卻后進行第二次熱障涂層噴涂

●最終根據(jù)冷卻孔定位信息進行自適應加工（疏通）

▲本體，冷卻孔加工

▲耐腐蝕涂層噴涂

▲熱障涂層噴涂

▲冷卻孔自適應加工

因此在整個噴涂工藝流程中需進行如下質(zhì)量控制：

●針對渦輪葉片本體的全域掃描以及冷卻孔定位

●針對耐腐蝕涂層的厚度測量

●針對熱障涂層的厚度測量

●指導冷卻孔的二次加工定位

蔡司解決方案

ZEISS ScanBox 5110 是進行涂層測量及燃機渦輪葉片冷卻孔檢測的絕佳方案，定制化夾具工裝適配不同類型的渦輪葉片構型：

搭載 ATOS 5 for Airfoil 測頭使渦輪葉片涂層檢測具備絕佳的精度及重復性，1200萬像素以及微米級精度可完美體現(xiàn)渦輪葉片細微輪廓構型。同時，可通過全場或點跟蹤對零部件位置進行實時測量，從而在CNC加工工具或托盤上實現(xiàn)準確對齊。測量鑄坯的實際幾何形狀，可確保在生產(chǎn)中留有足夠的加工余量，并取代了傳統(tǒng)的標記方法。生成的測量數(shù)據(jù)還有助于優(yōu)化銑削路徑。

通過獲取冷卻孔的實際位置與法向，并與名義數(shù)模進行比對，可借助軟件內(nèi)部算法反饋至機床，實現(xiàn)自適應打磨及加工。

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