在航空航天領(lǐng)域，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化減重的發(fā)展趨勢，致使風(fēng)扇葉片從鈦合金材料發(fā)展為碳釬維材料。碳纖維具有重量輕、剛性好的特點(diǎn)，其工藝涉及碳纖維鋪層、樹脂注射及固化、榫根加工、碳釬維前緣包邊等流程。

蔡司三維光學(xué)測量系統(tǒng)應(yīng)用于碳纖維風(fēng)扇葉片的工藝流程中，從碳纖維鋪層、榫根加工到最后成品均有覆蓋，以確保可靠的質(zhì)量及檢測效率。

客戶挑戰(zhàn)（一）

風(fēng)扇葉片表面缺陷檢測

碳纖維復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片中應(yīng)用率高達(dá)70%，其比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度/密度）顯著優(yōu)于金屬材料。但各向異性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其對(duì)局部缺陷極為敏感，尤其是膠帶末端等幾何突變區(qū)域。

膠帶末端是碳纖維鋪層粘接的終止點(diǎn)，易因工藝應(yīng)力或熱應(yīng)力產(chǎn)生以下缺陷：

• 分層與脫粘：膠層與纖維界面因固化收縮或振動(dòng)載荷發(fā)生分離

• 微裂紋與纖維斷裂：應(yīng)力集中導(dǎo)致樹脂基體開裂或纖維束斷裂

• 孔隙與氣泡：層壓過程中氣體殘留形成空洞，降低局部強(qiáng)度

蔡司解決方案

針對(duì)風(fēng)扇葉片的檢測，蔡司光學(xué)條紋投影系統(tǒng)ATOS的技術(shù)優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，例如前后緣的高分辨率網(wǎng)格獲取、快速的檢測節(jié)拍，表面缺陷檢測，全域輪廓分析及翼型參數(shù)評(píng)價(jià)等。

由于風(fēng)扇葉片扭曲度大、葉身較長，蔡司可根據(jù)客戶的需求進(jìn)行定制化夾具設(shè)計(jì)。這類夾具用于風(fēng)扇葉片的光學(xué)檢測時(shí)，具有無需貼點(diǎn)、裝夾快速、定位精度高的特點(diǎn)。同時(shí)，同一框架可滿足同一系列產(chǎn)品的批量測量需求。

在碳纖維鋪層階段，膠帶末端是很重要的質(zhì)量控制要素。ZEISS ATOS 5 for Airfoil 測頭單幅照片分辨率高達(dá)1200萬像素，通過ZEISS INSPECT 軟件中的表面缺陷圖，可輕松發(fā)現(xiàn)碳纖維膠帶末端的質(zhì)量缺陷。

客戶挑戰(zhàn)（二）風(fēng)扇葉片翼型輪廓評(píng)價(jià)

碳纖維風(fēng)扇葉片的幾何復(fù)雜性（三維彎掠、漸變厚度、異形榫根）和材料敏感性（分層風(fēng)險(xiǎn)、涂層完整性）決定了傳統(tǒng)檢測手段的局限性。條紋投影光學(xué)掃描通過非接觸式全場測量，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)驗(yàn)證到維修再生的全流程閉環(huán)管控：

• 針對(duì)全域輪廓色差分析

• 針對(duì)特殊翼型構(gòu)型的參數(shù)評(píng)價(jià)

蔡司解決方案

在翼型加工至成品階段，ZEISS ATOS 5 測頭可以對(duì)翼型進(jìn)行全域輪廓分析，指導(dǎo)下一步加工；同時(shí)，可根據(jù)風(fēng)扇葉片的工藝要求，對(duì)翼型參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，例如前尾緣、葉盆葉背輪廓度、弦長、厚度等尺寸。

ZEISS ScanBox 5110/ScanBox 5120 配置ZEISS ATOS 5 for Airfoil 測頭，是針對(duì)風(fēng)扇葉片的絕佳測量方案。結(jié)合MV400 和 Plus 29M MV 1000 鏡頭，可滿足不同風(fēng)扇葉片的測量需求—— 無論是表面缺陷檢測，還是翼型參數(shù)分析，尤其是針對(duì)特殊前尾緣構(gòu)型的翼型檢測，均能勝任。

客戶挑戰(zhàn)（三）風(fēng)扇葉片振動(dòng)測試

近年來，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸越來越大，最大發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇直徑可達(dá) 340cm。 在運(yùn)行過程中，重載會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生影響（如風(fēng)壓、振動(dòng)、向心力），這是導(dǎo)致葉片在整個(gè)使用壽命期間性能發(fā)生變化的原因。 一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)是，維護(hù)運(yùn)營部門需采用高效且經(jīng)濟(jì)的方式（在維護(hù)過程中）檢測出設(shè)備的裂縫和損壞情況。 第二個(gè)任務(wù)是降低運(yùn)行過程中的噪音——這種噪音同樣是由振動(dòng)引起的，而有關(guān)振動(dòng)行為的信息對(duì)研發(fā)部門來說非常重要。

蔡司解決方案

通過ZEISS ARAMIS高速三維測試系統(tǒng)，可對(duì)成品風(fēng)扇葉片進(jìn)行錘擊測試，從而獲取葉片的三維振幅、固有頻率及錘擊變形趨勢分析（ODS ： Operational Deflection Shape）。

通過ARAMIS高速三維測試系統(tǒng)可以達(dá)成以下應(yīng)用：

• 通過錘擊測試進(jìn)行振幅分析                        

• 進(jìn)行運(yùn)行撓度形狀分析并識(shí)別固有頻率

對(duì)風(fēng)扇葉片進(jìn)行錘擊時(shí)，ARAMIS系統(tǒng)通過振動(dòng)測試檢測風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)部的裂紋或損壞。若存在裂紋，與完好部件的結(jié)果相比，固有頻率會(huì)發(fā)生變化。