在航空航天領域，民用航空發(fā)動機輕量化減重的發(fā)展趨勢，致使風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，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。

蔡司三維光學測量系統(tǒng)應用于碳纖維風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?？煽康馁|量及檢測效率。

客戶挑戰(zhàn)（一）風扇葉片表面缺陷檢測

碳纖維復合材料在航空發(fā)動機風扇葉片中應用率高達70%，其比強度（抗拉強度/密度）顯著優(yōu)于金屬材料。但各向異性結構導致其對局部缺陷極為敏感，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，易因工藝應力或熱應力產生以下缺陷：

l 分層與脫粘：膠層與纖維界面因固化收縮或振動載荷發(fā)生分離

l 微裂紋與纖維斷裂：應力集中導致樹脂基體開裂或纖維束斷裂

l 孔隙與氣泡：層壓過程中氣體殘留形成空洞，降低局部強度

蔡司解決方案

針對風扇葉片的檢測，蔡司光學條紋投影系統(tǒng)ATOS的技術優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，例如前后緣的高分辨率網格獲取、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)評價等。

由于風扇葉片扭曲度大、葉身較長，蔡司可根據客戶的需求進行定制化夾具設計。這類夾具用于風扇葉片的光學檢測時，具有無需貼點、裝夾快速、定位精度高的特點。同時，同一框架可滿足同一系列產品的批量測量需求。

在碳纖維鋪層階段，膠帶末端是很重要的質量控制要素。ZEISS ATOS 5 for Airfoil 測頭單幅照片分辨率高達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量缺陷。

客戶挑戰(zhàn)（二）風扇葉片翼型輪廓評價

碳纖維風扇葉片的幾何復雜性（三維彎掠、漸變厚度、異形榫根）和材料敏感性（分層風險、涂層完整性）決定了傳統(tǒng)檢測手段的局限性。條紋投影光學掃描通過非接觸式全場測量，實現(xiàn)了從設計驗證到維修再生的全流程閉環(huán)管控：

l 針對全域輪廓色差分析

l 針對特殊翼型構型的參數(shù)評價

蔡司解決方案

在翼型加工至成品階段，ZEISS ATOS 5 測頭可以對翼型進行全域輪廓分析，指導下一步加工；同時，可根據風扇葉片的工藝要求，對翼型參數(shù)進行評價，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，是針對風扇葉片的絕佳測量方案。結合MV400 和 Plus 29M MV 1000 鏡頭，可滿足不同風扇葉片的測量需求—— 無論是表面缺陷檢測，還是翼型參數(shù)分析，尤其是針對特殊前尾緣構型的翼型檢測，均能勝任。

客戶挑戰(zhàn)（三）風扇葉片振動測試

近年來，噴氣式發(fā)動機的尺寸越來越大，最大發(fā)動機的風扇直徑可達340cm。 在運行過程中，重載會對葉片產生影響（如風壓、振動、向心力），這是導致葉片在整個使用壽命期間性能發(fā)生變化的原因。 一項關鍵任務是，維護運營部門需采用高效且經濟的方式（在維護過程中）檢測出設備的裂縫和損壞情況。 第二個任務是降低運行過程中的噪音——這種噪音同樣是由振動引起的，而有關振動行為的信息對研發(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)，可對成品風扇葉片進行錘擊測試，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)可以達成以下應用：

l 通過錘擊測試進行振幅分析

l 進行運行撓度形狀分析并識別固有頻率

對風扇葉片進行錘擊時，ARAMIS系統(tǒng)通過振動測試檢測風機葉片內部的裂紋或損壞。若存在裂紋，與完好部件的結果相比，固有頻率會發(fā)生變化。