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第二期：涡轮叶片质量控制

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涡轮叶片是燃气轮机和航空发动机的热端部件，采用熔模铸造工艺，加工工艺极为复杂，包括蜡模及陶瓷芯制备、上壳、浇铸成型、溶芯、精加工、激光打孔、涂层工艺等。ZEISS ScanBox 测量系统搭载 ATOS 系列测头，可满足从陶瓷芯到成品的一站式质量控制需求。

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蜡模及陶瓷芯阶段

客户挑战

由于涡轮叶片属于热端部件，常在高温高压的环境下连续运行。当前，单晶叶片已成为发展趋势，其具有刚性好、寿命长的特点，但制造成本很高。蜡模和陶瓷芯是高温合金叶片工艺流程的前期工序，其质量高低显著影响后期工序的报废率，因此，保证蜡模和陶瓷芯的全域轮廓尺寸及模具的质量监控至关重要。

针对蜡模、陶瓷芯及其模具的检测需求如下：

l 型芯余量和型芯座分析

l 虚拟装配/合模

l 模具针对性修正

l 更快速的模具验收

l 维护和修理

l 模型的几何验证

l 翘曲和收缩检验（局部/全局）

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蔡司解决方案

ZEISS ATOS 系列是蜡模及陶瓷芯检测的绝佳解决方案，可确保工艺质量。对半模和型芯进行虚拟装配分析，用于检验分模表面的偏置、半模适配性、形状及型芯间隙。在熔模铸造中，可检验陶瓷模具的壁厚，以评估其质量和飞边形成风险。

检验蜡型的收缩、裂纹和起泡清况，以便有针对性地修改模具和控制蜡型组装，针对蜡型模具的三维测量数据，可显示铣削误差（包括铣削半径不正确等问题），并可用作合格模板的数据备份。

三维数字化技木可在蜡模及陶瓷芯模具制造和维护过程中节省时间和成本。在蜡型、陶瓷芯模以及砂芯盒的CNC加工过程中，通过比对标称数据与实际数据，可提前对每个制造步骤进行控制。基于3D测量数据对模具进行针对性修正，可减少迭代循环时间。

通过确定模具的生命周期和使用寿命，可优化维修维护计划。对标称－实际比较后得到的等值线进行反投影，有助于定位需要通过金属切割方法进行焊接或返工的部件加工区域并标记，同时可对后续模具修正进行安全存档。

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上壳阶段

客户挑战

在完成陶瓷芯及蜡模制备后，需进行陶瓷浸润涂料上壳处理。该步骤非常关键，因其会影响后续浇铸工艺，故需检查和控制陶瓷浸涂工艺中的涂层厚度，以确定模具涂层厚度对铸造和熔炼的影响。因此，客户面临的核心挑战包括：

l 需测量上壳涂层逐层增长的厚度

l 需通过色差反映不同位置处涂层厚度

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蔡司解决方案

ZEISS ATOS 5 系列测头凭借良好的重复牲和高精度，可逐层分析浸涂厚度，且能监测相邻两次浸涂的厚度增长清况，为整个陶瓷型壳的浸涂工艺提供指导。

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脱壳后精加工翼型及榫头

客户挑战

脱壳后需对涡轮叶片进行首件检验，该检验通常在冷却孔加工完毕且未进行热障涂层喷涂之前进行。由于涡轮叶片的榫头需安装在涡轮盘上以达到良好的配合，同时转子涡轮叶片为了符合设计要求的空气动力学性能，且其构型多样，包括封闭式翼型、半封闭式翼型、矩形、单劈缝、双劈缝等，因此对翼型参数的控制要求非常高，且要求通常更为灵活。

蔡司解决方案

ZEISS ATOS 系列测头可满足不同类型涡轮叶片的检测需求。ZEISS ScanCobot 搭载 ATOS Q 测头，可针对小型涡轮叶片实现阵列式批量测量，专用的工装夹具设计可以轻松实现装夹，且无需贴点。

ZEISS ScanBox 自动化系统搭载 ATOS 5 for Ai rfoil 测头,可满足最高的检测吞吐量和节拍要求，实现涡轮叶片的翼型全参数分析及榫头、叶冠和缘板的尺寸测量。

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针对多联扇段的喉道参数，该系统可进行全域扫描及评价。凭借高分辨率及多种软硬件技术的升级整合，可实现涡轮叶片及其扇段的全参数评价，具体包括：

l 定制化夹具设计

l VMR 虚拟计量室

l 一键式程序生成

l 多种蓝光增强技木整合

l 强大的软件功能

l 工业级设计，环境适应牲强

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针对榫头的测量参数评价，最终以图形化的方式直观呈现，清晰展示测量参数的具体位置及含义，同时可实现权重公差拟合、可变公差评价，最大偏差以及最大超差等具体评价要求。

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针对涡轮叶片的翼型参数评价，可实现多种构型要求，例如方形闭口、方形开口、圆弧开口、圆弧闭口等。

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涂层及自适应加工

客户挑战

涡轮叶片和导向叶片是燃气轮机涡轮部分的核心部件，其功能为引导并传递来自燃烧室的热气体膨胀能量，将其转化为旋转机械能。这些位于高温区域的部件需承受极端温度（使用氢气燃料时高达1600°C），因此表面涂覆有特殊的热障涂层（TBC），即陶瓷涂层。该涂层结合空气冷却技术（通过冷却孔实现），共同构成铸造叶片与导向叶片的热防护体系，显著提升其在耐高温、抗磨损及抗撕裂方面的性能。值得注意的是，翼型几何结构的优化与涂层质量对燃气轮机整体效率具有决定性影响。在整个生命周期中，所有带涂层部件在运行一定时长后均需通过翻新维护以保障性能延续。

涡轮叶片的喷涂、冷却孔加工及疏通通常分为以下几个步骤：

l 涡轮叶片本体上进行激光打孔，进而进行喷砂处理

l 进行第一次耐腐蚀涂层喷涂

l 冷却后进行第二次热障涂层喷涂

l 最终根据冷却孔定位信息进行自适应加工（疏通）

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▲本体，冷却孔加工

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▲耐腐蚀涂层喷涂

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▲热障涂层喷涂

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▲冷却孔自适应加工

因此在整个喷涂工艺流程中需进行如下质量控制：

l 针对涡轮叶片本体的全域扫描以及冷却孔定位

l 针对耐腐蚀涂层的厚度测量

l 针对热障涂层的厚度测量

l 指导冷却孔的二次加工定位

蔡司解决方案

ZEISS ScanBox 5110 是进行涂层测量及燃机涡轮叶片冷却孔检测的绝佳方案，定制化夹具工装适配不同类型的涡轮叶片构型：

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搭载 ATOS 5 for Airfoil 测头使涡轮叶片涂层检测具备绝佳的精度及重复性，1200万像素以及微米级精度可完美体现涡轮叶片细微轮廓构型。同时，可通过全场或点跟踪对零部件位置进行实时测量，从而在CNC加工工具或托盘上实现准确对齐。测量铸坯的实际几何形状，可确保在生产中留有足够的加工余量，并取代了传统的标记方法。生成的测量数据还有助于优化铣削路径。

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