叶片是航空发动机的关键零部件,其几何形状、空间位置姿态等对发动机的空气动力学性能有重大影响。叶片具有型面复杂、薄壁、强扭曲、前后缘曲率变化大等特点,测量和评价困难。叶片的特点和地位,决定了其测量和评价具有重要的理论价值和现实意义。目前的测量技术一般只针对几何模型和设计参数已知的叶片,且测量精度和质量表征上还存在不足,不能满足精密工程的需要。然而,在科学研究和工业实践中,名义信息未知叶片的测量及评定一直是个重要需求。本论文围绕叶片测量精度、模型重构算法、质量表征方法、误差评定理论等问题开展研究,研究几何名义信息未知叶片高精度测量及三维质量评价中的关键技术,解决其技术难题。论文研究有两大目标:一是解决叶片几何信息的免形状获取问题,即在无需输入叶片理论模型和姿态精调的情况下,自动完成叶片型面数据的高精度、高效率采集。二是解决叶片三维表征和免形状评价问题,即自构叶片理论模型,研究误差评定算法,自动完成叶片参数计算与型面质量评价。论文研究内容进一步深化了叶片测量理论,对提高叶片测量的精度、灵活性和智能化水平等具有重要价值。本论文研究的主要内容如下:(1)研制了基于免形状思想的航空发动机叶片测量系统。确定了叶片免形状测量系统总体技术方案,并完成了系统机械主机和运动控制系统设计与分析。研制了基于同步规划测量思想的免形状、高精度测头系统和基于可调燕尾槽结构的新型叶片夹装辅助装置。分析了叶片免形状测量软件的总体结构和工作流程,开发了叶片免形状测量软件Pblade 1.0。研究结果表明:本文研究的叶片免形状测量系统采用高精度轴系、导轨、光栅及全闭环数字轨迹控制等技术设计,综合坐标测量精度达到10μm量级,可以满足叶片免形状测量的技术要求。(2)提出了一种基于同步规划测量的叶片免形状测量方法。分析了同步规划测量式免形状测量的机理,推导了同步规划测量方法的精度模型,阐明了同步规划测量的误差控制原理,完成了同步规划测量的关键技术研究,包括坐标系模型分析、坐标测量与变换技术、基于最小二乘原理的工件坐标系建立方法、基于分段法向联动的动态路径规划方法等。研究结果表明:同步规划测量方法在无需输入叶片理论模型的情况下,实现了叶片型面数据的免形状、高精度测量,综合测量精度小于10μm,满足一级精度航空涡轮叶片的免形状测量要求。(3)提出了一种基于特征识别和参数化建模技术的叶片理论模型重构方法。总结凝练了叶片参数谱系,阐明了基于参数化造型的叶片理论模型自构原理。基于数学解析与特征造型技术推导了二维叶型的参数化模型,并利用VC++6.0软件开发了二维叶型参数化建模程序。提出一种基于特征识别的三维叶身参数化建模方法,该方法基于四次多项式最小二乘拟合算法提取叶型参数沿叶高方向的变化规律,离散求解各型面的参数化模型,进而构建叶片三维理论模型。研究结果表明:本文提出的叶片理论模型自构方法是有效的,输入叶型设计参数,自动完成叶片建模,为叶片免形状误差评价奠定基础。(4)对叶片三维质量表征及评价技术进行了分析,提出了叶片三维质量免形状评价的原则和方法。总结凝练了叶片三维质量表征精度指标体系,采用二维叶型表征指标、空间扭转表征指标和叶身轮廓度表征指标,从三维空间综合表征和评价叶片的加工质量状态。提出了一种基于坐标变换的叶型参数快速提取方法,推导了参数坐标系下各叶型参数的提取算法,分析了坐标变换模型及弦线角和参数坐标系原点的求解方法,设计了叶型参数测量软件,实现了二维叶型参数的快速、精确提取。研究了叶型弯折角、叶型轮廓度、叶片扭转、叶片面轮廓度等精度指标的免形状测量及评价方法,解决了叶片三维质量表征与评价的技术难题。(5)实验研究与分析。对同步规划测量式叶片免形状测量方法和叶片三维质量表征及评价方法进行了实验研究,验证了测量技术和评价方法的正确性。