2023ATOS在风电集中叶片行业的应用

GOM&Pro-TechnicATOS光学检测系统在航空领域及叶片制造行业的应用21-Sep-2012AllenQinATOS–光学3D扫描测量系统

TripleScan-无接触式测量-扫描迅速-蓝光技术-可移动性-可置换式镜头-碳纤维机身ATOS光学扫描测量系统

工作原理-ATOS光学测量系统由左右两个高分辨率的工业CCD摄像头和中央光栅投影单元组成，采用结构光测量的方式。-由光栅投影单元将一组具有相位信息的光栅条纹投影到测量工件表面，左右两个摄像头进行同步捕捉，利用立体摄像头测量原理，可以在1秒时间内准确获得500万到800万个高密度的三维数据点。-再利用自动识别参考点和自动拼接技术，将不同位置和角度的测量数据对其在同一的坐标系，从而获得完整零件的扫描。ATOS

Workflow工作流程ATOS工作流程

扫描ATOS工作流程

扫描ATOS工作流程

扫描ATOS工作流程

扫描ATOS工作流程

对齐比对

ATOS工作流程

结果分析

ATOS

1.在产品开发中的应用

2.在叶片检测中的应用

3.在叶片模具制造中的应用

ATOS–应用案列

应用案列：汽车发动机冷却风扇的逆向造型及优化设计南京航空航天大学与上海汽车合作针对其名爵NJ7180ZR上的发动机冷却风扇在行车过程中，风扇振动噪音大的问题做的专项研究。对其叶片进行数据采集与造型重构。经过模态分析，研究其动态特征。在此基础上对叶片进行造型修改，再分析，得到形状和动态特性优化的叶片模型。ATOS–应用案列光泽表面精细物体结构的取值

复杂深孔物体研究所选方案有限元分析ATOS–应用案列数据采集的选择：接触式CMM–光学-激光（+-5um）接触式光学优点测量精度高（0.1um-1um)缺点由于叶片是逐渐变厚，正反型面都必须测量。程序繁琐，测量速度慢，耗时长。数据不全面易于损伤探头或划伤被测实体表面，还需对测量数据进行测量半径补偿对使用环境有一定要求优点测量速度快，曲面完整取值物件无需固定夹具，直接扫描高细节解析，全面的数据取值移动性强，检测设备方便移动灵活

–各种零件尺寸都可以检测缺点扫描精度(1um-2um)ATOS–应用案列计算机图形学线框模型：用顶点和棱边来表示物体，由于没有面的信息，不能表示表面含有曲面的物体：宁外，它不能明确地定义给定点与物体之间的关系。所以其所取数据不能处理许多重要问题，如不能生产剖切图，消隐图，明暗色彩图，不能用于数控加工等。实体模型：能完整地表示物体的所有形状信息。可以无歧义地确定一个点是在物体外部、内部或表面上，因此不但可以分析物体的表面积、体积、重心等，更可以按照设计零件的功能和结构直接进行特征组装，满足物性计算、有限元分析等应用的要求。

ATOS–应用案列

使用器材：ATOSTripleScanII拍摄次数：12次扫描耗时：20分钟ATOS–应用案列

重构分析：光顺性和精度

曲面重构的目的：光顺性与精确度高度统一

设定曲面的最大偏差为0.02mm。在叶盆和叶面均匀地取六个小平面顶点。进行偏差分析得到的叶背型面的最小偏差为0.0016mm，最大偏差为0.0153mm。叶盆型面最小偏差为0.0001mm，最大为0.046mm。从而确定满足精度要求。ATOS–应用案列

模态分析（ANSYS)ATOS–应用案列

曲面优化

原则：根据振动理论，变形位移幅值越小，振动越小，噪声越小。

降低固有频率，减少最大总应力及相对最大总位移。ATOS–应用案列由图可知，固有频率的下降导致了总应力的明显下降及振动总位移的减少。由振动理论可知，变形位移幅值越小，振动越小，噪声越小。因此叶片得到了优化，为系统在减振方面的设计提供了理论依据。大型物体移动式测量细小物体台面式测量ATOS–光学3D检测系统

可置换镜头-可更换的测量面积针

飞机长(approx.26m)机翼宽(approx36m)

高(approx11m)目的:测量结构来支持CFD分析C130飞机的数字化显示在飞机的右弦机翼和水平稳定器上的坐标位置上的点云数据最终交付C130数据流体分析C130后处理ATOSTripleScan（蓝光技术）

对黑色及有光泽表面的复杂工件的几何扫描光泽表面精细物体结构的取值

复杂深孔物体蓝光技术-对光泽表面物体，如板金，叶片可直接扫描，无需喷粉快速扫描大型且复杂零件对于深孔部位数据也能直接取到高分辨率的精细结构取值ATOS在产品开发中的应用

逆向工程，捕捉叶片形状数据FEM模拟（有限元分析）CFD（流体力学分析）数字装配模拟，检测与其他零件的装配协调性快速加工

ATOS的高精度提供了高细节化的精密数据快速加工捕捉物体形状数据

有限元分析流体力学分析数字装配模拟ATOS在快速开发技术和CAE的应用

网格处理自动优化网格处理补孔高度细节化补孔ATOS在产品开发的应用

叶片的逆向工程利用扫描数据优化叶片表面形状

以3D扫描而得到的数据精确并且全面的外形尺寸扫描数据将会另叶片质量大幅提高。扫描到的数据可直接用于优化或生产加工。也可再次扫描读取优化过后的叶片表面数据。ATOS在快速开发技术和CAE的应用

逆向工程

-„黄金模版“细节比对

ATOS精准的3D点云图像可为涡轮发动机供应商及生产商提供生成黄金模版。可作为未来采购零件的首板检验参考或做为逆向工程的基础，也可以在零件更新改进后，用于更新相应的3D图档。ATOS在快速开发技术和CAE的应用

逆向工程–数据模拟装配扫描实体扫描后数字化数据CAD模型检查与其它零件的装配协调性ATOS在快速开发技术和CAE的应用

CFD-流体力学分析和效率优化流体力学分析(CFD)用于分析气流流道和湍流流量流动阻力效率优化优化气道口角度ATOS

叶片检测上的应用整体组件

机器人

旋转台

安全房

紧凑型布局（3300毫米x3300毫米）便于运输

易于设置与安装，

标准化配置

GOM交钥匙解决方案

即插即用

GOM负责为您一体化服务

交付时间短ATOS在叶片检测中的应用

ATOSScanBox–自动化质量保证解决方案ATOS在叶片检测中的应用

ATOSScanBox–自动化质量保证解决方案

反复调试实现的有效载荷/重量及到达的最佳比例转台直径-2米

高有效载荷-20公斤

机械手臂长距离-1811毫米

部分框架的实例

*提高精度*易于扫描*具有柔性平面框架”“立体框架”ATOSScanBox–自动化质量保证解决方案ATOS在叶片检测中的应用

扫描数据与CAD自动对齐

各种对齐方式选择，如最佳拟合，RPS，3-2-1等…ATOS在叶片检验中的应用

全面的形状偏差分析

同CAD图档或黄金板全面的表面变形分析，表面点的位置偏移对比，尺寸公差和一目了然的色差显示图。ATOS在叶片检验中的应用

2D截面形状偏差分析将3D档剖开成2D档做相应分析的截面分析检测ATOS在叶片检验中的应用

壁厚检测壁厚分析检测ATOS在叶片检验中的应用

游标卡尺式测量可对物体进行直接卡尺式测量，测量其半径，直径，长度等…ATOS在叶片检验中的应用

几何尺寸及公差检测功能

(GD&T)

几何尺寸及公差检测功能（GD&T）ATOS在叶片检验中的应用

虚拟装配虚拟装配-参考点的应用可将物体集合与一个坐标点，并进行虚拟装配ATOS在叶片检验中的应用

数据导出导出格式–ASCII,HTML,Excel,.....导出格式–PDF式的图像输出触觉测量技术检查特征的传统组件绘图所有尺寸数据以原始图档为准全面的轮廓公差ATOS在叶片检验中的应用

图纸简单化触觉测量技术的元件部分尺寸光学测量技术的元件部分尺寸ATOS在叶片检验中的应用

可移动化检测系统整体组件：

ATOS摄像头电缆

支撑架集成电脑柜ATOS在涡轮机的应用

运转周期分析检测磨损及干涉的状况运转周期的预测及优化避免失败及损伤ATOS在涡轮机的应用

冷却孔的测量利用ATOS可以扫描测量叶片表面的冷却孔验证并确定冷却孔法向量、间距和尺寸直径ATOS在涡轮机的应用

保养及维修监控整个维修保养过程-清洁磨损的区域-监控焊接沉淀-去除多余材料余量-修复表面一个涡轮增压器检测的例子3D结果模型用色谱来显示CAD模型和扫描数据之间的不同偏差。在涡轮叶片工业中的应用标注可以显示零件上指定点的偏差值。数秒钟内就可以在零件上自动检测多个点。

在涡轮叶片工业中的应用CNC加工出的压缩机轮显示了在加工过程中刀头在加工叶轮何处时变钝了。按这个叶轮逆时针方向，刀头越钝，叶片越厚，因为它没有切除足够多的材料。第一个加工的叶片最后一个加工的叶片

在涡轮叶片工业中的应用ATOS

在模具及首板的应用

在涡轮空心叶片的制造过程中，首先需要针对外型和内型设计蜡型模具和型芯模具，然后经过蜡模匹配压型，最后通过制壳、脱蜡、烧结、浇铸等工序完成涡轮叶片零件毛胚的制造。在这一过程中涡轮叶片精铸蜡型模具、陶芯模具的设计与制造是其主要环节。首版及模具检验

样板扫描对快速成型或优化完成后的原板进行扫描抄数叶片外型实体扫描叶片内部，完成对扰流柱，纵向肋，横向肋，气膜孔进行扫描检测。数据可直接制作分模图及模具型腔体加工首版及模具

模具分析

模具及模具成型型腔的整体扫描，比对原始CAD做检测分析，确认铣削结果。分析组件以便优化

(注塑和回火参数分析，缩水,几何形状检验分析)存档用于模具复杂以及未来的磨损控制。

生产过程模具首版与模具

模具,上下合模,虚拟壁厚检测GOM参考点系统整体模具扫描壁厚分析合模部分分析镶件配合紧密度分析。上下模合模及入水口，浇铸系统的分析首版与模具

模具,上下合模,虚拟壁厚检测虚拟合模以往通过模具上压机调试，通过观察着色和压铅丝来判定模具的合模效果。通过对其上下模型面、导向面、平衡块面进行全面的扫描检测，提取表面数据，以理论CAD模型为基本进行对齐，考虑料厚补偿后，将上下模具的扫描数据按照一定的基本规则进行虚拟合模，从而得到模具在入调前的综合合模间隙分布。首版及模具检验

首版：尺寸外形和形变的检测蜡模的首版检测及分析首版材料缩水,回弹分析从而对模具进行优化生产中的质量监控流程优化首板及模具

冷却孔，外形及尺寸控制冷却结构的扫描检查陶芯内型的首板扫描检测与分析对比湿态芯型完成烧结前后，对其的变形，缩水和回弹的分析，进而优化模具。生产过程中跟踪实时检测Molds

控制模具沉积厚度检测和控制陶瓷净涂层过程中的沉淀厚度检测铸造和溶出时对模具镀层厚度的影响。优化生产过程ATOS–应用案列

项目概述

某型号涡轮机中的一个长约4米的钛合金铸造件，加工单位需要对精铸件的加工面进行加工，目前存在两大问题：

1.需要确定毛坯件的加工余量是否足够；

2.需要对毛坯件进行人工划线，确定加工基准面。如果工作失误造成划线误差偏大，会导致整个零件加工后报废，损失巨大。

目前上述两项都采用人工操作，使用三坐标仪进行检测，投入五个人工花费三天才能完成，而且偶尔会出现由于测量误差大而导致整件加工报废的情况。ATOS–应用案列

技术要求

1.对产品进行全面检测，分析加工余量，确定加工基准面，代替人工检测划线；

2.提升检测效率，缩短检测时间；

3.检测误差控制在0.1mm内，降低划线失误率。ATOS–应用案列

解决方案:

使用设备：TripleScanerIII三维扫描仪+Tirtop摄影测量系统+ATOSProfessional三维检测软件

1.采用Tiptop摄影测量系统和TriplescanIII三维扫描仪对铸件毛坯进行三维扫描，获取铸件的全面三维模型数据；

2.将三维扫