[发明专利]反向热声成像零件检验

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检验零件以例如识别零件中缺陷的方法和设备。

背景技术

必须对许多零部件进行检查，以确保没有会影响其使用的零件故障。在诸如涡轮机翼等飞机构件的情况下更是如此。零件必须以非破坏性方式进行检查，以便在检查后零件仍可使用。有些零件缺陷诸如小裂缝是很难检测的。而且，使用传统的非破坏性检验技术，诸如超声、X-射线、荧光渗透剂或涡流，零件内部的故障可能并不明显。

所需要的是一种能够识别诸如裂缝等零件缺陷的非破坏性检验方法和设备。

发明内容

提供了一种识别零件中缺陷的方法，包含使零件振动以引起热量。热量源自于零件中的任何缺陷。使用例如红外摄像机获得热图像。使用数学表示法，即可以是许多分析模型法中的任一种，诸如边界元法或有限元法，与传热方程一起来识别用热图像识别的热量的来源和强度。使用热量的来源和强度，就可确定零件的缺陷特征。

采用以上方法时使用包含使零件振动的振动装置的检验系统。成像装置诸如红外摄像机测量零件表面上的温度。处理器与成像装置通信以接收表面温度。处理器包含具有零件特征和数学方程的计算机存储器。处理器使用表面温度、零件特征以及数学方程来确定零件中的缺陷特征。

附图说明

从以下说明书和附图中可以最好地理解本发明的这些和其它特性，以下是附图的简要说明。

图1是用于识别零件中缺陷的示例检验系统的示意图。

图2示出识别零件中缺陷的方法的流程图。

具体实施方式

用于识别零件10中的特性诸如缺陷的检验系统11示于图1。检验系统11可以完全自动化。具有缺陷12的零件10安装在振动装置30上，使用不同频率的多个致动器32来激励振动装置30。振动装置30可以是摇动台或超声装置，能够在例如500Hz-100kHz范围内使零件10振动。

由于振动装置30作用到零件10上的振动，在每个加载周期期间，在零件10中的任何缺陷或裂缝处就会由于摩擦和塑性变形而产生热量。这种发热，示意地示于33，导致温度上升，超过零件10的标称结构温度。由裂缝引起的温度上升分布在比应变畸变更宽的范围上，因而例如可以使用红外摄像机34进行检测。零件10外部的图像由红外摄像机34摄取。温度上升取决于裂缝几何尺寸、位置以及在弹性-塑性结构中的能量损耗和零件10的缺陷边沿的摩擦。能量损耗或热量释放速率可以在材料建模期间参数化，或可使用已知的裂缝几何尺寸由经验获得。该材料信息28储存在计算机存储器18中。

计算机14的示意图示于图1，它包含处理器16和存储器18。计算机14包含输出装置20，诸如显示器。显示器20可用图形和/或文本示出在零件检验期间所识别的任何缺陷特征22，供随后分析。

除了材料信息28之外，其它零件特征24诸如零件模型26也可在存储器18中提供。零件模型26可以例如是边界元信息，它以图形和数学方式表示零件10的结构特性。使用输入装置21可以将零件特征24输入到计算机14中。存储器18包含数学模型36，它使用零件特征24使从红外摄像机34获得的表面温度信息与零件10中的一个或多个缺陷有关。

参阅图2，示出零件检验过程的流程图。步骤1包含使用振动装置30启动零件10的声振动。任何表面、表面下或内埋的缺陷或裂缝都将产生热量33。步骤2包含使用红外摄像机34获得零件10的热图像。可以拍摄几个图像以捕捉测试中的瞬时温度，以便能与零件10的基线温度进行比较。使红外摄像机34获得的图像数字化，以获得在该实例中有关零件10的热信息诸如表面温度，如步骤3所示。在不同的加载条件下，诸如信号时长、信号参数以及获得时间，获得各种数字化热图像集。

步骤4包含使用所测量的表面温度以及表面热通量，或表面传热系数以及环境温度，或是假定的或是在零件表面上测量的，来反向求解瞬时传热方程，以预测由裂缝或缺陷产生的未知热源。作为该过程的一部分，该热信息与以图形方式表示零件10的边界元模型有关。在步骤5，例如使用边界元法或有限元法对热源求解零件10的不适定的瞬时传热方程。该反向求解的结果就是对未知热源强度和位置的预测。边界元法矩阵调整法用于通过规则化求解代数方程组。通过消除因舍入误差而不可靠的奇异方程或接近奇异方程来对调整不良的方程组进行调整，如步骤5A所表示的。在边界元模型的每个数值网格单元中获得热源强度，如步骤6所示的。