[发明专利]基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷重心坐标检测法

权利要求书

1.基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷重心坐标检测法，其特征在于，采用超声相控阵探测系统对经过合理分区的叶片进行检测，将检测数据导入计算机图像处理系统得到缺陷的二维质心坐标；通过叶片的设计基准，利用三坐标机测量叶片叶身与基准边缘的多组数据，拟合出沿叶身宽度方向与基准线方向的函数关系式，按照空间关系推导出缺陷的三维重心坐标，最终完成缺陷的三维重心坐标精密定位检测，包括以下步骤：

S1、根据叶片叶身曲面及厚度分布，对叶片进行分区；

S2、用超声相控阵探头对叶身进行分区扫查检测，在超声相控阵仪器上面进行A、C、S显示并对检测结果进行数据保存；

S3、在计算机上对叶片各个分区检测结果依次进行融合，重构出叶片的整体图像，通过图像处理技术对融合后的图像进行处理，获取缺陷的二维质心坐标

S4、利用三坐标机探测叶身与叶片设计基准相交线的多组数据，拟合出叶身曲面的空间关系式；

S5、通过叶片的设计基准建立三维坐标系，通过建立空间几何关系得出缺陷的深度坐标z，按照空间关系推导出缺陷的三维重心坐标(x,y,z)，具体包括以下步骤：

S5.1、设CC'＝z₀,AC'＝n,OC'＝m，OA＝a,OC＝c,AC＝b，C'是接触点C在平面xoy上的投影，根据CC'⊥平面xoy，则CC'⊥OC'，CC'⊥AC'，确定边长关系如下：

S5.2、根据步骤S3得到的缺陷G点的二维坐标(x_G,y_G)，以及CA⊥OA，则有a²+b²＝c²；

S5.3、探头中心与叶片表面接触点C距离平面xoy的距离CC'等于设计基准线y₁处的z轴坐标z＝f(y₁)，即z₀＝f(y₁)，z₀表示探头中心接触点C到点C在平面xoy上的投影点C'的距离，结合超声相控阵成像图，确定缺陷重心位置d；

S5.4、根据步骤S5.3求得的z₀，结合步骤S5.1和S5.2，得到缺陷重心的z向坐标z_G。

2.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷重心坐标检测法，其特征在于，步骤S1中，按照叶片的平均厚度，根据探头扫查方向，将叶片的叶根和叶冠各分成上下两个区域，叶根侧两区域的平均厚度大于叶冠侧两区域的平均厚度，叶冠侧区域根据叶片型面曲率突变进行划分。

3.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷重心坐标检测法，其特征在于，步骤S2中，探头为8×8mm的线阵点探头，扫查垂直于接触面，沿叶身方向在各个分区进行逐行扫查，扫查完一个分区后再进行下一个分区的扫查，直至完成叶身所有区域的扫查。

4.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷重心坐标检测法，其特征在于，步骤S3中，按照步骤S2中探头检测方案，获取叶片的检测图像，以C显示为主要显示方式，假设检测图像的像素点个数为M×N，则缺陷质心坐标计算如下：

其中，I(x_i,y_j)表示计算机读取图像每个像素点的像素值，I表示图像像素点矩阵，i表示图像像素构成的矩阵I的行，j表示图像像素构成的矩阵I的列。

5.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷重心坐标检测法，其特征在于，步骤S4中，通过三坐标机采集30～50组叶片型面数据，拟合叶身曲面空间关系式z＝f(y₁)，y₁表示叶片的设计基准线。

6.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷重心坐标检测法，其特征在于，步骤S5.3中，缺陷重心位置d如下：

其中：v表示材料中超声波声速，t表示缺陷处超声传播时间。

7.根据权利要求1所述的基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷重心坐标检测法，其特征在于，步骤S5.4中，缺陷重心的z向坐标z_G表示如下：

其中：v表示材料中超声波声速，t表示缺陷处超声传播时间，CC'表示探头中心与叶片表面接触点C距离平面xoy的距离，y₁表示基准线，GC表示缺陷点距离探头的距离。