[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

说明书

本发明公开了一种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，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，对分区检测的叶片区域进行逐一融合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。可以为技术人员提供叶片缺陷的三维定位方法，更准确、高效。

技术领域

本发明属于工业超声无损检测技术领域，具体涉及一种基于超声相控阵技术的透平叶片内部缺陷三维重心坐标精密检测方法。

背景技术

透平叶片是透平机械，如汽轮机、燃气轮机、水轮机中用以引导流体按照一定方向流动，并推动转子旋转的重要部件。以燃气轮机为例，叶片是在燃气轮机上与高温高压高流速的工作介质相互作用并实现能量转换的核心气动零件，其制造通常采用精密铸造成型工艺，且需要在极高的温度和压力下承受巨大的工作载荷。由于叶片无论在制造还是服役阶段，都可能在其内部形成诸如缩孔、疏松、裂纹、夹渣等形式的缺陷，将严重影响燃气轮机整机的工作性能、使用寿命以及运行的安全可靠性。因此，研究透平叶片缺陷的检测技术，对提高我国燃气轮机制造水平、突破发达国家的技术封锁具有重大而深远的战略意义。

常规的无损检测技术主要有射线检测，超声检测，渗透检测，涡流检测等方式，由于透平叶片的型面是复杂的曲面结构，通常由具有较大密度的镍基高温合金材料精密铸造成形，且叶身厚度从几个毫米到几十毫米不等，常规的渗透检测，涡流检测等方式主要是针对待测对象近表面的缺陷进行检测，一般检测范围为几个毫米，无法有效获取检测对象的内部缺陷；射线检测方法主要采用工业射线对叶片进行透照，借助胶片成像来实现对叶片内部缺陷的检测。该方法具有成像分辨率高、灵敏度高、直观可靠等优点，在工业无损检测领域发挥着重要的作用。但此方法本质上是将叶片沿透照方向在胶片上投影成像，故仅能够清晰显示出缺陷的二维特征信息，对于缺陷在透照方向上的三维特征信息却无法显示，即使是经验丰富的专业技术人员也很难精确估计这一维度上的信息，工作效率较低，重复性较差。工业CT技术通过对待测对象进行大量切片，然后采用图像重构技术重建零件的内部结构，可以直观、准确的反映出零件的内部结构，从而获取精确的三维特征参数，但由于工业CT设备费用高昂、检测费用昂贵、对零件需要进行大量切片，时间利用率较低，不适合用于透平叶片的大批量检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种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，针对于实际工程应用中对检测成本、检测效率以及准确度等方面的要求，根据当前叶片内部缺陷定位方式存在的精度不高、可靠性不足、定位模型不完善等多方面的问题。

本发明采用以下技术方案：

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，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。

进一步的，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；