[發(fā)明專利]渦輪葉片CT檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810232864.0
• 申請(qǐng)日: 2008-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN101435784A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾理;李林升;悅秀娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N23/18
• 分類號(hào): G01N23/18;G01N23/04
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 謝殿武

1.一種渦輪葉片CT檢測(cè)裝置，包括工作臺(tái)(1)、射線發(fā)生裝置(12)、數(shù) 據(jù)采集裝置(13)和控制及圖像處理系統(tǒng)(14)，所述射線發(fā)生裝置(12)和數(shù) 據(jù)采集裝置(13)與控制及圖像處理系統(tǒng)(14)相連，其特征在于：還包括開 合式旋轉(zhuǎn)夾具，所述開合式旋轉(zhuǎn)夾具包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置(17)、 拉桿(8)、拉桿驅(qū)動(dòng)裝置和分布在拉桿周圍的至少一個(gè)擺桿(6)以及夾持體(3)， 所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)轉(zhuǎn)動(dòng)配合設(shè)置在工作臺(tái)(1)上，可由旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置(17) 驅(qū)動(dòng)相對(duì)工作臺(tái)(1)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述夾持體包括U形塊(31)、夾緊彈簧(33)和 夾緊桿(32)，所述夾緊桿(32)間隙配合穿過(guò)U形塊(31)一側(cè)邊，端部設(shè)置 環(huán)形凸臺(tái)，夾緊彈簧(33)套在夾緊桿(32)上一端靠在夾緊桿(32)穿過(guò)U 形塊(31)的側(cè)邊內(nèi)側(cè)，另一端緊靠環(huán)形凸臺(tái)并對(duì)其施加預(yù)緊力，使待檢渦輪 葉片(4)夾在環(huán)形凸臺(tái)端部和U形塊(31)另一側(cè)邊之間，所述夾持體(3) 用于夾持待檢渦輪葉片(4)，夾持體(3)可相對(duì)于旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)繞一圓心(5) 徑向擺動(dòng)；所述拉桿(8)可由拉桿驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

所述擺桿(6)一端間隙配合穿過(guò)夾持體(3)，另一端與拉桿(8)鉸接構(gòu) 成平面搖桿機(jī)構(gòu)；所述射線發(fā)生裝置(12)和數(shù)據(jù)采集裝置(13)固定設(shè)置在 工作臺(tái)(1)上，且射線發(fā)生裝置(12)和數(shù)據(jù)采集裝置(13)位于旋轉(zhuǎn)臺(tái)兩側(cè) 并沿旋轉(zhuǎn)臺(tái)徑向相對(duì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片CT檢測(cè)裝置，其特征在于：所述拉桿 驅(qū)動(dòng)裝置為氣壓或液壓驅(qū)動(dòng)裝置，包括缸體(16)和活塞(15)，所述拉桿(8) 與活塞(15)以軸向固定圓周方向可轉(zhuǎn)動(dòng)的方式配合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪葉片CT檢測(cè)裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn) 臺(tái)(2)上固定設(shè)置基座(11)，所述夾持體(3)通過(guò)銷軸結(jié)構(gòu)鉸接在基座(11) 上，可相對(duì)于旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)徑向擺動(dòng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪葉片CT檢測(cè)裝置，其特征在于：所述拉桿 (8)與活塞(15)之間通過(guò)一個(gè)推力軸承(9)和一個(gè)角接觸軸承(10)以軸 向固定圓周方向可轉(zhuǎn)動(dòng)的方式配合。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪葉片CT檢測(cè)裝置，其特征在于：所述夾緊 桿(32)上固定設(shè)置有手柄(34)，所述手柄設(shè)置在U形塊(31)外側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪葉片CT檢測(cè)裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù) 采集裝置(13)為圓弧形面陣探測(cè)器，所述工作臺(tái)(1)位于圓弧形面陣探測(cè)器 的內(nèi)側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪葉片CT檢測(cè)裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn) 臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置(17)為伺服電機(jī)。

8.一種利用權(quán)利要求1所述的渦輪葉片CT檢測(cè)裝置檢測(cè)渦輪葉片的方法， 其特征在于：包括以下步驟：

a.裝夾待檢測(cè)渦輪葉片，啟動(dòng)射線發(fā)生裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、控制及圖像 處理系統(tǒng)；

b.射線發(fā)生裝置扇形束掃描待檢測(cè)渦輪葉片，旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周，得到扇形 束所對(duì)截面的投影數(shù)據(jù)，并存入計(jì)算機(jī)；

c.根據(jù)b步驟所得的灰度投影數(shù)據(jù)通過(guò)濾波反向投影法重建待檢測(cè)渦輪 葉片的CT圖像f_ij，其中i＝1，2…，B，i代表圖像的行坐標(biāo)，B代表圖像的行 數(shù)，j＝1，2…，C，j代表圖像的列坐標(biāo)，C代表圖像的列數(shù)；

d.根據(jù)步驟c所得的圖象f_ij進(jìn)行模擬平行束投影變換，變換公式為： U(t,θ)∫∫Ωf(x,y)δ(xcosθ+ysinθ-t)dxdy,]]>得到一個(gè)投影數(shù)據(jù)矩陣R_i′j′，其中t表示動(dòng) 坐標(biāo)，θ表示平行束與x軸的夾角，x表示圖象f_ij的橫坐標(biāo)，y表示圖象f_ij的 縱坐標(biāo)，U(t，θ)表示沿動(dòng)坐標(biāo)t，角度θ的一條射線束上f(x，y)之積分，i′＝1，2…， B，i′代表矩陣的行坐標(biāo)，在此表示第i′個(gè)投影方向，R_i′j′表示第i′方向上的第 j′個(gè)投影數(shù)據(jù)，Ω表示模擬平行束投影變換之前圖像的范圍；

e.根據(jù)步驟d所得的投影數(shù)據(jù)矩陣R_i′j′對(duì)每行進(jìn)行高斯小波變換，計(jì)算式 為：

Ψ(t)=12πδet22δ2]]>

其中t為投影數(shù)據(jù)矩陣R_i′j′的元素，δ為標(biāo)準(zhǔn)差，Ψ(t)為小波系數(shù)，

得到小波變換系數(shù)矩陣其中i₁＝1，2…，B₁，i₁代表系數(shù)矩陣的行坐標(biāo)， B₁代表系數(shù)矩陣的行數(shù)，j₁＝1，2…，C₁，j₁代表系數(shù)矩陣的列坐標(biāo)，C₁代表系 數(shù)矩陣的列數(shù)；

f.根據(jù)步驟e所得的小波變換系數(shù)矩陣選取行范數(shù)最大的行坐標(biāo)k， 利用平行束投影方向與圖像x軸之間的夾角關(guān)系β＝k×180°/C，可得裂紋方向，其 中β表示裂紋的方向角，是裂紋與x軸的夾角；

g.根據(jù)步驟e所得的小波變換系數(shù)矩陣和步驟f所得的行坐標(biāo)k，取投 影方向k所在的行向量其中j₁＝1，2…C₁，在行向量中尋找小波變換系 數(shù)模最小值點(diǎn)所在的列坐標(biāo)p，以p為界，將行向量分成兩個(gè)向量，即其中j₂＝1，2…p-1，和其中j₃＝p+1，p+2…C₁，再分別找出這兩個(gè)向量中小 波變換系數(shù)模極大值所在的列坐標(biāo)q₁、q₂，最后以β為方向角，分別通過(guò)(q₁cos β，q₁sinβ)，(q₂cosβ，q₂sinβ)得左右邊界直線段l₁、l₂；

h.采用步驟g所述的方法確定上下邊界直線段l₃、l₄的位置；

i.l₁、l₃、l₂、l₄圍成的區(qū)域標(biāo)記為F₁，定義裂紋區(qū)域左右邊界逼近直線段 為l₅、l₆，設(shè)定間距W₁，在區(qū)域F₁內(nèi)確定與直線段l₁間距為W₁的平行直線段 l₁′，計(jì)算由l₁l₃?l₁′l₄圍成的矩形M₁的平均灰度H₂，并在直線段l₁′右側(cè)取間 距為W₁的平行直線段l₂′，計(jì)算由l₁′l₃l₂′l₄圍成的矩形M₂的平均灰度H₃， 設(shè)定閾值T₂，當(dāng)|H₂-H₃|＞T₂時(shí)，l₂′即為裂紋區(qū)域左邊界逼近直線段l₅，否則 在直線段l₂′右側(cè)取間距為W₁的平行直線段l₃′，確定矩形M₃，M₃的平均灰 度為H₄，直至確定直線段l_n′，矩形區(qū)域M_n，并且|H_n-H_n+1|＞T₂，l_n′即為裂 紋區(qū)域左邊界逼近直線段l₅，采用與確定l₅相同的方法可得到裂紋區(qū)域右邊界逼 近直線段l₆；

j.與步驟i方法相同，在區(qū)域F₁內(nèi)確定上邊界逼近直線段l₇和下邊界逼近 直線段l₈，獲得由直線段l₅l₇l₆l₈圍成的裂紋區(qū)域；

k.由直線段l₅l₇l₆l₈圍成的裂紋區(qū)域標(biāo)記為F₂，在區(qū)域F₂內(nèi)平行直線l₇確定 直線l₉，直線l₉將區(qū)域F₂二等分，對(duì)每等分區(qū)域重復(fù)步驟d至j，設(shè)定閾值T₃， 判斷兩個(gè)等分區(qū)域的裂紋區(qū)域面積之和與原區(qū)域裂紋區(qū)域面積之差的模是否大 于T₃，若是則將兩個(gè)等分區(qū)域繼續(xù)等分，否則停止分割該區(qū)域；

l.計(jì)算步驟k中最后等分得到區(qū)域內(nèi)直線段l₅以及直線段l₇的長(zhǎng)度，計(jì)算 公式為：

S=Σ(xi4,xi4)=(xst,yst)(xend,yend)(|xi4-xi4+1|2+|yi4-yi4+1|2)1/2]]>

其中(x_st，y_st)為直線段l₅起點(diǎn)坐標(biāo)，(x_end，y_end)為直線段l₅終點(diǎn)坐標(biāo)，為直線段l₅上任取的點(diǎn)坐標(biāo)，為直線段l₅上與相鄰的點(diǎn)坐標(biāo)，得到直線段l₅長(zhǎng) 度為S₁；采用相同方法，計(jì)算l₇直線段長(zhǎng)度S₂；根據(jù)區(qū)域F₂，以S₁為行數(shù)、S₂為列數(shù)，建立矩陣其中i₅＝1，2，...S₁，i₅代表區(qū)域F₂的行；j₅＝1，2，...S₂，j₅代表區(qū)域F₂的列；

m.根據(jù)步驟l所得的矩陣依次沿行向量進(jìn)行搜索，記錄行向量的列的 最大值的位置，作為裂紋骨架的位置；

n.設(shè)定梯度算子閾值T₄，對(duì)矩陣每行，以裂紋骨架的位置為界將其分 成兩部分，對(duì)每個(gè)部分，以裂紋骨架的位置點(diǎn)為起點(diǎn)，沿行向量的左方向采用 梯度算子進(jìn)行搜索，記錄梯度超過(guò)閾值T₄的位置，得到裂紋的左邊緣位置，沿 行向量的右方向采用梯度算子進(jìn)行搜索，記錄梯度超過(guò)閾值T₄的位置，得到裂 紋的右邊緣位置；

o.根據(jù)步驟n所得的左邊緣位置和右邊緣位置采用多項(xiàng)式擬合得到連續(xù)的 裂紋邊緣，得到裂紋區(qū)域F₃；

p.根據(jù)步驟m所的裂紋骨架，計(jì)算裂紋長(zhǎng)度，裂紋長(zhǎng)度計(jì)算公式：

S3=Σ(xi6,xi6)=(xst,yst)(xend,yend)(|xi6-xi6+1|2+|yi6-yi6+1|2)1/2]]>

其中(x_st，y_st)為裂紋骨架起點(diǎn)坐標(biāo)，(x_end，y_end)為裂紋骨架終點(diǎn)坐標(biāo)，為裂紋骨架 任取的點(diǎn)坐標(biāo)，為裂紋骨架上與相鄰的點(diǎn)坐標(biāo)，S₃為裂紋的長(zhǎng)度；

q.根據(jù)步驟o所得的裂紋區(qū)域F₃，采用統(tǒng)計(jì)裂紋區(qū)域內(nèi)總像素個(gè)數(shù)的方法 得到裂紋面積；

r.根據(jù)步驟p所得的裂紋長(zhǎng)度和步驟q所得的裂紋面積，按公式W₂＝A/S₃計(jì)算裂紋寬度，其中A為裂紋面積，S₃為裂紋的長(zhǎng)度，W₂為裂紋寬度；

s.重復(fù)步驟l至r，計(jì)算出最后各等分區(qū)域內(nèi)裂紋的長(zhǎng)度和寬度，對(duì)最后 各等分區(qū)域內(nèi)裂紋的長(zhǎng)度進(jìn)行累加得到裂紋的總長(zhǎng)，對(duì)最后各等分區(qū)域內(nèi)裂紋 采用加權(quán)平均的方法，得到裂紋總的平均寬度，其中加權(quán)是以各區(qū)域裂紋長(zhǎng)度 占裂紋總長(zhǎng)的比例為權(quán)；

t.通過(guò)夾具調(diào)整渦輪葉片與射線扇束之間的夾角增量Δα，重復(fù)步驟b至s， 綜合比較渦輪葉片不同角度在旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周掃描所獲得的裂紋長(zhǎng)度和寬度， 比較旋轉(zhuǎn)臺(tái)不同角度旋轉(zhuǎn)一周所測(cè)得的裂紋長(zhǎng)度和寬度，取其最大值為最后測(cè) 得的裂紋長(zhǎng)度和寬度。