[发明专利]基于数字射线的燃气轮机叶片内部缺陷三维参数提取方法

说明书

本发明公开了一种基于数字射线的燃气轮机叶片内部缺陷三维参数提取方法，首先将缺陷的二维检测图像按照像素排布进行一次有限元划分；然后对每个像素处的厚度按照灰度值进行离散量化，确定灰度与厚度的对应关系；最后对所有像素有限元进行累积，提取缺陷区域的三维参数。本方法基于有限元的思想，将缺陷的二维检测图像按照像素排布进行一次有限元划分，对每个像素处的厚度按照灰度值进行离散量化，进而确定灰度与厚度的对应关系。通过对所有像素有限元区域进行累加，提取得到缺陷的三维参数，可有效弥补传统射线检测方法在缺陷三维参数提取上的不足，可以更高的效率和更低的成本实现对燃气轮机叶片内部缺陷三维参数的提取。

【技术领域】

本发明属于工业射线无损检测领域，涉及一种基于数字射线的燃气轮机叶片内部缺陷三维参数提取方法。

【背景技术】

燃气轮机是在电力、航海等领域广泛应用的一类旋转叶轮式动力机械。目前，我国在尚未完全掌握燃气轮机核心零部件制造的关键技术，相关产品还主要依靠国外进口。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、缩松、裂纹、夹杂等形式的缺陷，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，研究燃气轮机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。

由于燃气轮机叶片属于复杂自由曲面类零件，且通常由具有较大密度的镍基高温合金材料构成，故对其的无损检测通常采用基于射线的方法。传统的方法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。由于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轮廓，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。而工业CT技术由于可准确、清晰、直观地获取被测物体内部结构组成和缺陷的三维信息，使得其在叶片内部缺陷检测中有着一定程度的应用。但是亦存在两方面的局限性：一方面，由于叶片的组成材料镍基高温合金对于射线具有较大的衰减系数，功率较小的CT并不能够完全对叶片实现有效穿透。故只能采用具有较大透照功率的工业CT系统，此类系统高昂的价格直接抬高了叶片检测的成本。另一方面，为精确检测叶片内部较小尺度的缺陷，还需以较小的间隔对叶片进行大量切片。考虑到燃气轮机叶片通常都要求全检，巨大数量的切片数据采集要求不但会大幅降低检测的效率，还会带来巨大的运行成本。因此，正是由于工业CT高昂的检测成本和极低的检测效率，使得其很难在工程实际的燃气轮机叶片检测中得到广泛的应用。

【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，本发明公开了一种基于数字射线的大型高温叶片内部缺陷三维参数提取方法，通过将各个像素处的厚度用图像的灰度进行离散量化，使得每一灰度值对应一个厚度，求得每一像素处的厚度，基于此并结合像素的尺寸便可实现对缺陷三维参数的定量检测。

本发明采用以下技术方案：

基于数字射线的燃气轮机叶片内部缺陷三维参数提取方法，首先将缺陷的二维检测图像按照像素排布进行一次有限元划分；然后对每个像素处的厚度按照灰度值进行离散量化，确定灰度G与厚度T的对应关系；最后对所有像素有限元进行累积，提取缺陷区域的三维参数。

进一步的，包括以下步骤：

S1、确定数字射线探测系统的线性响应范围；

S2、利用数字射线探测系统对叶片进行透照得到二维检测图像，并获取缺陷的二维轮廓；

S3、通过对试验楔块透照，获取在特定的透照参数下图像灰度与材料厚度的关系曲线；

S4、将缺陷的模拟背景灰度和原图像缺陷灰度转换成厚度，两厚度相减获得缺陷厚度。