[发明专利]涡轮叶片缺陷的红外热波双目立体成像检测系统及方法

说明书

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及涡轮叶片缺陷的红外热波双目立体成像检测系统及方法。包括红外双目成像组件、半导体激光器、功率放大器、信号发生器、处理单元；在所述红外双目成像组件内安装扩束镜、以及左侧红外热像仪和右侧红外热像仪两台红外热像仪。本发明所述系统利用红外热波成像与双目视觉技术对涡轮叶片复杂曲面的缺陷损伤进行检测，通过将红外热波成像检测获得的缺陷特征图像与红外双目成像获得的涡轮叶片三维点云图像信息融合，实现对涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的准确检测，在发动机涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的高效非接触检测中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种涡轮叶片损缺陷的红外热波双目立体成像检测系统及方法，能够利用双目成像与红外热波成像检测手段实现涡轮叶片复杂曲面结构缺陷的无损检测。

背景技术

燃气涡轮是航空燃气涡轮发动机的重要部件之一，为保证涡轮叶片在较高的工作温度下具有高的持久强度极限和蠕变极限，并保证材料在使用寿命下具有良好的组织稳定性，目前常用的涡轮叶片多采用TC4、TC17、Inco718等高温合金材料制备。高温合金叶片的成型工艺复杂，在制造与服役过程中易产生多种类型的损伤缺陷，铸造、加工过程中的残余应力、服役过程中的再结晶现象都可能导致叶片内部产生裂纹损伤，裂纹缺陷进一步拓展成为分层缺陷，最终导致叶片结构出现断裂，造成严重危害性后果，高效可靠的无损检测和评估技术是保证高温合金叶片结构安全的重要保障之一。

高温合金叶片损伤的常规无损检测技术主要有超声波检测和射线检测。超声波检测对裂纹有较高的检测灵敏度，但对于涡轮叶片的复杂曲面结构，探头与涡轮叶片表面的耦合难度大，检测效率低，检测效果不理想。射线检测对裂纹、未熔合缺陷的检测灵敏度受板材厚度和透照位置的影响较大，检测工艺规范复杂，检测周期长。红外热波无损检测技术采用调制激励热源加热被测对象，通过分析热图序列识别试样内部缺陷，具有适用面广、检测速度快、检测面积大、非接触式检测等优点，但常规红外热波成像检测技术难以给出复杂曲面的几何特征信息，影响缺陷尺寸与位置的准确识别。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统及方法，能够实现涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的高效准确检测，提高涡轮叶片损伤缺陷的检测效率，克服红外热波检测复杂曲面时丢失三维几何信息的不足。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统，所述系统用于涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的高效准确检测，包括红外双目成像组件、半导体激光器、功率放大器、信号发生器、处理单元；在所述红外双目成像组件内安装扩束镜、以及左侧红外热像仪和右侧红外热像仪两台红外热像仪；

所述两台红外热像仪分别和所述处理单元连接，用于同步采集被测涡轮叶片表面检测过程中的红外热图序列；

所述扩束镜，依次和所述半导体激光器、所述功率放大器、所述信号发生器及所述处理单元连接；所述扩束镜用于将所述半导体激光器输出的激光光斑整形为大面积方形光斑；所述半导体激光器用于周期性加热待测的涡轮叶片；所述功率放大器用于控制所述半导体激光器的输出功率；所述信号发生器用于产生线性调频脉冲压缩调制信号，以控制所述半导体激光器功率按照所述线性调频脉冲压缩调制信号变化；

所述处理单元，用于控制所述信号发生器的信号输出、控制所述两台红外热像仪对红外热图序列的采集并提取获得热波检测的缺陷特征图像；以及构建涡轮叶片的三维形貌的点云图并将涡轮叶片的三维形貌的点云图与热波检测的缺陷特征图像融合，获得表征涡轮叶片内部缺陷的三维特征图像，以确定缺陷的具体位置与尺寸。

进一步地，在所述红外双目成像组件内，所述两台红外热像仪相对于所述扩束镜平行对称安装，两台红外热像仪的投影中心之间的距离为120～160mm；