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技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，本专利技术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。本专利技术采用以下技术方案：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。S5、对各个缺陷像素处厚度信息进行累加，即可获取缺陷的三维参数。进一步的，步骤S1中，所述数字射线探测系统包括射线源、放置被检叶片的支撑平台、平板探测器以及成像及控制系统，所述射线源经过射线源控制器连接至所述成像及控制系统，所述支撑平台经过检测控制系统与所述成像及控制系统连接，所述平板探测器经过探测器控制器与所述成像及控制系统连接。进一步的，步骤S1中，在所述平板探测器上设置中心开有小孔的铅板，所述小孔贯穿所述铅板，所述小孔的直径为1mm以上，小于10mm，增大所述数字射线探测系统的透照参数获取不同曝光量，所述平板探测器在准直小孔处所成图像由全黑转变为高亮全白，获取所述数字射线探测系统在小孔区域对应不同曝光量的成像灰度，绘制所述平板探测器的响应曲线，确定数字射线探测系统的线性响应区域。进一步的，所述数字射线探测系统的线性响应关系为：G＝α·H+b其中：G—成像灰度值，H—曝光量，α—线性响应区域斜率，b—成像灰度线性偏移量。进一步的，步骤S2中，获取所述缺陷的二维轮廓具体包括以下步骤：S21、利用数字射线探测系统对叶片进行透照得到灰度处于系统线性区域范围的二维检测图像；S22、基于叶片检测图像提取缺陷边界，初步获取缺陷的二维轮廓；S23、对步骤S22初步获取的缺陷二维轮廓进行形态学膨胀，扩大缺陷区域以确保所有缺陷轮廓被完全包括在形态学膨胀后的区域内；S24、对膨胀区域进行双三次插值，计算出缺陷区域的模拟背景；S25、将模拟背景图像与原图像做差，并对差值图像做二值化处理获取缺陷的二维精确轮廓。进一步的，步骤S3中，加工厚度变化范围与分区厚度变化范围相同的同材质试验用楔块，每个所述楔块采用与对应区域相同的曝光参数，采用分区透照方式，将每个区域的厚度都限制在一定的范围内，并采用一组特定的曝光参数进行一次透照，所述透照参数包括管电压、管电流和曝光时间。进一步的，在所述一次透照过程中，随着透照厚度的增大到达所述平板探测器的有效曝光量减小，根据曝光量H与成像灰度G的线性关系确定成像灰度值G与透照厚度T之间的函数关系如下：G＝f(T)。进一步的，步骤S5中，根据厚度信息求取缺陷二维轮廓区域中每个像素区域的体积如下：V＝a2×(T0-T1)其中：V—单个像素区域体积、a—像素边长、T0—单个像素区域理论厚度、T1—单个像素区域实际厚度。进一步的，所述缺陷区域的三维参数计算如下：其中：Vall—缺陷区域总体积、n—缺陷区域像素总数、Ti0—缺陷区域第i个像素区域理论厚度、Ti1—缺陷区域第i个像素区域实际厚度。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术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，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，相比于工业CT系统，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。进一步的，本方法先确定数字射线探测系统的线性响应范围，再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，然后采用双三次插值法模拟缺陷区域的背景，再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，然后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，最后对各个缺陷像素处厚度信息进行累加，即可获取缺陷的三维参数。进一步的，数字射线探测系统由射线源、放置被检叶片的支撑平台、平板探测器以及成像及控制系统组成，在平板探测器上设置有中心开有一个毫米级通孔的铅板，通过其对射线的准直作用减小射线的散射，有效避免射线在透照物体时存在散射现象。进一步的，基于叶片检测图像提取缺陷边界，初步获取缺陷的二维轮廓，然后对初步获取的缺陷二维轮廓进行形本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.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，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，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；S5、对各个缺陷像素处厚度信息进行累加，即可获取缺陷的三维参数。3.根据权利要求2所述的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，其特征在于，步骤S1中，所述数字射线探测系统包括射线源、放置被检叶片的支撑平台、平板探测器以及成像及控制系统，所述射线源经过射线源控制器连接至所述成像及控制系统，所述支撑平台经过检测控制系统与所述成像及控制系统连接，所述平板探测器经过探测器控制器与所述成像及控制系统连接。4.根据权利要求3所述的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，其特征在于：步骤S1中，在所述平板探测器上设置中心开有小孔的铅板，所述小孔贯穿所述铅板，所述小孔的直径为1mm以上，小于10mm，增大所述数字射线探测系统的透照参数获取不同曝光量，所述平板探测器在准直小孔处所成图像由全黑转变为高亮全白，获取所述数字射线探测系统在小孔区域对应不同曝光量的成像灰度，绘制所述平板探测器的响应曲线，确定数字射线探测系统的线性响应区域。5.根据权利要求4所述的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，其特征在于：所述数字射线探测系统的线性响应关系为：G＝α·H+b其中：G—成像灰度值，H—曝光量，α—线性响应区域斜率，b—成像灰度线性偏移量。6.根据权利要求2所述的一种基于数字射...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，周浩，陈磊，魏翔，高梦秋，李章兵，李应飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61