CN101435784B - 涡轮叶片ct检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮叶片CT检测装置及其检测方法，采用在扇束工业CT装置基础上设置开合夹具结构，将叶片固定在夹具上进行扫描可以实现同时对多个叶片进行扫描，可以通过调整叶片在夹具上的倾斜角，使与扫描扇面垂直的裂纹将不再与扫描扇面垂直，能抑制CT图像中点状噪声对测量结果的影响，对与X射线面垂直的裂纹提取结果准确，不漏检裂纹，测量精度高；采用多尺度曲波变换法提取裂纹区域的方案，利用曲波的特性，能够适应裂纹的形状变化，能根据裂纹的形状分离裂纹区域，从而精确地测量裂纹。

Description

涡轮叶片CT检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种涡轮叶片裂纹探伤检测装置和方法，特别涉及涡轮叶片CT检测装置及其检测方法。

背景技术

涡轮叶片检测在航空航天和船舶工业等行业是比较重要的维护程序，关系到安全运行，是避免出现安全事故的重要手段。

现有技术中，基于工业CT的裂纹检测方法主要有四类，第一类是根据CT的物理原理，得到试件密度损伤与体应变的关系，得到裂纹宽度的普适性计算公式，但是此方法没有把裂纹分割出来，没有得到裂纹的形态，不能确定裂纹的准确位置；第二类是超声波探测技术的裂纹检测，根据发射超声波后收到的回波信号来获知缺陷的位置及当量大小等信息，此方法检测不到正好与超声波发射方向平行的裂纹且测量精度较低；第三类是根据差影法和模板匹配来检测缺陷，此方法要有标准的模板图像作为前提；第四类是基于传统边缘检测和图像分割的裂纹检测方法，使用此方法得到的边缘比较模糊，测量精度不高。

为解决以上问题，出现采用基于脊波算法的工业CT图像缺陷检测方法，该方法主要采用脊波变换的方法来提取裂纹的骨架，但脊波不能适应裂纹的形状变化，对比较弯的裂纹提取结果不准确。

由于线阵探测器前便于安装后准直器，能有效屏蔽射线串扰和散射的影响，所以工业CT普遍采用基于线阵探测器的扇束射线扫描。但普通工业CT的夹具，不能调整射线扇面与被扫描工件的夹角，当裂纹与射线束平面垂直时，裂纹在CT断面图像中表现为一个点或很小的区域，容易被漏检。

因此，需要一种涡轮叶片CT检测装置，能够适应裂纹的形状变化，对比较弯的裂纹以及与X射线面垂直的裂纹提取结果准确，不漏检裂纹，测量精度高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种涡轮叶片CT检测装置及其检测方法，能够适应裂纹的形状变化，对比较弯的裂纹以及与X射线面垂直或平行的裂纹提取结果准确，不漏检裂纹，测量精度高。

本发明的涡轮叶片CT检测装置，包括工作台、射线发生装置、数据采集装置和控制及图像处理系统，所述射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理系统相连，还包括开合式旋转夹具，所述开合式旋转夹具包括旋转台、旋转台驱动装置、拉杆、拉杆驱动装置和分布在拉杆周围的至少一个摆杆以及夹持体，所述旋转台转动配合设置在工作台上，可由旋转台驱动装置驱动相对工作台转动；所述夹持体包括U形块、夹紧弹簧和夹紧杆，所述夹紧杆间隙配合穿过U形块一侧边，端部设置环形凸台，夹紧弹簧套在夹紧杆上一端靠在夹紧杆穿过U形块的侧边内侧，另一端紧靠环形凸台并对其施加预紧力，使待检涡轮叶片夹在环形凸台端部和U形块另一侧边之间，所述夹持体用于夹持待检涡轮叶片，夹持体可相对于旋转台绕一圆心径向摆动；所述拉杆可由拉杆驱动装置驱动沿轴向往复运动；

所述摆杆一端间隙配合穿过夹持体，另一端与拉杆铰接构成平面摇杆机构；所述射线发生装置和数据采集装置固定设置在工作台上，且射线发生装置和数据采集装置位于旋转台两侧并沿旋转台径向相对。

进一步，所述拉杆驱动装置为气压或液压驱动装置，包括缸体和活塞，所述拉杆与活塞以轴向固定圆周方向可转动的方式配合；

进一步，所述旋转台上固定设置基座，所述夹持体通过销轴结构铰接在基座上，可相对于旋转台径向摆动；

进一步，所述拉杆与活塞之间通过一个推力轴承和一个角接触轴承以轴向固定圆周方向可转动的方式配合；

进一步，所述夹紧杆上固定设置有手柄，所述手柄设置在U形块外侧；

进一步，所述数据采集装置为圆弧形面阵探测器，所述工作台位于圆弧形面阵探测器的内侧；

进一步，所述旋转台驱动装置为伺服电机。

本发明还公开了一种利用涡轮叶片CT检测装置检测涡轮叶片的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.装夹待检测涡轮叶片，启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统；

b.射线发生装置扇形束扫描待检测涡轮叶片，旋转台旋转一周，得到扇形束所对截面的投影数据，并存入计算机；

c.根据b步骤所得的灰度投影数据通过滤波反向投影法重建待检测涡轮叶片的CT图像f_ij，其中i＝1，2…，B，i代表图像的行坐标，B代表图像的行数，j＝1，2…，C，j代表图像的列坐标，C代表图像的列数；

d.根据步骤c所得的图象f_ij进行模拟平行束投影变换，变换公式为： $U(t,\mathrm{\θ})\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫\∫}f(x,y)\mathrm{\δ}(x\cos \mathrm{\θ}+y\sin \mathrm{\θ}-t)\mathrm{dxdy},$ 得到一个投影数据矩阵R_i′j′，其中t表示动坐标，θ表示平行束与x轴的夹角，x表示图象f_ij的横坐标，y表示图象f_ij的纵坐标，U(t，θ)表示沿动坐标t，角度θ的一条射线束上f(x，y)之积分，i′＝1，2…，B，i′代表矩阵的行坐标，在此表示第i′个投影方向，R_i′j′表示第i′方向上的第j′个投影数据，Ω表示模拟平行束投影变换之前图像的范围；

e.根据步骤d所得的投影数据矩阵R_i′j′对每行进行高斯小波变换，计算式为：

$\mathrm{\Ψ}\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\δ}}{e}^{\frac{t^2}{2{\mathrm{\δ}}^2}}$

其中t为投影数据矩阵R_i′j′的元素，δ为标准差，Ψ(t)为小波系数，

得到小波变换系数矩阵其中i₁＝1，2…，B₁，i₁代表系数矩阵的行坐标，B₁代表系数矩阵的行数，j₁＝1，2…，C₁，j₁代表系数矩阵的列坐标，C₁代表系数矩阵的列数；

f.根据步骤e所得的小波变换系数矩阵

选取行范数最大的行坐标k，利用平行束投影方向与图像x轴之间的夹角关系β＝k×180°/C，可得裂纹方向，其中β表示裂纹的方向角，是裂纹与x轴的夹角；

g.根据步骤e所得的小波变换系数矩阵

和步骤f所得的行坐标k，取投影方向k所在的行向量

其中j₁＝1，2…C₁，在行向量

中寻找小波变换系数模最小值点所在的列坐标p，以p为界，将行向量

分成两个向量，即

其中j₂＝1，2…p-1，和其中j₃＝p+1，p+2…C₁，再分别找出这两个向量中小波变换系数模极大值所在的列坐标q₁、q₂，最后以β为方向角，分别通过(q₁cosβ，q₁sinβ)，(q₂cosβ，q₂sinβ)得左右边界直线段l₁、l₂；

h.采用步骤g所述的方法确定上下边界直线段l₃、l₄的位置；

i.l₁、l₃、l₂、l₄围成的区域标记为F₁，定义裂纹区域左右边界逼近直线段为l₅、l₆，设定间距W₁，在区域F₁内确定与直线段l₁间距为W₁的平行直线段l₁′，计算由l₁l₃ l₁′l₄围成的矩形M₁的平均灰度H₂，并在直线段l₁′右侧取间距为W₁的平行直线段l₂′，计算由l₁′l₃l₂′l₄围成的矩形M₂的平均灰度H₃，设定阈值T₂，当|H₂-H₃|＞T₂时，l₂′即为裂纹区域左边界逼近直线段l₅，否则在直线段l₂′右侧取间距为W₁的平行直线段l₃′，确定矩形M₃，M₃的平均灰度为H₄，直至确定直线段l_n′，矩形区域M_n，并且|H_n-H_n+1|＞T₂，l_n′即为裂纹区域左边界逼近直线段l₅，采用与确定l₅相同的方法可得到裂纹区域右边界逼近直线段l₆；

j.与步骤i方法相同，在区域F₁内确定上边界逼近直线段l₇和下边界逼近直线段l₈，获得由直线段l₅l₇l₆l₈围成的裂纹区域；

k.由直线段l₅l₇l₆l₈围成的裂纹区域标记为F₂，在区域F₂内平行直线l₇确定直线l₉，直线l₉将区域F₂二等分，对每等分区域重复步骤d至j，设定阈值T₃，判断两个等分区域的裂纹区域面积之和与原区域裂纹区域面积之差的模是否大于T₃，若是则将两个等分区域继续等分，否则停止分割该区域；

l.计算步骤k中最后等分得到区域内直线段l₅以及直线段l₇的长度，计算公式为：

$S=\underset{(x_{i_4},x_{i_4})=(x_{\mathrm{st}},y_{\mathrm{st}})}{\overset{(x_{\mathrm{end}},y_{\mathrm{end}})}{\mathrm{\Σ}}}{({|x_{i_4}-x_{i_4+1}|}^2+{|y_{i_4}-y_{i_4+1}|}^2)}^{1/2}$

其中(x_st，y_st)为直线段l₅起点坐标，(x_end，y_end)为直线段l₅终点坐标，

为直线段l₅上任取的点坐标，

为直线段l₅上与

相邻的点坐标，得到直线段l₅长度为S₁；采用相同方法，计算l₇直线段长度S₂；根据区域F₂，以S₁为行数、S₂为列数，建立矩阵

其中i₅＝1，2，...S₁，i₅代表区域F₂的行；j₅＝1，2，...S₂，j₅代表区域F₂的列；

m.根据步骤l所得的矩阵

依次沿行向量进行搜索，记录行向量的列的最大值的位置，作为裂纹骨架的位置；

n.设定梯度算子阈值T₄，对矩阵

每行，以裂纹骨架的位置为界将其分成两部分，对每个部分，以裂纹骨架的位置点为起点，沿行向量的左方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T₄的位置，得到裂纹的左边缘位置，沿行向量的右方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T₄的位置，得到裂纹的右边缘位置；

o.根据步骤n所得的左边缘位置和右边缘位置采用多项式拟合得到连续的裂纹边缘，得到裂纹区域F₃；

p.根据步骤m所的裂纹骨架，计算裂纹长度，裂纹长度计算公式：

$S_3=\underset{(x_{i_6},x_{i_6})=(x_{\mathrm{st}},y_{\mathrm{st}})}{\overset{(x_{\mathrm{end}},y_{\mathrm{end}})}{\mathrm{\Σ}}}{({|x_{i_6}-x_{i_6+1}|}^2+{|y_{i_6}-y_{i_6+1}|}^2)}^{1/2}$

其中(x_st，y_st)为裂纹骨架起点坐标，(x_end，y_end)为裂纹骨架终点坐标，

为裂纹骨架任取的点坐标，为裂纹骨架上与

相邻的点坐标，S₃为裂纹的长度；

q.根据步骤o所得的裂纹区域F₃，采用统计裂纹区域内总像素个数的方法得到裂纹面积；

r.根据步骤p所得的裂纹长度和步骤q所得的裂纹面积，按公式W₂＝A/S₃计算裂纹宽度，其中A为裂纹面积，S₃为裂纹的长度，W₂为裂纹宽度；

s.重复步骤l至r，计算出最后各等分区域内裂纹的长度和宽度，对最后各等分区域内裂纹的长度进行累加得到裂纹的总长，对最后各等分区域内裂纹采用加权平均的方法，得到裂纹总的平均宽度，其中加权是以各区域裂纹长度占裂纹总长的比例为权；

t.通过夹具调整涡轮叶片与射线扇束之间的夹角增量Δα，重复步骤b至s，综合比较涡轮叶片不同角度在旋转台旋转一周扫描所获得的裂纹长度和宽度，比较旋转台不同角度旋转一周所测得的裂纹长度和宽度，取其最大值为最后测得的裂纹长度和宽度。

本发明的有益效果是：本发明的涡轮叶片CT检测装置，采用在扇束工业CT装置基础上设置开合夹具结构，将叶片固定在夹具上进行扫描可以实现同时对多个叶片进行扫描，可以通过调整叶片在夹具上的倾斜角，能抑制CT图像中点状噪声对测量结果的影响，使与射线垂直的裂纹将不再与扫描扇面垂直，对与X射线面垂直的裂纹提取结果准确，不漏检裂纹，测量精度高；采用多尺度曲波变换法提取裂纹区域的方案，利用曲波的特性，能根据裂纹的形状分离裂纹区域，从而精确地测量裂纹；采用多级等分后的子图区域上逼近裂纹，而不是在整个图上逼近裂纹，故能适应裂纹的形状变化；而且，由于采用多周(不同射线扇束夹角)扫描，可以避免出现因裂纹与射线扇束垂直而漏检的情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构剖面示意图；

图2为图1俯视图；

图3为本发明原理图；

图4为本发明检测方法框图。

具体实施方式

图1为本发明的结构剖面示意图，图2为图1俯视图，图3为本发明原理图，如图所示：本实施例的涡轮叶片CT检测装置，包括工作台1、射线发生装置12、数据采集装置13和控制及图像处理系统14，本实施例中数据采集装置13为圆弧形面阵探测器，所述工作台1位于圆弧形面阵探测器的内侧；采用线阵探测器，可以避免射线的串扰，射线发生装置12和数据采集装置13与控制及图像处理系统14相连；

还包括开合式旋转夹具，开合式旋转夹具包括旋转台2、旋转台驱动装置17、拉杆8、拉杆驱动装置和分布在拉杆周围的至少一个摆杆6以及夹持体3，本实施例中摆杆为四个；旋转台2转动配合设置在工作台1上，可由旋转台驱动装置17驱动相对工作台1转动，本实施例中旋转台驱动装置为伺服电机；夹持体3用于夹持待检涡轮叶片4，夹持体包括U形块31、夹紧弹簧33和夹紧杆32，夹紧杆32间隙配合穿过U形块31一侧边，端部设置环形凸台，夹紧弹簧33套在夹紧杆32上一端靠在夹紧杆32穿过U形块31的侧边内侧，另一端紧靠环形凸台并对其施加预紧力，使待检涡轮叶片4夹在环形凸台端部和U形块31另一侧边之间，夹紧杆32上固定设置有手柄34，手柄设置在U形块31外侧，设置手柄34利于夹持操作；旋转台2上固定设置基座11，夹持体3通过销轴结构铰接在基座11上，使夹持体3可相对于旋转台2绕以销轴结构为圆心5径向摆动；拉杆8可由拉杆驱动装置驱动沿轴向往复运动，拉杆驱动装置为气压或液压驱动装置，本实施例为气压驱动装置，包括缸体16和活塞15，拉杆8与活塞15之间通过一个推力轴承9和一个角接触轴承10以轴向固定圆周方向可转动的方式配合；

摆杆6一端间隙配合穿过夹持体3，另一端与拉杆8通过铰接圆盘7铰接构成平面摇杆机构；所述射线发生装置12和数据采集装置13固定设置在工作台1上，且射线发生装置12和数据采集装置13位于旋转台两侧并沿旋转台径向相对。

图4为本发明检测方法框图，如图所示：利用本发明的涡轮叶片CT检测装置检测涡轮叶片的方法，包括以下步骤：

a.装夹待检测涡轮叶片，启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统；

b.扫描：射线发生装置扇形束扫描待检测涡轮叶片1至3次，得到扇形束所对截面的灰度投影数据，并存入计算机；

c.重建待检测涡轮叶片CT图像：根据步骤b所得的灰度投影数据通过滤波反向投影法重建待检测涡轮叶片的CT图像f_ij，其中i＝1，2…，B，i代表图像的行坐标，B代表图像的行数，j＝1，2…，C，j代表图像的列坐标，C代表图像的列数；

d.模拟平行束投影变换：根据步骤c所得的图象f_ij进行模拟平行束投影变换，变换公式为： $U(t,\mathrm{\θ})\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫\∫}f(x,y)\mathrm{\δ}(x\cos \mathrm{\θ}+y\sin \mathrm{\θ}-t)\mathrm{dxdy},$ 得到一个投影数据矩阵R_i′j′，其中t表示动坐标，θ表示平行束与x轴的夹角，x表示图象f_ij的横坐标，y表示图象f_ij的纵坐标，U(t，θ)表示沿动坐标t，角度θ的一条射线束上f(x，y)之积分，i′＝1，2…，B，i′代表矩阵的行坐标，在此表示第i′个投影方向，R_i′j′表示第i′方向上的第j′个投影数据，Ω表示模拟平行束投影变换之前图像的范围；

e.小波变换：根据步骤d所得的投影数据矩阵R_i′j′对每行进行高斯小波变换，计算式为：

$\mathrm{\Ψ}\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\δ}}{e}^{\frac{t^2}{2{\mathrm{\δ}}^2}}$

其中t为投影数据矩阵R_i′j′的元素，δ为标准差，Ψ(t)为小波系数，

得到小波变换系数矩阵

其中i₁＝1，2…，B₁，i₁代表系数矩阵的行坐标，B₁代表系数矩阵的行数，j₁＝1，2…，C₁，j₁代表系数矩阵的列坐标，C₁代表系数矩阵的列数；

f.求裂纹方向：根据步骤e所得的系数矩阵

选取行范数最大的行坐标k，利用平行束投影方向与图像x轴之间的夹角关系β＝k×180°/C，可得裂纹方向，其中β表示裂纹的方向角，是裂纹与x轴的夹角；

g.根据步骤e所得的小波变换系数矩阵

和步骤f所得的行坐标k，取投影方向k所在的行向量

其中j₁＝1，2…C₁，在行向量

中寻找小波变换系数模最小值点所在的列坐标p，以p为界，将行向量

分成两个向量，即

其中j₂＝1，2…p-1，和其中j₃＝p+1，p+2…C₁，再分别找出这两个向量中小波变换系数模极大值所在的列坐标q₁、q₂，最后以β为方向角，分别通过(q₁cosβ，q₁sinβ)，(q₂cosβ，q₂sinβ)得左右边界直线段l₁、l₂；

h.采用步骤g所述的方法确定上下边界直线段l₃、l₄的位置；

i.l₁、l₃、l₂、l₄围成的区域标记为F₁，定义裂纹区域左右边界逼近直线段为l_5、l₆，设定间距W₁，在区域F₁内确定与直线段l₁间距为W₁的平行直线段l₁′，计算由l₁l₃ l₁′l₄围成的矩形M₁的平均灰度H₂，并在直线段l₁′右侧取间距为W₁的平行直线段l₂′，计算由l₁′l₃l₂′l₄围成的矩形M₂的平均灰度H₃，设定阈值T₂，当|H₂-H₃|＞T₂时，l₂′即为裂纹区域左边界逼近直线段l₅，否则在直线段l₂′右侧取间距为W₁的平行直线段l₃′，确定矩形M₃，M₃的平均灰度为H₄，直至确定直线段l_n′，矩形区域M_n，并且|H_n-H_n+1|＞T₂，l_n′即为裂纹区域左边界逼近直线段l₅，采用与确定l₅相同的方法可得到裂纹区域右边界逼近直线段l₆；

j.与步骤i方法相同，在区域F₁内确定上边界逼近直线段l₇和下边界逼近直线段l₈，获得由直线段l₅l₇l₆l₈围成的裂纹区域；

k.由直线段l₅l₇l₆l₈围成的裂纹区域标记为F₂，在区域F₂内平行直线l₇确定直线l₉，直线l₉将区域F₂二等分，对每等分区域重复步骤d至j，设定阈值T₃，判断两个等分区域的裂纹区域面积之和与原区域裂纹区域面积之差的模是否大于T₃，若是则将两个等分区域继续等分，否则停止分割该区域；

本步骤加上前述步骤(步骤d至j)的脊波变换，完成曲波变换，曲波变换对弯裂纹能够有效，不漏检裂纹，测量精度高，区别于现有技术中脊波只能针对直裂纹的特点；

l.计算步骤k中最后等分得到区域内直线段l₅以及直线段l₇的长度，计算公式为：

$S=\underset{(x_{i_4},x_{i_4})=(x_{\mathrm{st}},y_{\mathrm{st}})}{\overset{(x_{\mathrm{end}},y_{\mathrm{end}})}{\mathrm{\Σ}}}{({|x_{i_4}-x_{i_4+1}|}^2+{|y_{i_4}-y_{i_4+1}|}^2)}^{1/2}$

其中(x_st，y_st)为直线段l₅起点坐标，(x_end，y_end)为直线段l₅终点坐标，

为直线段l₅上任取的点坐标，为直线段l₅上与

相邻的点坐标，得到直线段l₅长度为S₁；采用相同方法，计算l₇直线段长度S₂；根据区域F₂，以S₁为行数、S₂为列数，建立矩阵

其中i₅＝1，2，...S₁，i₅代表区域F₂的行；j₅＝1，2，...S₂，j₅代表区域F₂的列；

m.根据步骤l所得的矩阵

依次沿行向量进行搜索，记录行向量的列的最大值的位置，作为裂纹骨架的位置；

n.设定梯度算子阈值T₄，对矩阵

每行，以裂纹骨架的位置为界将其分成两部分，对每个部分，以裂纹骨架的位置点为起点，沿行向量的左方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T₄的位置，得到裂纹的左边缘位置，沿行向量的右方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T₄的位置，得到裂纹的右边缘位置；

o.根据步骤n所得的左边缘位置和右边缘位置采用多项式拟合得到连续的裂纹边缘，得到裂纹区域F₃；

p.根据步骤m所的裂纹骨架，计算裂纹长度，裂纹长度计算公式：

$S_3=\underset{(x_{i_6},x_{i_6})=(x_{\mathrm{st}},y_{\mathrm{st}})}{\overset{(x_{\mathrm{end}},y_{\mathrm{end}})}{\mathrm{\Σ}}}{({|x_{i_6}-x_{i_6+1}|}^2+{|y_{i_6}-y_{i_6+1}|}^2)}^{1/2}$

其中(x_st，y_st)为裂纹骨架起点坐标，(x_end，y_end)为裂纹骨架终点坐标，

为裂纹骨架任取的点坐标，

为裂纹骨架上与

相邻的点坐标，S₃为裂纹的长度；

q.根据步骤o所得的裂纹区域F₃，采用统计裂纹区域内总像素个数的方法得到裂纹面积；

r.根据步骤p所得的裂纹长度和步骤q所得的裂纹面积，按公式W₂＝A/S₃计算裂纹宽度，其中A为裂纹面积，S₃为裂纹的长度，W₂为裂纹宽度；

s.重复步骤l至r，计算出最后各等分区域内裂纹的长度和宽度，对最后各等分区域内裂纹的长度进行累加得到裂纹的总长，对最后各等分区域内裂纹采用加权平均的方法，得到裂纹总的平均宽度，其中加权是以各区域裂纹长度占裂纹总长的比例为权；

t.通过夹具调整涡轮叶片与射线扇束之间的夹角增量Δα，也就是调整涡轮叶片的倾斜角度，重复步骤b至s，综合比较涡轮叶片不同角度在旋转台旋转一周扫描所获得的裂纹长度和宽度，比较旋转台不同角度旋转一周所测得的裂纹长度和宽度，取其最大值为最后测得的裂纹长度和宽度；通过改变叶片往外倾角，对X射线面垂直的裂纹提取效果明显。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种涡轮叶片CT检测装置，包括工作台(1)、射线发生装置(12)、数据采集装置(13)和控制及图像处理系统(14)，所述射线发生装置(12)和数据采集装置(13)与控制及图像处理系统(14)相连，其特征在于：还包括开合式旋转夹具，所述开合式旋转夹具包括旋转台(2)、旋转台驱动装置(17)、拉杆(8)、拉杆驱动装置和分布在拉杆周围的至少一个摆杆(6)以及夹持体(3)，所述旋转台(2)转动配合设置在工作台(1)上，可由旋转台驱动装置(17)驱动相对工作台(1)转动；所述夹持体包括U形块(31)、夹紧弹簧(33)和夹紧杆(32)，所述夹紧杆(32)间隙配合穿过U形块(31)一侧边，端部设置环形凸台，夹紧弹簧(33)套在夹紧杆(32)上一端靠在夹紧杆(32)穿过U形块(31)的侧边内侧，另一端紧靠环形凸台并对其施加预紧力，使待检涡轮叶片(4)夹在环形凸台端部和U形块(31)另一侧边之间，所述夹持体(3)用于夹持待检涡轮叶片(4)，夹持体(3)可相对于旋转台(2)绕一圆心(5)径向摆动；所述拉杆(8)可由拉杆驱动装置驱动沿轴向往复运动；

所述摆杆(6)一端间隙配合穿过夹持体(3)，另一端与拉杆(8)铰接构成平面摇杆机构；所述射线发生装置(12)和数据采集装置(13)固定设置在工作台(1)上，且射线发生装置(12)和数据采集装置(13)位于旋转台两侧并沿旋转台径向相对。

2.根据权利要求1所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于：所述拉杆驱动装置为气压或液压驱动装置，包括缸体(16)和活塞(15)，所述拉杆(8)与活塞(15)以轴向固定圆周方向可转动的方式配合。

3.根据权利要求2所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于：所述旋转台(2)上固定设置基座(11)，所述夹持体(3)通过销轴结构铰接在基座(11)上，可相对于旋转台(2)径向摆动。

4.根据权利要求3所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于：所述拉杆(8)与活塞(15)之间通过一个推力轴承(9)和一个角接触轴承(10)以轴向固定圆周方向可转动的方式配合。

5.根据权利要求4所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于：所述夹紧杆(32)上固定设置有手柄(34)，所述手柄设置在U形块(31)外侧。

6.根据权利要求5所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于：所述数据采集装置(13)为圆弧形面阵探测器，所述工作台(1)位于圆弧形面阵探测器的内侧。

7.根据权利要求6所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于：所述旋转台驱动装置(17)为伺服电机。

8.一种利用权利要求1所述的涡轮叶片CT检测装置检测涡轮叶片的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.装夹待检测涡轮叶片，启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统；

b.射线发生装置扇形束扫描待检测涡轮叶片，旋转台旋转一周，得到扇形束所对截面的投影数据，并存入计算机；

c.根据b步骤所得的灰度投影数据通过滤波反向投影法重建待检测涡轮叶片的CT图像f_ij，其中i＝1，2…，B，i代表图像的行坐标，B代表图像的行数，j＝1，2…，C，j代表图像的列坐标，C代表图像的列数；

d.根据步骤c所得的图象f_ij进行模拟平行束投影变换，变换公式为： $U(t,\mathrm{\θ})\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫\∫}f(x,y)\mathrm{\δ}(x\cos \mathrm{\θ}+y\sin \mathrm{\θ}-t)\mathrm{dxdy},$ 得到一个投影数据矩阵R_i′j′，其中t表示动坐标，θ表示平行束与x轴的夹角，x表示图象f_ij的横坐标，y表示图象f_ij的纵坐标，U(t，θ)表示沿动坐标t，角度θ的一条射线束上f(x，y)之积分，i′＝1，2…，B，i′代表矩阵的行坐标，在此表示第i′个投影方向，R_i′j′表示第i′方向上的第j′个投影数据，Ω表示模拟平行束投影变换之前图像的范围；

e.根据步骤d所得的投影数据矩阵R_i′j′对每行进行高斯小波变换，计算式为：

$\mathrm{\Ψ}\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\δ}}{e}^{\frac{t^2}{2{\mathrm{\δ}}^2}}$

其中t为投影数据矩阵R_i′j′的元素，δ为标准差，Ψ(t)为小波系数，

得到小波变换系数矩阵

其中i₁＝1，2…，B₁，i₁代表系数矩阵的行坐标，B₁代表系数矩阵的行数，j₁＝1，2…，C₁，j₁代表系数矩阵的列坐标，C₁代表系数矩阵的列数；

f.根据步骤e所得的小波变换系数矩阵选取行范数最大的行坐标k，利用平行束投影方向与图像x轴之间的夹角关系β＝k×180°/C，可得裂纹方向，其中β表示裂纹的方向角，是裂纹与x轴的夹角；

g.根据步骤e所得的小波变换系数矩阵

和步骤f所得的行坐标k，取投影方向k所在的行向量

其中j₁＝1，2…C₁，在行向量

中寻找小波变换系数模最小值点所在的列坐标p，以p为界，将行向量

分成两个向量，即

其中j₂＝1，2…p-1，和

其中j₃＝p+1，p+2…C₁，再分别找出这两个向量中小波变换系数模极大值所在的列坐标q₁、q₂，最后以β为方向角，分别通过(q₁cosβ，q₁sinβ)，(q₂cosβ，q₂sinβ)得左右边界直线段l₁、l₂；

h.采用步骤g所述的方法确定上下边界直线段l₃、l₄的位置；

i.l₁、l₃、l₂、l₄围成的区域标记为F₁，定义裂纹区域左右边界逼近直线段为l₅、l₆，设定间距W₁，在区域F₁内确定与直线段l₁间距为W₁的平行直线段l₁′，计算由l₁l₃ l₁′l₄围成的矩形M₁的平均灰度H₂，并在直线段l₁′右侧取间距为W₁的平行直线段l₂′，计算由l₁′l₃l₂′l₄围成的矩形M₂的平均灰度H₃，设定阈值T₂，当|H₂-H₃|＞T₂时，l₂′即为裂纹区域左边界逼近直线段l₅，否则在直线段l₂′右侧取间距为W₁的平行直线段l₃′，确定矩形M₃，M₃的平均灰度为H₄，直至确定直线段l_n′，矩形区域M_n，并且|H_n-H_n+1|＞T₂，l_n′即为裂纹区域左边界逼近直线段l₅，采用与确定l₅相同的方法可得到裂纹区域右边界逼近直线段l₆；

j.与步骤i方法相同，在区域F₁内确定上边界逼近直线段l₇和下边界逼近直线段l₈，获得由直线段l₅l₇l₆l₈围成的裂纹区域；

k.由直线段l₅l₇l₆l₈围成的裂纹区域标记为F₂，在区域F₂内平行直线l₇确定直线l₉，直线l₉将区域F₂二等分，对每等分区域重复步骤d至j，设定阈值T₃，判断两个等分区域的裂纹区域面积之和与原区域裂纹区域面积之差的模是否大于T₃，若是则将两个等分区域继续等分，否则停止分割该区域；

l.计算步骤k中最后等分得到区域内直线段l₅以及直线段l₇的长度，计算公式为：

$S=\underset{(x_{i_4},x_{i_4})=(x_{\mathrm{st}},y_{\mathrm{st}})}{\overset{(x_{\mathrm{end}},y_{\mathrm{end}})}{\mathrm{\Σ}}}{({|x_{i_4}-x_{i_4+1}|}^2+{|y_{i_4}-y_{i_4+1}|}^2)}^{1/2}$

其中(x_st，y_st)为直线段l₅起点坐标，(x_end，y_end)为直线段l₅终点坐标，

为直线段l₅上任取的点坐标，

为直线段l₅上与

相邻的点坐标，得到直线段l₅长度为S₁；采用相同方法，计算l₇直线段长度S₂；根据区域F₂，以S₁为行数、S₂为列数，建立矩阵

其中i₅＝1，2，...S₁，i₅代表区域F₂的行；j₅＝1，2，...S₂，j₅代表区域F₂的列；

m.根据步骤l所得的矩阵依次沿行向量进行搜索，记录行向量的列的最大值的位置，作为裂纹骨架的位置；

n.设定梯度算子阈值T₄，对矩阵

每行，以裂纹骨架的位置为界将其分成两部分，对每个部分，以裂纹骨架的位置点为起点，沿行向量的左方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T₄的位置，得到裂纹的左边缘位置，沿行向量的右方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T₄的位置，得到裂纹的右边缘位置；

o.根据步骤n所得的左边缘位置和右边缘位置采用多项式拟合得到连续的裂纹边缘，得到裂纹区域F₃；

p.根据步骤m所的裂纹骨架，计算裂纹长度，裂纹长度计算公式：

$S_3=\underset{(x_{i_6},x_{i_6})=(x_{\mathrm{st}},y_{\mathrm{st}})}{\overset{(x_{\mathrm{end}},y_{\mathrm{end}})}{\mathrm{\Σ}}}{({|x_{i_6}-x_{i_6+1}|}^2+{|y_{i_6}-y_{i_6+1}|}^2)}^{1/2}$

其中(x_st，y_st)为裂纹骨架起点坐标，(x_end，y_end)为裂纹骨架终点坐标，为裂纹骨架任取的点坐标，

为裂纹骨架上与

相邻的点坐标，S₃为裂纹的长度；

q.根据步骤o所得的裂纹区域F₃，采用统计裂纹区域内总像素个数的方法得到裂纹面积；

r.根据步骤p所得的裂纹长度和步骤q所得的裂纹面积，按公式W₂＝A/S₃计算裂纹宽度，其中A为裂纹面积，S₃为裂纹的长度，W₂为裂纹宽度；

s.重复步骤l至r，计算出最后各等分区域内裂纹的长度和宽度，对最后各等分区域内裂纹的长度进行累加得到裂纹的总长，对最后各等分区域内裂纹采用加权平均的方法，得到裂纹总的平均宽度，其中加权是以各区域裂纹长度占裂纹总长的比例为权；

t.通过夹具调整涡轮叶片与射线扇束之间的夹角增量Δα，重复步骤b至s，综合比较涡轮叶片不同角度在旋转台旋转一周扫描所获得的裂纹长度和宽度，比较旋转台不同角度旋转一周所测得的裂纹长度和宽度，取其最大值为最后测得的裂纹长度和宽度。

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