CN104267049A - 叶片机械手射线层析无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对航空发动机叶片的无损检测提出了一种运用六自由度机械手进行CT扫查的方法。该方法针对内部结构复杂的航空业叶片，利用六自由度机械手的柔性和精确性，实现航空发动机叶片的无损探伤。其中，航空发动机叶片的位姿数据与平板探测器数据的对应性和同步性，保证了CT图像的准确和真实。该检测方法在保证结果可靠性的同时，极大地提高了无损检测的自动化程度，提高了检测效率。

Description

叶片机械手射线层析无损检测方法

一、技术领域

本发明提出了一种机械手夹持航空发动机叶片利用计算机断层成像(Computed Tomography——简称CT)系统进行无损检测的方法，该方法可以用于检测航空发动机叶片内部缺陷，亦适用于其他小型复杂型面构件的无损检测，属于无损探伤技术领域。

二、背景说明

现实生活中，因为航空发动机叶片失效而导致的航空事故屡见不鲜。航空发动机叶片的工作环境较为严苛，需要在极高的空气负荷、机械负荷下工作，同时还要承受高温氧化和热腐蚀，极易发生失效。因此，对航空发动机叶片的进行检测严格的无损检测显得至关重要。

发动机叶片呈空腔状，内部结构复杂，叶身横截面沿叶长方向各不相同，成型工艺极其复杂。在成型过程中，经常导致成型叶片内部存在夹渣、孔洞、裂缝、表面缺陷、铸件残缺等缺陷。而气孔、内部裂纹、疏松等叶片的内部缺陷，很难通过常规的检测方法发现。目前航空叶片的检测还处在人工检测的阶段，人工检测存在工作强度大、效率低，并且是有发生的漏检和误检给飞机安全带来了极大的隐患。

工业CT即工业层析成像技术，被国际无损检测界誉为最佳的无损检测手段。从多个方向以射线透射被测零件的某断层，并用平板探测器记录下射线衰减后的信息，用工业计算机根据此信息进行图像重建，并以灰度图像显示出来。通过直观的断层图像，能够清晰的看到被检测零件的结构层次、缺陷情况。对于航空发动机叶片等内部结构复杂的零件，工业CT能够满足检测的要求。

经文献搜索发现，目前国内通过六自由度机械手夹持叶片进行CT扫查的研究还没有。论文(王开开.工业CT多轴同步运动控制系统研究[D].重庆：重庆大学，2013)公开了一种针对小型零件的三轴联动扫查系统，但这个系统只是用形状简单规则的零件检测，并不适用于航空发动机叶片等发杂类零件。本文提供了一种六自由度机械手夹持叶片进行CT扫查的方法，机械手通过柔性夹持机构夹持叶片进入射线舱进行扫查，根据叶片的轮廓进行射线强度调节以期射线在穿透零件后仍有足够的能量产生清晰的图像。这是一种全新的方法，具有广泛的应用前景。

三、发明内容

本发明针对航空发动机叶片的无损检测提出了一种运用六自由度机械手进行CT扫查的方法。该方法针对叶片的内部结构的复杂性，利用六自由度机械手的柔性和精确性，实现航空发动机叶片的无损探伤。

本发明的实现方式：整个检测系统由射线源、平板探测器、六自由度机械手及末端柔性夹持机构、射线舱、控制器组成。检测时，机械手通过末端柔性夹持机构夹持叶片进入射线舱，并运动到射线源和平板探测器之间的检查区域进行检测。在检测过程中，机械手的位姿数据和平板探测器的检测数据实时的传输到控制器中，经过运算和图像处理得到航空发动机叶片的断层图，检测人员可以根据图谱信息判断出缺陷情况。检测完成后，机械手夹持叶片退出射线舱，运动到下料工位，末端夹持机构松开叶片。

四、附图说明

图1是机械手射线叶片CT检测方法的结构布局

附图说明：控制器1、六自由度机械手2、平板探测器3、射线舱4、射线源5、航空发动机叶片6.

五、具体实施方式

下面对具体实施方式进行详细描述：

射线检测系统的布局如图1所示，射线源和平板接收器在同一水平线上，放置于射线舱4内两侧，射线源5与平板探测器3之间的区域为检测区域。检测时，六自由度机械手2夹航空发动机持叶片6在射线源和平板探测器之间的检测区域里进行检测。

机械手末端装有柔性夹持机构，可以针对不同尺寸的叶片进行夹持。在上料区，当机械手在上料工位夹持住叶片后。控制器通过叶片的尺寸、形状进行叶片进入检测区域路径规划，使其准确的进入射线舱的检测区。并根据叶片的尺寸来调整与射线源之间的距离；根据叶片的形状，调整叶片的姿态，以确保叶片CT图像完整，清晰。

在检测之前，检测人员根据检测叶片要求的精度，确定叶片每次旋转的分度值，同时，控制器对叶片的三维模型进行轨迹规划，使得叶片每次旋转一定分度值后，通过调节射线源的电压来调节射线的能量，使得射线足以完全穿透叶片顺利到达平板探测器上。开始检测后，机械手夹持叶片在射线覆盖区域内，绕着叶片中心轴旋转，每次旋转一定的分度值，直到完成整个周身的扫查。每次旋转，射线源发出不同强度的射线，使得射线有足够的强度穿透叶片被平板探测器接收，同时机械手的下位机程序将叶片的实时的位姿信息传送给平板探测器。平板探测器在接收射线的对应位置上产生电信号，并进一步通过控制器，将电信号转化为图像信号，并通过图像处理器进行图像处理。当叶片旋转360°之后，就完成了检测的过程。

检测完成后，机械手夹持叶片退出射线舱，运动到下料工位，柔性夹持机构松开。

整个检测过程中，要保证叶片的位姿数据与平板探测器数据的对应性和同步性。这样CT扫查出的图像才能准确、真实的显示出缺陷的相关信息。同时，机械手较高的运动精度能避免运动装置带来的伪影问题。

Claims (5)

1.叶片机械手射线层析无损检测方法，其特征在于：六自由度机械手通过柔性夹持机构夹持航空发动机叶片进入射线舱中的检测区域，启动CT系统，平板探测器将接收到信息传送到控制器上，经过处理得到叶片断层图像。

2.根据权利要求1所述的叶片机械手射线层析无损检测方法，其特征在于：机械手末端的夹持机构为柔性夹持机构，可以根据叶片的榫头形状自行调节装卡方式。且通过六自由度机械手实现叶片方位的自动调节。

3.根据权利要求1所述的叶片机械手射线层析无损检测方法，其特征在于：机械手夹持叶片在射线覆盖区域内，绕着叶片中心轴旋转，每次旋转一定的分度值，知道完成整个周身的扫查。每次旋转，射线源发出不同强度的射线，使得射线有适当的强度穿透叶片，确保平板探测器有合适的接收信号。

4.根据权利要求1和3所述的叶片机械手射线层析无损检测方法，其特征在于：射线穿透叶片被平板探测器接收，与此同时机械手的下位机程序将此时叶片的位姿信息实时的传送给平板探测器，使得在控制器中能够准确的、真实的成像。

5.根据权利要求1和3所述的叶片机械手射线层析无损检测方法，其特征在于：射线源根据叶片的位置，做出射线强度的调节，且机械手的精确的位姿信息可以使得CT图像伪影消除。