CN106872492B - 一种增材制造高精度自适应三维无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增材制造高精度自适应三维无损检测方法，主要涉及到X射线检测和超声相控检测的自适应耦合运用，属于增材制造工件无损检测领域。所述检测方法主要包括：针对增材制造工件中不同位置形状尺寸的差别，自适应地选择无损检测方法，即单独使用X射线检测、超声探测或者耦合使用X射线和超声检测工件，在检测的同时，电脑实时处理信号所产生的图像，获得缺陷具体的三维位置以及大小。本发明自适应的选择检测方法，大大提高了检测效率，避免了方法选择不当所带来的检测误差，并且对于复杂部位采用X射线和超声耦合检测，与单纯的检测方法相比更加精确，从而实现了高精度三维缺陷的检测和定位，减少了误判。
Description
技术领域
本发明属于增材制造工件无损检测领域，尤其涉及一种增材制造高精度自适应三维无损检测方法。
背景技术
增材制造增材制造(AM)技术是基于微积分的思想，通过计算机辅助设计(CAD)的设计数据将材料逐层累加来制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除(切削加工)技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。此技术已经在国内外的汽车产业和航空航天产业中得到广泛的应用，例如高性能航空发动机零件的生产、汽车尾喷管的生产等。增材制造具有高效率、高性能、低成本等优点，尤其适用于复杂零件的生产加工。
增材制造过程中由于材料熔化迅速、局部加热和冷却等工艺步骤，使得在恰当热处理情况下，这种方法得到的制件具有接近锻造的材料性能，避免产生变形和形成微裂纹。但是如果参数先择不当则会引入新的缺陷，例如孔洞、裂纹等。在新的技术应用的同时，增材制造工件缺陷的检测问题也随之而出，对无损检测也提出了新的要求。
目前对于增材制造工件主要的检测方法有目视检测、渗透检测、超声检测、X射线检测技术。目视检测和渗透检测只可以检测出表面的缺陷。超声检测虽然能检测出工件内部缺陷，但其主要用于检测缺陷深度以及缺陷的大小，所以当被检测工件厚度很小时，超声检测有可能无法识别声波发射和接受直接存在的时间差，导致检测出现误差。
X射线检测技术虽然能检测出缺陷的具体位置，但其对被检测工件的厚度有较大的局限性，当被检测工件厚度较大时，X射线的穿透能力大大下降，其检测精度随之降低，而且对于不同的材料，由于成分的差异，X射线的传输能力也不同，不易于观察。
针对以上问题，如何通过对工件厚度以及工件局部复杂情况进行判断，实现增材制造工件高精度自适应三维无损检测成为业界人士关心的重要课题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种增材制造高精度三维无损检测方法，解决了现有技术中存在的缺陷检测无法定位缺陷具体位置、检测成像效果差等问题。
为了达到上述目的，本发明提供的一种增材制造高精度自适应三维无损检测方法采取以下步骤：
步骤一，使用机加工将增材制造过程中工件(1)表面产生的球化物去除，使增材制造工件(1)表面保持光滑平整；
步骤二，对所述增材制造工件(1)厚度以及局部复杂情况进行判断，结合工件厚度、厚度变化率以及局部厚度变化情况选择相适应的检测方法；
步骤三，将检测结果，经电脑处理，获得所述增材制造工件(1)全区域精确的缺陷三维位置和大小情况。
进一步的，在步骤二中，所述的检测方法包括X射线检测法、以及超声检测法；步骤二的具体过程为：
所述增材制造工件(1)的厚度用h表示，工件局部复杂情况用厚度变化率表示；对厚度进行判断，当h≤hthin，hthin为薄壁临界厚度，即工件该区域为薄壁区域，采用X射线检测方法；
当h≥hthick，hthick为厚板临界尺寸，即工件该区域为厚壁区域，采用超声检测方法；
当hthin≤h≤hthcik时，即工件该区域为有限厚度区域，再对其厚度变化情况进行判断，当α≤α0，α0为标准变化率，即工件局部厚度变化较小时，采用超声检测方法，当α≥α0，即工件局部厚度变化较大时，采用X射线与超声耦合检测方法。
更进一步的，所述X射线检测法具体为：将X射线探测器(2)置于所述增材制造工件(1)的一侧表面上方，平板探测器(4)位于工件另一侧下方，X射线探测器与平板探测器表面呈垂直关系，工件端面与平板探测器表面呈水平关系；将X射线探测器放置距工件表面5mm的位置，使X射线探测器沿已规划好的路径匀速移动，在移动探头的同时观察显示器中显示的缺陷位置图像，以起始点为坐标原点，经图像处理，标注出各缺陷所在(x,y)坐标。
更进一步的，所述超声检测法具体为：超声相控阵仪(3)产生幅值约为200KV的放电脉冲信号，激励超声相控阵探头发射超声波，同时超声相控阵探头也接收，当超声相控阵仪器显示器上显示出回波信号以及回波信号所成的图像后，在工件表面以喷水或涂抹医用耦合剂作为导声介质，使相控阵探头激励产生超声波能传入被检测的工件中；超声相控探头沿规定路径匀速移动，观察显示器中显示的图像和波形，以起始点为坐标原点，经图像处理，标注出各缺陷所在(x,y,z)坐标并从波形获得缺陷的大小情况。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比较的优势在于：通过对增材制造工件厚度以及工件局部复杂情况的判断，选择了厚度、厚度变化率以及复杂程度作为选取检测方法的指标，合理采用X射线检测、超声相控检测或者两者耦合检测的方法，实现了高效率、高精度、低成本的增材制造工件缺陷检测；并且在检测过程中实时看到增材制造工件中的X射线检测图像和超声回波信号形成的图像，两者图像结合，包括了缺陷所在具体三维空间的位置和缺陷长度等信息，减少了误判，提高了准确性。
本发明的另一个特点每通过每一个实施的步骤已经将可能影响检测结果的因素减少到最低。
附图说明
图1是本发明增材制造高精度三维无损检测方法的实施例示意图；
图2是检测方法实施流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非本发明的限定。
本发明的一种增材制造高精度三维无损检测方法，包括如下步骤：
对如图1所示增材制造工件进行无损检测，对工件厚度以及工件局部复杂情况进行判断，可以发现工件Ⅰ区域厚度较大，为厚壁区域，采用超声检测方法；Ⅲ区域厚度较小，为薄壁区域，采用X射线检测方法；Ⅱ区域厚度变化复杂，采用X射线和超声耦合检测方法。
首先对Ⅰ区域进行超声检测，超声相控阵仪(3)产生幅值约为200KV的放电脉冲信号，激励超声相控阵探头发射超声波，同时超声相控阵探头也接收，当超声相控阵仪器显示器上显示出回波信号以及回波信号所成的图像后，在工件表面以喷水或涂抹医用耦合剂作为导声介质，使相控阵探头激励产生超声波能传入被检测的工件中。超声相控探头沿规定路径匀速移动，观察显示器中显示的图像和波形，以起始点为坐标原点，经图像处理，标注出各缺陷所在(x,y,z)坐标并从波形获得缺陷的大小情况。
接着对Ⅱ区域进行X射线和超声耦合检测，首先将X射线检测器(1)移至待检测区域上方，规定其检测路径，检测准备工作完毕后，记录初始点位置，记为坐标原点(0,0)，随着X射线检测器的移动，正下方平板探测器(4)接收到的信号，得到检测图像，以起始点为坐标原点，标出缺陷所在(x,y)坐标。随后，采用超声检测，将超声相控探头(3)放置于X射线检测起始位置，使超声相控探头沿相同路径匀速移动，得到图像和波形，经图像处理，获得缺陷所在深度(z)坐标以及长度信息。
最后对Ⅲ区域进行X射线检测，将X射线探测器(x)至于工件的一侧表面上方，平板探测器(4)位于工件另一侧下方，X射线探测器与平板探测器表面呈垂直关系，工件端面与平板探测器表面呈水平关系。将X射线探测器放置距工件表面5mm的位置，使X射线探测器沿已规划好的路径匀速移动，在移动探头的同时观察显示器中显示的缺陷位置图像，以起始点为坐标原点，经图像处理，标注出各缺陷所在(x,y)坐标，由于是薄壁区域，缺陷所在深度可以忽略不计。
将上述检测结果，经电脑处理，获得工件全区域精确的缺陷三维位置和大小情况。
Claims (4)
1.一种增材制造高精度自适应三维无损检测方法，其特征在于，该方法采取以下步骤：
步骤一，使用机加工将增材制造过程中工件(1)表面产生的球化物去除，使增材制造工件(1)表面保持光滑平整；
步骤二，对所述增材制造工件(1)厚度以及局部复杂情况进行判断，结合工件厚度、厚度变化率以及局部厚度变化情况选择相适应的检测方法；步骤二的具体过程为：
所述增材制造工件(1)的厚度用h表示，工件局部复杂情况用厚度变化率表示；
对厚度进行判断，当h≤hthin，hthin为薄壁临界厚度，即工件该区域为薄壁区域，采用X射线检测方法；
当h≥hthick，hthick为厚板临界尺寸，即工件该区域为厚壁区域，采用超声检测方法；
当hthin≤h≤hthcik时，即工件该区域为有限厚度区域，再对其厚度变化情况进行判断，当α≤α0，α0为标准变化率，即工件局部厚度变化较小时，采用超声检测方法，当α≥α0，即工件局部厚度变化较大时，采用X射线与超声耦合检测方法；
步骤三，将检测结果，经电脑处理，获得所述增材制造工件(1)全区域精确的缺陷三维位置和大小情况。
2.根据权利要求1所述的增材制造高精度自适应三维无损检测方法，其特征在于，所述X射线检测法具体为：将X射线探测器(2)置于所述增材制造工件(1)的一侧表面上方，平板探测器(4)位于工件另一侧下方，X射线探测器与平板探测器表面呈垂直关系，工件端面与平板探测器表面呈水平关系；将X射线探测器放置距工件表面5mm的位置，使X射线探测器沿已规划好的路径匀速移动，在移动探头的同时观察显示器中显示的缺陷位置图像，以起始点为坐标原点，经图像处理，标注出各缺陷所在(x,y)坐标。
3.根据权利要求1所述的增材制造高精度自适应三维无损检测方法，其特征在于，
所述超声检测法具体为：超声相控阵仪(3)产生幅值约为200KV的放电脉冲信号，激励超声相控阵探头发射超声波，同时超声相控阵探头也接收，当超声相控阵仪器显示器上显示出回波信号以及回波信号所成的图像后，在工件表面以喷水或涂抹医用耦合剂作为导声介质，使相控阵探头激励产生超声波能传入被检测的工件中；超声相控探头沿规定路径匀速移动，观察显示器中显示的图像和波形，以起始点为坐标原点，经图像处理，标注出各缺陷所在(x,y,z)坐标并从波形获得缺陷的大小情况。
4.根据权利要求1至3任一项所述的增材制造高精度自适应三维无损检测方法，其特征在于，步骤二中用于选择检测方法的过程通过C语言实现。
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