CN111239191A - 一种基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统。其包括步进电机、传感器安装支架、三维相机、红外热像仪、固定螺栓、叶片连接件、叶片测量工作台、温控阀、过滤组件、导流装置、电阻加热装置、风扇组件、底盘、承重万向轮、测量组件固定支架、工业触摸屏、电源按钮、急停按钮、电气控制柜和钣金盖板。本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统可大大提升制造和维修过程中的检测效率和自动化程度，降低人为和经验等不确定因素对检测结果的影响，并通过对检测数据的跟踪、分析以及安全评估，进而提高航空发动机运行的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于航空维修和检测技术领域，特别是涉及一种基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统。
背景技术
航空发动机被誉为“飞机的心脏”，涡轮叶片是航空发动机最重要的动力元件。由于涡轮叶片内部结构复杂，一般采用无余量精铸方法成型，但制造过程中常导致成型叶片内部存在夹渣、孔洞、裂缝等缺陷，其成型工艺难度极大；此外，其服役环境恶劣，除高强度热冲击外，还要在极高温度下承受交变应力、高速冲击等复杂载荷。因此，相对于叶片的几何型面蠕变、热障涂层脱落和微小裂纹等外部缺陷，叶片的诸如气孔、夹杂、疏松等内部缺陷在例行检查工作中更不易发现，而且也很难通过常规的无损检测方法进行检测。但是，此类潜在的危害巨大，随着缺陷的扩展和加剧，很可能由涡轮叶片的失效导致航空发动机的着火或空中停车，甚至造成重大的飞行安全事故。
目前，在航空发动机维修检测时，对涡轮叶片缺陷检测主要以人工目视配合常规NDT检查方法为主。涡轮叶片不规则的表面形状、复杂内腔结构和表面覆盖的热障涂层，导致现有的无损检测手段受到局限且耗时费力，容易出现漏检和误检。涡轮叶片损伤的高效检测一直是国内航空公司和军民航发动机制造维修企业重点关注的技术难题，因此，在涡轮叶片的维修检测工作中，涡轮叶片损伤的高效检测设备仍然属于空白。
红外热像技术不受零件材料和形状的限制，检测成本较低，其对于涡轮叶片、热障涂层和复合材料的定损检测具有良好的应用前景。若融合红外检测技术和激光三维测量技术研制一种高效的涡轮叶片损伤检测设备，可大大提升制造和维修过程中的检测效率和自动化程度，降低人为和经验等不确定因素对检测结果的影响，并通过对检测数据的跟踪、分析以及安全评估，进而提高航空发动机运行的安全性和可靠性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统。
为了达到上述目的，本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统包括步进电机、传感器安装支架、三维相机、红外热像仪、固定螺栓、叶片连接件、叶片测量工作台、温控阀、过滤组件、导流装置、电阻加热装置、风扇组件、底盘、承重万向轮、测量组件固定支架、工业触摸屏、电源按钮、急停按钮、电气控制柜和钣金盖板；其中，底盘水平放置，底面四个角处分别安装一个承重万向轮；风扇组件水平安装在底盘的表面一侧；两个电阻加热装置以叠放的方式安装于风扇组件的上部；导流装置的外侧边缘安装在电阻加热装置的上端边缘，中部形成有一个开孔；钣金盖板覆盖在风扇组件和两个电阻加热装置的外侧而形成下部连续导流通道；过滤组件安装在导流装置的开孔处；温控阀安装在过滤组件的上端出口处；叶片测量工作台水平设置，中心处利用中心孔安装在温控阀的上端；叶片连接件的中心处形成有一个垂直通孔，垂直通孔的下端安装在叶片测量工作台的中心孔上端口处，上部通过位于外侧部位的四个固定螺栓固定住待测试的涡轮叶片，由过滤组件、温控阀、叶片测量工作台的中心孔及叶片连接件的垂直通孔形成上部连续导流通道；测量组件固定支架为7字形杆状结构，下端固定在底盘的表面另一侧后部，上端位于叶片连接件的上方；步进电机安装在测量组件固定支架的上端外部，输出轴向下延伸；传感器安装支架也为7字形杆状结构，上端连接在步进电机的输出轴上，下部能够在测量组件固定支架的下部与待测试的涡轮叶片之间的空间内进行360°转动；三维相机和红外热像仪均安装在传感器安装支架的下部，并且镜头面对待测试的叶片；工业触摸屏、电源按钮和急停按钮安装在电气控制柜上；电气控制柜安装在底盘表面上位于测量组件固定支架前侧的部位，并且同时与风扇组件、电阻加热装置、温控阀、步进电机、三维相机和红外热像仪电连接。
所述的工业触摸屏采用OMRON NS8-TV00B-ECV2工业触摸屏。
所述的三维相机采用Intel RealSense D435深度相机。
所述的红外热像仪采用Fluke PTi120便携式红外热像仪。
所述的导流装置为罩式结构。
本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统可大大提升制造和维修过程中的检测效率和自动化程度，降低人为和经验等不确定因素对检测结果的影响，并通过对检测数据的跟踪、分析以及安全评估，进而提高航空发动机运行的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统结构立体图。
图2为安装盖板后的本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统结构立体图。
图3为本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统中叶片连接件结构立体图。
图4为本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统中电阻加热装置和风扇组件结构立体图。
图5为本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统中涡轮叶片安装局部示意图。
图6为本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统中气流流通通道局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统进行详细说明。
如图1-图6所示，本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统包括步进电机1、传感器安装支架2、三维相机3、红外热像仪4、固定螺栓5、叶片连接件6、叶片测量工作台7、温控阀8、过滤组件9、导流装置10、电阻加热装置11、风扇组件13、底盘14、承重万向轮15、测量组件固定支架16、工业触摸屏17、电源按钮18、急停按钮19、电气控制柜20和钣金盖板21；其中，底盘14水平放置，底面四个角处分别安装一个承重万向轮15；风扇组件13水平安装在底盘14的表面一侧；两个电阻加热装置11以叠放的方式安装于风扇组件13的上部；导流装置10的外侧边缘安装在电阻加热装置11的上端边缘，中部形成有一个开孔；钣金盖板21覆盖在风扇组件13和两个电阻加热装置11的外侧而形成下部连续导流通道；过滤组件9安装在导流装置10的开孔处；温控阀8安装在过滤组件9的上端出口处；叶片测量工作台7水平设置，中心处利用中心孔安装在温控阀8的上端；叶片连接件6的中心处形成有一个垂直通孔，垂直通孔的下端安装在叶片测量工作台7的中心孔上端口处，上部通过位于外侧部位的四个固定螺栓5固定住待测试的涡轮叶片，由过滤组件9、温控阀8、叶片测量工作台7的中心孔及叶片连接件6的垂直通孔形成上部连续导流通道；测量组件固定支架16为7字形杆状结构，下端固定在底盘14的表面另一侧后部，上端位于叶片连接件6的上方；步进电机1安装在测量组件固定支架16的上端外部，输出轴向下延伸；传感器安装支架2也为7字形杆状结构，上端连接在步进电机1的输出轴上，下部能够在测量组件固定支架16的下部与待测试的叶片之间的空间内进行360°转动；三维相机3和红外热像仪4均安装在传感器安装支架2的下部，并且镜头面对待测试的涡轮叶片；工业触摸屏17、电源按钮18和急停按钮19安装在电气控制柜20上；电气控制柜20安装在底盘14表面上位于测量组件固定支架16前侧的部位，并且同时与风扇组件13、电阻加热装置11、温控阀8、步进电机1、三维相机3和红外热像仪4电连接。
所述的工业触摸屏17采用OMRON NS8-TV00B-ECV2工业触摸屏。
所述的三维相机3采用Intel RealSense D435深度相机。
红外热像仪4采用Fluke PTi120便携式红外热像仪。
所述的导流装置10为罩式结构。
现将本发明提供的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统的使用方法阐述如下：
(1)人工检查本系统外观和状态，按下电源按钮18，对整个系统进行通电自检，如工业触摸屏17无任何异常提示，可正常使用；
(2)在叶片连接件6上部使用四个固定螺栓5固定住待测试的涡轮叶片，保证涡轮叶片下部的导流通道与本系统中的上部连续导流通道尽量对齐，以减少高温气流外泄；
(3)涡轮叶片安装完成后，操作人员禁止进入叶片测量工作台7所在的区域；
(4)操作人员操作工业触摸屏17，在电气控制柜20的控制下启动三维相机3，控制传感器安装支架2慢速旋转360°，获得涡轮叶片的三维点云信息；
(5)测试阶段1：操作人员操作工业触摸屏17，设置气流温度为50℃，启动风扇组件13和两个电阻加热装置11，风扇组件13产生的气流将在下部连续导流通道内向上流入电阻加热装置11而由电阻加热装置11进行加热，同时监控温控阀8反馈的温度值，当测量温度达到50℃时，温控阀8打开；这时加热后的高温气流将向上依次经导流装置10的开孔、过滤组件9、温控阀8、叶片测量工作台7的中心孔和叶片连接件6的垂直通孔而提供给涡轮叶片；
(6)3分钟后，操作人员操作工业触摸屏17，控制传感器安装支架2慢速旋转360°，通过三维相机3和红外热像仪4记录涡轮叶片的红外、可见光图像；
(7)测试阶段2：操作人员操作工业触摸屏17，设置气流温度为70℃，启动风扇组件13和两个电阻加热装置11，同时监控温控阀8反馈的温度值，当测量温度达到70℃时，温控阀8打开；
(8)3分钟后，操作人员操作工业触摸屏17，控制传感器安装支架2慢速旋转360°，通过三维相机3和红外热像仪4记录涡轮叶片的红外、可见光图像；
(9)可再次设定不同测量温度，重复上述步骤(5)-(8)，收集足够的三维点云信息、红外图像、可见光图像，以便开展进一步的分析；
(10)测量工作完成后，关闭三维相机3和红外热像仪4，关闭风扇组件13和两个电阻加热装置11，关闭电源按钮18，确定步进电机1断电后，由操作人员佩戴隔热手套取下测试后的涡轮叶片。
注意事项：如测量过程中发生紧急情况，应及时按下急停按钮19。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，或由本领域技术人员根据本发明的技术方案及其他相似的此原理得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统，其特征在于：所述的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统包括步进电机(1)、传感器安装支架(2)、三维相机(3)、红外热像仪(4)、固定螺栓(5)、叶片连接件(6)、叶片测量工作台(7)、温控阀(8)、过滤组件(9)、导流装置(10)、电阻加热装置(11)、风扇组件(13)、底盘(14)、承重万向轮(15)、测量组件固定支架(16)、工业触摸屏(17)、电源按钮(18)、急停按钮(19)、电气控制柜(20)和钣金盖板(21)；其中，底盘(14)水平放置，底面四个角处分别安装一个承重万向轮(15)；风扇组件(13)水平安装在底盘(14)的表面一侧；两个电阻加热装置(11)以叠放的方式安装于风扇组件(13)的上部；导流装置(10)的外侧边缘安装在电阻加热装置(11)的上端边缘，中部形成有一个开孔；钣金盖板(21)覆盖在风扇组件(13)和两个电阻加热装置(11)的外侧而形成下部连续导流通道；过滤组件(9)安装在导流装置(10)的开孔处；温控阀(8)安装在过滤组件(9)的上端出口处；叶片测量工作台(7)水平设置，中心处利用中心孔安装在温控阀(8)的上端；叶片连接件(6)的中心处形成有一个垂直通孔，垂直通孔的下端安装在叶片测量工作台(7)的中心孔上端口处，上部通过位于外侧部位的四个固定螺栓(5)固定住待测试的涡轮叶片，由过滤组件(9)、温控阀(8)、叶片测量工作台(7)的中心孔及叶片连接件(6)的垂直通孔形成上部连续导流通道；测量组件固定支架(16)为7字形杆状结构，下端固定在底盘(14)的表面另一侧后部，上端位于叶片连接件(6)的上方；步进电机(1)安装在测量组件固定支架(16)的上端外部，输出轴向下延伸；传感器安装支架(2)也为7字形杆状结构，上端连接在步进电机(1)的输出轴上，下部能够在测量组件固定支架(16)的下部与待测试的叶片之间的空间内进行360°转动；三维相机(3)和红外热像仪(4)均安装在传感器安装支架(2)的下部，并且镜头面对待测试的涡轮叶片；工业触摸屏(17)、电源按钮(18)和急停按钮(19)安装在电气控制柜(20)上；电气控制柜(20)安装在底盘(14)表面上位于测量组件固定支架(16)前侧的部位，并且同时与风扇组件(13)、电阻加热装置(11)、温控阀(8)、步进电机(1)、三维相机(3)和红外热像仪(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统，其特征在于：所述的工业触摸屏(17)采用OMRON NS8-TV00B-ECV2工业触摸屏。
3.根据权利要求1所述的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统，其特征在于：所述的三维相机(3)采用Intel RealSense D435深度相机。
4.根据权利要求1所述的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统，其特征在于：红外热像仪(4)采用Fluke PTi120便携式红外热像仪。
5.根据权利要求1所述的基于红外激光信息融合的涡轮叶片缺陷检测系统，其特征在于：所述的导流装置(10)为罩式结构。
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