CN111795981A - 使用计算机断层扫描来检查部件的方法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种使用计算机断层扫描来检查部件的方法,该方法包括以下步骤:(a)提供计算机断层扫描(CT)扫描仪;(b)提供目标部件;(c)检阅部件的几何形状;(d)估计最佳的部件取向;(e)对部件进行取向;(f)用CT扫描仪扫描部件;(g)将CT扫描数据加载到3D图像软件中;(h)记录最佳的CT扫描数据;(i)确定CT扫描数据的可接受和不可接受区域;(j)确定附加部件取向;(k)重复步骤(e)至(i),直到该部件的CT扫描数据的所有区域都可接受为止;以及(1)创建合并量的可接受CT扫描数据。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月1日提交的临时申请序列号62/827,351的优先权,其全部内容通过引用合并入本文。
技术领域
本发明涉及使用计算机断层扫描检查部件的方法。
背景技术
计算机断层扫描(CT)是计算机辅助的断层扫描处理,其使用辐射(例如X射线)来生成被扫描物体的三维内部和外部表示。CT通常作为一种非破坏性技术来检查工业部件和组件,以识别材料异常并校验几何尺寸。
CT系统对材料异常的敏感度和测量准确性与CT系统中使用的X射线源的能级成反比。物体材料的量和密度会影响X射线穿透零件并到达X射线检测器的能力。当到达检测器的X射线不足时,该物体被认为无法用该能级的X射线进行检查。
通常期望CT系统的灵敏度和准确性最大化。然而,对于相对较大和/或致密的部件,或具有复杂几何形状的部件,仍然需要一种改进的CT扫描方法,其能够以尽可能低的X射线能量执行对此类部件的检查。
发明内容
一方面,描述了一种使用计算机断层扫描来检查部件的方法,该方法包括以下步骤:(a)提供计算机断层扫描(CT)扫描仪;(b)提供目标部件;(c)检阅部件的几何形状;(d)估计最佳的部件取向;(e)对部件进行取向;(f)用CT扫描仪扫描部件;(g)将CT扫描数据加载到3D图像软件中;(h)记录最佳的CT扫描数据;(i)确定CT扫描数据的可接受和不可接受区域;(j)确定附加部件的取向;(k)重复步骤(e)至(i),直到该部件的CT扫描数据的所有区域都可接受为止;以及(1)创建合并量的可接受CT扫描数据。
附图说明
在附图中,贯穿各个视图,相同的标号表示相同的元件:
图1是描绘了本文所述的示例性检查方法的流程图。
图2是描绘了图1的方法的变型的示例性图示的流程图。
具体实施方式
本发明的所描述的实施例针对用于使用计算机断层扫描术检查部件的方法。为了说明的目的,将针对检查大型工业零件来描述该方法,这些大型工业零件可能难以使用常规方法和设备进行检查。然而,将理解,本发明不限于此,并且可以具有一般适用性,包括其他类型和大小的部件以及其他类型的信息收集。
所有方向性参考(例如,径向,轴向,近端,远端,上,下,向上,向下,左,右,侧向,前,后,顶,底,以上,以下,垂直,水平,顺时针,逆时针,上游,下游,向前,向后等)仅用于识别目的,以帮助读者理解本发明,而不会造成限制,尤其是对本发明的位置,取向或用途的限制。除非另有说明,否则连接参考(例如,附接,联接,连接和接合)将被广义地解释,并且可包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对运动。这样,连接参考不一定推断出两个元件直接连接并且彼此成固定关系。示例性附图仅出于说明的目的,所附附图中反映的尺寸,位置,顺序和相对大小可以变化。
图1是如本文所述的CT检查方法100的示例性图示。尽管本文中的许多讨论集中在CT检查上,但是应该理解,该方法可以应用于其他图像收集和检查技术,其中可以利用该方法来提高所产生的检查数据的质量。
在图1的方法100中,与使用现有技术相比,可以以更高的灵敏度和/或更高的准确度来检查更大或更密集的工业零件或部件。这使得可以通过使用较低能量的CT系统来扫描可以用较低CT能量穿透的部件的分段。然后,使用通过不同检查方法(较高能源能量CT系统或非接触式计量系统)或通过访问计算机辅助设计(CAD)数据文件而获得的整个零件的参考坐标系数据集,将这些分段组合为部件的单个CT图像。该单个组合的CT图像是高分辨率图像,然后将其用于尺寸度量和不连续和/或缺陷的检测。
图1所示的方法100包括部件的X射线穿透以确定用于CT检查的多个姿势,使用经验、实验或计算机分析,这些姿势产生高分辨率数据。部件可以由金属材料或可以方便地使用CT成像来检查的其他材料制成,例如陶瓷基复合材料(CMC)。可以使用本文描述的方法检查的部件的示例包括在燃气涡轮发动机的组件中使用的金属零件,例如通常用作飞行器的推进系统的那些金属零件。当部件是新制造的以及当部件已经在使用中时,可以使用本文所述的方法来检查部件。
在方法100中,物体的尺寸是一次扫描部件或零件即可捕获整个部件的尺寸。在编号为102的第一步骤中,部件的参考数据是通过访问CAD数据文件或通过对整个零件的初始扫描获得的。在编号为105的下一步骤中,操作员检查零件的几何形状。接下来,操作员在步骤110中估计零件的最佳取向和装夹,以最小化穿过零件实心区域的长X射线路径长度。在步骤115中对零件进行取向之后,在步骤120中,操作员接下来将使用最佳取向来CT扫描X射线机上的零件,以最小化通过零件的X射线路径长度。扫描完成后,在步骤125中,操作员将体积CT扫描数据加载到3D图像查看软件中。接下来,在步骤130中使用该软件将最佳取向CT扫描数据记录为CAD或参考数据。在步骤135中,检查扫描数据以确定图像信号可接受的区域并确定图像信号不可接受的区域。然后在步骤140中使用该检查来确定可以帮助改善图像信号当前不可接受的区域中的图像信号的任何其他取向。
在该检查之后,在步骤145中,操作员创建附加取向的装夹,并且在步骤150中,以附加取向对零件进行CT扫描。在步骤155中,将附加的扫描取向数据加载到3D图像查看软件中,并在步骤160中将最佳取向CT扫描数据合并到3D图像查看软件中。最佳取向扫描数据应首先记录到零件的CAD数据或参考几何形状数据。任何其他扫描数据都应记录到最佳取向扫描数据。应该创建感兴趣的3D区域,以识别CT数据的3D CT体扫描中可接受信号水平的区域。接下来,在步骤165中,操作员检查区域并确定是否需要附加的扫描取向以消除不可接受的CT图像数据的任何附加区域。在步骤170中,根据需要重复步骤110-135,直到已经为零件的所有区域获得可接受的数据为止。特定零件的最终定义将由一个或多个CT扫描取向和装夹组成,从而在这些取向上对零件以及感兴趣的3D区域进行CT扫描,感兴趣的3D区域定义了针对各种CT扫描取向的可接受CT信号数据的区域。在步骤175中,从各种提取的可接受CT信号区域中创建一个合并量的可接受CT信号扫描数据。最终,在步骤180中,创建软件编程以自动化用于扫描和处理附加零件的过程,零件通常具有相同的构造和几何形状。
在图2中,方法200类似于图1的方法100,但是对于零件的单个高分辨率扫描不能捕获整个零件几何形状的情况是有用的。在这种情况下,操作者在步骤205中使用较低分辨率的CT扫描仪或其他方法来捕获零件的完整几何形状。在步骤210中,将完整的扫描几何形状与零件的CAD或参考数据对齐。从这一点出发,在步骤215中,使用方法100的步骤,唯一的不同是,来自不同源的整个零件几何形状扫描数据被用于将X射线数据的各种扫描取向记录在一起。确定可接受和不可接受的CT图像数据、定义可接受的CT图像数据的区域、提取可接受的CT图像数据以及创建一个合并量的可接受的CT图像数据的步骤与方法100中描述的相同。
应当理解,所公开的方法的应用不限于工业部件的检查,而是可以具有普遍的适用性,包括将本文所述的方法应用于其他成像技术和其他类型的目标物品。
本公开的各种特征,方面和优点也可以在本公开的方面的任何置换中体现,包括但不限于在枚举方面中定义的以下技术方案:
1.一种使用计算机断层扫描术检查部件的方法,包括以下步骤:(a)提供计算机断层扫描(CT)扫描仪;(b)提供目标部件;(c)检阅部件的几何形状;(d)估计最佳的部件取向;(e)对部件进行取向;(f)用CT扫描仪扫描部件;(g)将CT扫描数据加载到3D图像软件中;(h)记录最佳的CT扫描数据;(i)确定CT扫描数据的可接受和不可接受区域;(j)确定附加部件取向;(k)重复步骤(e)至(i),直到该部件的CT扫描数据的所有区域都可接受为止;以及(l)创建合并量的可接受CT扫描数据。
2.根据方面1的方法,进一步包括对软件进行编程以扫描附加部件的步骤(m)。
3.根据方面2的方法,其中附加部件具有相同的构造。
4.根据方面1-3的方法,其中步骤(e)包括装夹部件。
5.根据方面1-4的方法,其中完成步骤(d)以使穿过部件的固体区域的长X射线路径长度最小化。
6.根据方面1-5的方法,其中步骤(h)是使用3D图像软件完成的。
7.根据方面1-6的方法,其中针对每个CT扫描操作使用不同的装夹来完成步骤(k)。
8.根据方面1-7的方法,其中创建感兴趣的3D区域以覆盖CT扫描数据的3D CT体积扫描中的可接受的信号水平的区域。
9.根据方面1-8的方法,其中低分辨率CT扫描仪用于捕获部件的初始完整几何形状。
10.根据方面9的方法,其中部件的初始完整几何形状用于记录来自每次步骤(f)的扫描取向。
11.根据方面1-10的方法,其中非接触式计量系统用于捕获部件的初始完整几何形状。
12.根据方面1-11的方法,其中所述部件由金属材料形成,是铸造金属部件,是机加工金属部件,是燃气涡轮发动机的部件,是新制造的,是使用过的部件,或是由陶瓷基复合材料(CMC)形成,或由其任意组合形成。
该书面描述使用示例来公开本发明,包括最佳模式,并且还使本领域技术人员能够实施本发明,包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定,并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件,或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件,则它们意图在权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供:
1.一种使用计算机断层扫描来检查部件的方法,方法包括以下步骤:(a)提供计算机断层扫描(CT)扫描仪;(b)提供目标部件;(c)检阅部件的几何形状;(d)估计最佳的部件取向;(e)对部件进行取向;(f)用CT扫描仪扫描部件;(g)将CT扫描数据加载到3D图像软件中;(h)记录最佳的CT扫描数据;(i)确定CT扫描数据的可接受区域和不可接受区域;(j)确定附加部件取向;(k)重复步骤(e)至(i),直到部件的CT扫描数据的所有区域都可接受为止;以及(1)创建合并量的可接受CT扫描数据。
2.根据任何在前条项的方法,进一步包括对软件进行编程以扫描附加部件的步骤(m)。
3.根据任何在前条项的方法,其中附加部件具有相同的构造。
4.根据任何在前条项的方法,其中步骤(e)包括装夹部件。
5.根据任何在前条项的方法,其中完成步骤(d)以使穿过部件的固体区域的长X射线路径长度最小化。
6.根据任何在前条项的方法,其中步骤(h)是使用3D图像软件完成的。
7.根据任何在前条项的方法,其中针对每个CT扫描操作使用不同的装夹来完成步骤(k)。
8.根据任何在前条项的方法,其中创建感兴趣的3D区域以覆盖CT扫描数据的3DCT体积扫描中的可接受的信号水平的区域。
9.根据任何在前条项的方法,其中低分辨率CT扫描仪用于捕获部件的初始完整几何形状。
10.根据任何在前条项的方法,其中部件的初始完整几何形状用于记录来自每次步骤(f)的扫描取向。
11.根据任何在前条项的方法,其中非接触式计量系统用于捕获部件的初始完整几何形状。
12.根据任何在前条项的方法,其中部件由金属材料形成。
13.根据任何在前条项的方法,其中部件是铸造金属部件。
14.根据任何在前条项的方法,其中部件是机加工金属部件。
15.根据任何在前条项的方法,其中部件是燃气涡轮发动机的部件。
16.根据任何在前条项的方法,其中部件是新制造的。
17.根据任何在前条项的方法,其中部件是使用过的部件。
18.根据任何在前条项的方法,其中部件由陶瓷基复合物(CMC)材料形成。
Claims (10)
1.一种使用计算机断层扫描来检查部件的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(a)提供计算机断层扫描(CT)扫描仪;
(b)提供目标部件;
(c)检阅所述部件的几何形状;
(d)估计最佳的部件取向;
(e)对所述部件进行取向;
(f)用所述CT扫描仪扫描所述部件;
(g)将CT扫描数据加载到3D图像软件中;
(h)记录最佳的所述CT扫描数据;
(i)确定CT扫描数据的可接受区域和不可接受区域;
(j)确定附加部件取向;
(k)重复步骤(e)至(i),直到所述部件的CT扫描数据的所有区域都可接受为止;以及
(1)创建合并量的可接受CT扫描数据。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括对软件进行编程以扫描附加部件的步骤(m)。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,其中所述附加部件具有相同的构造。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,其中步骤(e)包括装夹所述部件。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,其中完成步骤(d)以使穿过所述部件的固体区域的长X射线路径长度最小化。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,其中步骤(h)是使用所述3D图像软件完成的。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,其中针对每个CT扫描操作使用不同的装夹来完成步骤(k)。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,其中创建感兴趣的3D区域以覆盖所述CT扫描数据的3D CT体积扫描中的可接受的信号水平的区域。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,其中低分辨率CT扫描仪用于捕获所述部件的初始完整几何形状。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,其中所述部件的所述初始完整几何形状用于记录来自每次步骤(f)的所述扫描取向。
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