CN113155959B - 一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法 - Google Patents
一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113155959B CN113155959B CN202110261375.3A CN202110261375A CN113155959B CN 113155959 B CN113155959 B CN 113155959B CN 202110261375 A CN202110261375 A CN 202110261375A CN 113155959 B CN113155959 B CN 113155959B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- blade root
- wave
- defect
- phased array
- scanning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 238
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 64
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 6
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
- G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法，技术方案是，以圆弧枞树型叶根内、外弧第一齿根根槽位置为检测对象，收集圆弧枞树型叶根相关数据，建立叶根不同截面的原始数据库，将原始数据库导入相控阵系统，并在相控阵系统中建立固定波和缺陷波的判定标准，然后对对待测圆弧枞树型叶根进行相控阵检测，最后通过采集到的数据在相控阵屏幕上显示出带有缺陷的三维叶根图形，该三维图形可以清楚的显示出缺陷的具体位置，可以一目了然的分辨出从叶根进汽侧端部指向出汽侧端部的缺陷，并能够对缺陷的大小数据进行采集，最终达到整个叶根缺陷的可视化图像识别。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法，具体来说，是用于相控阵检测转子叶片枞树型叶根时能够对检测图像数据进行识别并在相控阵屏幕上进行可视化成像的方法，属于图像识别领域。
背景技术
随着电力系统的发展，超临界及以上大容量机组已经成为我国火力发电的主力机组，随着运行参数的提高，对机组主要部件结构形式的要求也越来越高。汽轮机转子动叶片作为动能传递部件，其主要形式有T型、叉型、菌型和枞树型。叶根纵向母线也有直线型和圆弧型之分，由于圆弧枞树型叶根合理利用了叶根和轮缘部分的材料，应力分布相对均匀，且降低了叶片的重量，离心力较低，具有承载能力高、强度适应性好、装配和更换方便等优点，被广泛应用于超临界汽轮机高中压转子及低压转子。然而，在汽轮机转子高速运转时，由于叶根承受着高温、高压、巨大的离心力、蒸汽弯曲应力、激振力、疲劳、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用，随着电力机组服役时间的增长和调峰频率的增加，其运行环境和受力状况更加复杂，易因制造缺陷、材料性能和运行条件恶化等因素发生断裂事故，造成叶片及转子本体大面积损伤，严重威胁到火电机组的安全稳定运行，同时也给电厂带来巨大的经济损失。
目前，对于在役超临界机组圆弧枞树型叶根，现有的无损检测方法有磁粉检测、渗透检测及超声波检测等，由于磁粉检测只能检测根部端面2mm左右横向深度区域，渗透检测只对根部端面表面开口缺陷敏感，射线检测也无法对轴向厚度太大工件有效检测，而传统超声检测灵敏度较低，无法实现检测区域的全覆盖，并且各种反射信号从A形显示上难以辨别，且操作空间受限制，易造成缺陷漏检。近年来，多家单位也对圆弧枞树型叶根检测技术进行了研究，但依旧存在操作复杂、声束覆盖有限、缺陷信号识别困难、难以保证检测灵敏度等缺点。
超声相控阵检测技术是一种先进的超声无损检测技术，成为近几年超声无损检测领域中的研究热点。通过对超声相控阵检测技术理论和实践研究表明，利用超声相控阵检测技术采用S型扫描视图对圆弧枞树型叶根进行缺陷检测，能够实现超临界机组圆弧枞树型叶根内、外弧齿根部位缺陷的检测，对实现汽轮机安全运行具有重要意义。但是S型扫描视图是针对单一截面位置的检测，检测完毕保存后才能进行下一个截面的检测，再次保存继续检测直至结束；且圆弧枞树型叶根结构的特殊性导致相控阵检测时探头放置部位离齿根间的距离是不相等的，S型扫描视图不能通过一次对比试块增益的调节对整个叶根进行检测，对于同样大小的缺陷，如果采用同种增益的相控阵对缺陷进行检测，在S型二维平面图像显示中会产生大小不等的波幅，必然会导致缺陷的漏检，如果要对不同部位的缺陷进行检测，需要不断的在试块中对设备进行增益的调节，达到标准，才能进行下一截面的检测。待整个叶根检测完毕后，需要利用专门的软件对叶根不同部位截面视图进行分析，确定缺陷的大小、深度及长度，检测中具有较大的局限性，费时、费力。因此，其改进和创新势在必行。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法，实现火力发电厂圆弧枞树型叶根的检测，提高了工作效率，降低了生产成本，安全可靠，适用范围广泛。
本发明解决的技术方案是：
一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法，以圆弧枞树型叶根内、外弧第一齿根根槽位置为检测对象，具体方法包括以下步骤：
步骤一，圆弧枞树型叶根相关数据收集
A、叶根定位
在圆弧枞树型叶根的三维实体模型上制作人工缺陷，具体为，在圆弧枞树型叶根内、外弧第一齿根槽位置制作起于进汽侧端部终止于出汽侧端部长、0.5mm宽、2mm深的人工缺陷；
对圆弧枞树型叶根的三维实体模型进行三维扫描，得到三维叶根图形，将三维叶根图形导入相控阵系统，将三维叶根图形在相控阵系统中进行坐标标定，确定空间坐标，具体标定方法为：
将叶片圆弧枞树型叶根三维实体模型的三维叶根图形表示为X轴、Y轴、Z轴三个轴系，X轴正方向为叶根底部进汽侧端部指向出汽侧端部，Y轴正方向为叶根底部出汽侧端部外弧侧指向内弧侧，Z轴正方向为叶根底部指向叶身方向，叶根底部出汽侧端部端角坐标为(0，0，0)；
B、叶根切分
将圆弧枞树型叶根的三维实体模型从出汽侧端部至进汽侧端部将叶根沿纵向方向垂直弧面切分成N份，切分出含人工缺陷的截面，截面端部坐标表示为Z＝F(X，Y)，每一个截面叶根端部坐标为zn＝f(xn，yn)；
C、数据收集
通过相控阵探头对切割出的三维实体模型截面利用相控阵系统中的S型扫描视图及B型扫描视图进行扫查检测，首先将相控阵探头放在叶片叶身上并朝向叶根方向，调整探头的位置和方向，使得视图中显示出缺陷波相关的参数和三维实体模型叶根中的缺陷大小一致时，将此位置定位该截面的扫查路径的起始位置，起始位置的坐标通过在带有人工缺陷的叶根三维实体模型中利用卷尺从探头前沿向垂直于叶根端部的方向进行测量得到，将起始位置坐标输入相控阵系统，确定起始坐标，然后相控阵探头进行剩余截面叶根缺陷的检测，重复上述步骤，得到探头沿叶身行走的路径，将路径所在坐标输入相控阵系统，相控阵探头沿扫查路径从叶根内、外弧进汽侧端部向出汽侧端部扫查，相控阵探头在叶根中行走距离和三维叶根图形中的坐标通过扫查路径一一对应，当相控阵探头沿固定路径从叶根内、外弧进汽侧端部向出汽侧端部开始扫查时，S型及B型扫描视图上会呈现出蓝色、黄色和红色的扫描线，通过相控阵系统中存在的指针、闸门的显示功能，分别将颜色为黄色和红色的部位锁定，查看视图中该区域显示的波幅、尺寸大小、深度、水平距离和声程，根据视图中显示的水平距离，在带有人工缺陷的叶根三维实体模型中利用卷尺从探头前向叶根方向进行测量，确定哪个波形代表固定波，哪个波形代表缺陷波；然后将指针功能和闸门功能调节到固定波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅的数据进行采集，随后将指针功能和闸门功能调节到缺陷波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅的数据进行采集，即首先收集第一个截面z1＝f(x1，y1)坐标处的固定波角度A11、缺陷波角度A12、固定波声程L11、缺陷波声程L12以及缺陷波波幅C1，然后依次进行检测直至采集到zn＝f(xn，yn)坐标处的固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2和缺陷波波幅Cn，由于圆弧枞树型叶根结构的特殊性导致探头在不同截面处叶身上放置部位离齿根间的距离是不相等的，使得相控阵检测长宽高都相同的叶根缺陷时，相控阵视图中显示的波幅大小C不同，为了使不同截面处同类缺陷在相控阵视图中显示出相同的波幅大小，以叶根进汽侧端部缺陷波波幅大小C1为基准，通过依次作差计算得到从截面2直至截面n处缺陷波波幅大小相对C1的差值γ2～γn；
再次从叶根内弧进汽侧端部向出汽侧端部进行扫查，在本次扫查检测过程中，不断调整相控阵探头在叶身上的实际放置角度，调整调整角度≤1°，从叶根内弧进汽侧端部向出汽侧端部扫查，通过步骤C方法先判定S型及B型扫描视图中哪个波形代表固定波，哪个波形代表缺陷波；
然后将指针功能和闸门功能调节到固定波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅等数据进行采集，随后将指针功能和闸门功能调节到缺陷波显示的区域，首先收集第一个截面z1＝f(x1，y1)坐标处不同探头放置位置时的固定波角度、缺陷波角度、固定波声程、缺陷波声程，通过计算得到固定波角度在≤α11的数值范围内变化、缺陷波角度在≤α12的数值范围内变化、固定波声程在≤δ11的数值范围内变化、缺陷波声程在≤δ12的数值范围内变化，然后依次进行检测直至zn＝f(xn，yn)坐标处的不同探头放置位置时的固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2，并得到各个截面的固定波角度偏差数值大小αn1、缺陷波角度偏差数值大小αn2以及固定波声程偏差数值大小δn1、缺陷波声程偏差数值大小δn2；
将叶根不同截面坐标zn＝f(xn，yn)处固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2、缺陷波波幅大小Cn、缺陷波波幅大小相对C1的差值γ2～γn以及固定波角度偏差数值大小αn1、缺陷波角度偏差数值大小αn2、固定波声程偏差数值大小δn1收集到的数值，录入EXCEL，在EXCEL表格中建立叶根不同截面的原始数据库；
步骤二，相控阵系统配置
将步骤一建立的原始数据库导入相控阵系统，并在相控阵系统中进行数据配置，建立固定波和缺陷波的判定标准，具体判定标准如下：
当波形位于An1±αn1角度范围时确定波形为固定波，波形位于An2±αn2角度范围时确定波形为缺陷波，波形位于Ln1±δn1声程范围时确定波形为固定波，波形位于Ln2±δn2声程范围时确定波形为缺陷波；
步骤三，对待测圆弧枞树型叶根进行相控阵检测
对于叶根缺陷相控阵检测，首先将相控阵系统中存储的三维叶根图形调取出来呈现在视图中，通过相控阵探头沿待测圆弧枞树型叶根的扫查路径进行扫查，扫查路径为沿叶片进汽侧方向向叶片出汽侧方向行进，探头楔块与叶片弧度贴合，探头晶片指向叶根缺陷方向并与缺陷垂直，扫查的起始位置的坐标利用卷尺从探头前沿向叶根端部进行测量得到，将起始位置坐标输入相控阵系统，确定起始坐标，相控阵探头在叶根中行走距离和三维叶根图形中的坐标通过扫查路径一一对应，扫查截面过程中，始终存在会返回一个波，即为固定波，当扫查到缺陷时，会返回2个波，一个固定波和一个缺陷波，通过步骤二的判定标准来判断是否存在缺陷波，且能够区分哪条为固定波哪条为缺陷波，具体为：
a、返回的波同时满足An1±αn1、An2±αn2、Ln1±δn1、Ln2±δ2，即可判定同时存在固定波和缺陷波，且通过返回波的角度和声程与上述标准比对，能区分哪条为固定波哪条为缺陷波；
b、返回的波同时满足判定固定波2个标准中的一个、缺陷波2个标准中的一个时，即可判定同时存在固定波和缺陷波，且通过返回波的角度和声程与上述标准比对，能区分哪条为固定波哪条为缺陷波；
c、返回的波只存在An1±αn1、Ln1±δn1情况时，可以判定存在固定波，不存在缺陷波；
d、当返回的缺陷波波幅大小≥C1，判断为缺陷超标；
扫查过程中，叶根中如果存在缺陷，在三维叶根图形相应坐标位置处就会显示出来，检测完毕后相控阵系统中整个叶根的缺陷情况在三维叶根图形中呈现出来，通过该三维叶根图形，可以一目了然的分辨出从叶根进汽侧端部指向出汽侧端部的缺陷，并能够对缺陷的大小数据进行采集，最终达到整个叶根缺陷的可视化图像识别。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、通过数据收集，通过一次性叶根相控阵检验，直接达到整个叶根缺陷的检测，减少对不同截面灵敏度增益的调节，有效的节省人力、物力，提高工作效率；
2、在实验室中，首先利用相控阵S型扫描视图及B型扫描视图统计收集三维实体模型同截面固定波角度、缺陷波角度、固定波与缺陷波角度差、固定波声程、缺陷波声程、固定波与缺陷波声程差及不同截面缺陷波幅大小的数据，然后利用收集到的信息进行记录，通过zn＝f(xn，yn)处数据的收集，对扫描视图进行优化，当探头放在叶根内弧扫查时，相控阵设备屏幕上显示出叶根不同部位的图形信息即B扫视图，通过该视图可以清晰的对叶根固定波和缺陷波进行区分，对缺陷离端部的距离、缺陷长度、缺陷深度进行显示，实时记录，最后通过采集到的数据在相控阵屏幕上显示出带有缺陷的三维叶根图形，该三维图形可以清楚的显示出缺陷的具体位置，可以一目了然的分辨出从叶根进汽侧端部指向出汽侧端部的缺陷，并能够对缺陷的大小数据进行采集，最终达到整个叶根缺陷的可视化图像识别。
3、只需采集一次原始数据，即可对同类型的圆弧枞树型叶根进行缺陷扫查，大大提高了工作效率。
4、圆弧枞树型叶根结构复杂，通过图像识别技术，可以避免因人工技能水平的高低带来的识别误差，提高检测的精度。
附图说明
图1为本发明圆弧枞树型叶根定位空间坐标轴系示意图。
图2为本发明实施例圆弧枞树型叶根人工缺陷位置示意图。
图3为本发明实施例相控阵探头放置位置示意图。
图4为本发明实施例相控阵系统叶根缺陷的可视化图像识别检测界面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-4给出，一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法，现阶段汽轮机厂家生产的“515”叶片圆弧枞树型叶根结构相同，本实施例采用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的“515”叶片为检测对象，收集、整理该类圆弧枞树型叶根的结构应力特点和失效分析结果，分析叶根缺陷产生的部位，得出圆弧枞树型叶根裂纹缺陷发生于叶根内、外弧第一齿根槽位置，因此，以圆弧枞树型叶根内、外弧第一齿根根槽位置为检测对象，具体方法包括以下步骤：
步骤一，圆弧枞树型叶根相关数据收集
A、叶根定位
在圆弧枞树型叶根的三维实体模型上制作人工缺陷，具体为，在圆弧枞树型叶根内、外弧第一齿根槽位置制作起于进汽侧端部终止于出汽侧端部长、0.5mm宽、2mm深的人工缺陷；
对圆弧枞树型叶根的三维实体模型进行三维扫描，得到三维叶根图形，将三维叶根图形导入相控阵系统，将三维叶根图形在相控阵系统中进行坐标标定，确定空间坐标，具体标定方法为：
将叶片圆弧枞树型叶根三维实体模型的三维叶根图形表示为X轴、Y轴、Z轴三个轴系，X轴正方向为叶根底部进汽侧端部指向出汽侧端部，Y轴正方向为叶根底部出汽侧端部外弧侧指向内弧侧，Z轴正方向为叶根底部指向叶身方向，叶根底部出汽侧端部端角坐标为(0，0，0)；
B、叶根切分
将圆弧枞树型叶根的三维实体模型从出汽侧端部至进汽侧端部将叶根沿纵向方向垂直弧面切分成N份，切分出含人工缺陷的截面，截面端部坐标表示为Z＝F(X，Y)，每一个截面叶根端部坐标为zn＝f(xn，yn)；
C、数据收集
通过相控阵探头对切割出的三维实体模型截面利用相控阵系统中的S型扫描视图及B型扫描视图进行扫查检测，首先将相控阵探头放在叶片叶身上并朝向叶根方向，调整探头的位置和方向，使得视图中显示出缺陷波相关的参数和三维实体模型叶根中的缺陷大小一致时，将此位置定位该截面的扫查路径的起始位置，起始位置的坐标通过在带有人工缺陷的叶根三维实体模型中利用卷尺从探头前沿向垂直于叶根端部的方向进行测量得到，将起始位置坐标输入相控阵系统，确定起始坐标，然后相控阵探头进行剩余截面叶根缺陷的检测，重复上述步骤，得到探头沿叶身行走的路径，将路径所在坐标输入相控阵系统，相控阵探头沿扫查路径从叶根内、外弧进汽侧端部向出汽侧端部扫查，相控阵探头在叶根中行走距离和三维叶根图形中的坐标通过扫查路径一一对应，当相控阵探头沿固定路径从叶根内、外弧进汽侧端部向出汽侧端部开始扫查时，S型及B型扫描视图上会呈现出蓝色、黄色和红色的扫描线，通过相控阵系统中存在的指针、闸门的显示功能，分别将颜色为黄色和红色的部位锁定，查看视图中该区域显示的波幅、尺寸大小、深度、水平距离和声程，根据视图中显示的水平距离，在带有人工缺陷的叶根三维实体模型中利用卷尺从探头前向叶根方向进行测量，确定哪个波形代表固定波，哪个波形代表缺陷波；然后将指针功能和闸门功能调节到固定波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅的数据进行采集，随后将指针功能和闸门功能调节到缺陷波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅的数据进行采集，即首先收集第一个截面z1＝f(x1，y1)坐标处的固定波角度A11、缺陷波角度A12、固定波声程L11、缺陷波声程L12以及缺陷波波幅C1，然后依次进行检测直至采集到zn＝f(xn，yn)坐标处的固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2和缺陷波波幅Cn，由于圆弧枞树型叶根结构的特殊性导致探头在不同截面处叶身上放置部位离齿根间的距离是不相等的，使得相控阵检测长宽高都相同的叶根缺陷时，相控阵视图中显示的波幅大小C不同，为了使不同截面处同类缺陷在相控阵视图中显示出相同的波幅大小，以叶根进汽侧端部缺陷波波幅大小C1为基准，通过依次作差计算得到从截面2直至截面n处缺陷波波幅大小相对C1的差值γ2～γn；
其中：A指代角度，An1代表第n个截面处固定波角度数值大小，An2代表第n个截面处缺陷波角度数值大小，L指代声程、Ln1代表第n个截面处固定波声程数值大小，Ln2代表第n个截面处缺陷波声程数值大小，C指代波幅、Cn代表第n个截面处缺陷波波幅数值大小；
再次从叶根内弧进汽侧端部向出汽侧端部进行扫查，由于叶根相控阵检测过程中探头放置角度(扫查过程中探头角度在很小的范围内变动)的不同导致视图中显示出的截面固定波及缺陷波角度、固定波及缺陷波声程都存在一定的数值变动，因此在本次扫查检测过程中，不断调整相控阵探头在叶身上的实际放置角度，调整调整角度≤1°，从叶根内弧进汽侧端部向出汽侧端部扫查，通过步骤C方法先判定S型及B型扫描视图中哪个波形代表固定波，哪个波形代表缺陷波；
具体为：扫查过程中S型及B型扫描视图上会呈现出蓝色、黄色和红色的扫描线，通过相控阵系统中存在的指针、闸门的显示功能，分别将颜色为黄色和红色的部位锁定，查看视图中该区域显示的波幅、尺寸大小、深度、水平距离和声程，根据视图中显示的水平距离，在带有人工缺陷的叶根中利用卷尺从探头前沿向叶根方向进行测量，确定哪个波形代表固定波，哪个波形代表缺陷波；
然后将指针功能和闸门功能调节到固定波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅等数据进行采集，随后将指针功能和闸门功能调节到缺陷波显示的区域，首先收集第一个截面z1＝f(x1，y1)坐标处不同探头放置位置时的固定波角度、缺陷波角度、固定波声程、缺陷波声程，通过计算得到固定波角度在≤α11的数值范围内变化、缺陷波角度在≤α12的数值范围内变化、固定波声程在≤δ11的数值范围内变化、缺陷波声程在≤δ12的数值范围内变化，然后依次进行检测直至zn＝f(xn，yn)坐标处的不同探头放置位置时的固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2，并得到各个截面的固定波角度偏差数值大小αn1、缺陷波角度偏差数值大小αn2以及固定波声程偏差数值大小δn1、缺陷波声程偏差数值大小δn2；
将叶根不同截面坐标zn＝f(xn，yn)处固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2、缺陷波波幅大小Cn、缺陷波波幅大小相对C1的差值γ2～γn以及固定波角度偏差数值大小αn1、缺陷波角度偏差数值大小αn2、固定波声程偏差数值大小δn1收集到的数值，录入EXCEL，在EXCEL表格中建立叶根不同截面的原始数据库；
以竖列代表不同截面坐标、横列代表固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2、缺陷波波幅大小Cn、缺陷波波幅大小相对C1的差值γ2～γn以及固定波角度偏差数值大小αn1、缺陷波角度偏差数值大小αn2、固定波声程偏差数值大小δn1；
本发明采用的相控阵系统为现有技术，能够将导入的三维叶根图形呈现在界面视图中，并通过确定空间坐标标定，在三维叶根图形中的位置通过相控阵探头的扫查路径进行一一标定，从而采集不同坐标处的扫查数据，并将扫查数据建立EXCEL原始数据库，将原始数据库导入后作为基础数据，在扫查过程中，通过建立固定波和缺陷波的判定标准，若叶根中存在的缺陷，在三维叶根图形相应坐标位置处显示出来，检测完毕后相控阵系统中整个叶根的缺陷情况在三维叶根图形中呈现出来，如可采用广州多普勒公司研发的DP2.1.04.21相控阵系统；
步骤二，相控阵系统配置
将步骤一建立的原始数据库导入相控阵系统，并在相控阵系统中进行数据配置，建立固定波和缺陷波的判定标准，具体判定标准如下：
当波形位于An1±αn1角度范围时确定波形为固定波，波形位于An2±αn2角度范围时确定波形为缺陷波，波形位于Ln1±δn1声程范围时确定波形为固定波，波形位于Ln2±δn2声程范围时确定波形为缺陷波；
步骤三，对待测圆弧枞树型叶根进行相控阵检测
1、待测圆弧枞树型叶根人工缺陷制作：
根据圆弧枞树型叶根的结构应力特点，选取哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的“515”叶片的圆弧枞树型叶根1片作为检测对象，在应力集中和易产生缺陷部位加工长5mm、宽0.5mm、深2mm线性缺陷，共4个，位置见下表1和图2所示：
表1
缺陷1所处的位置位于截面2、缺陷2所处的位置位于截面10、缺陷3所处的位置位于截面20、缺陷4所处的位置位于截面30；
在相控阵系统的叶根检测界面的相关功能菜单中选择相应的探头和工件类型，以25mm深φ2mm通孔波高80％增益10dB为检测灵敏度，并完成超声基本参数和聚焦法则的设置，主要参数见下表：
表2相控阵探头设置主要参数
| 参数名 | 检测范围 | 声速 | 聚焦类型 | 起始角度 | 终止角度 | 步进 |
| 数值 | 70mm | 3230m/s | 真实深度 | 40° | 80° | 0.5° |
首先将相控阵系统中存储的三维叶根图形调取出来呈现在视图中，通过相控阵探头沿待测圆弧枞树型叶根的扫查路径进行扫查，扫查路径为沿叶片进汽侧方向向叶片出汽侧方向行进，探头楔块与叶片弧度贴合，探头晶片指向叶根缺陷方向并与缺陷垂直，扫查的起始位置的坐标利用卷尺从探头前沿向叶根端部进行测量得到，将起始位置坐标输入相控阵系统，确定起始坐标，相控阵探头在叶根中行走距离和三维叶根图形中的坐标通过扫查路径一一对应，扫查截面过程中，始终存在会返回一个波，即为固定波，当扫查到缺陷时，会返回2个波，一个固定波和一个缺陷波，通过步骤二的判定标准来判断是否存在缺陷波，且能够区分哪条为固定波哪条为缺陷波，判定标准具体为：
a、返回的波同时满足An1±αn1(截面2：44.1度±1.2度、截面10：44.5度±1.3度、截面20：44.4度±1.5度、截面30：44.8度±1.6度)、An2±αn2(截面2：42度±1.5度、截面10：42.5度±1.6度、截面20：41.9度±1.8度、截面30：42.3度±1.6度)、Ln1±δn1(截面2：51.4mm±1.1mm、截面10：51.2mm±0.8mm、截面20：50.9mm±1.4mm、截面30：51.2mm±0.9mm)、Ln2±δ2(截面2：56.4mm±1.0mm、截面10：58.0mm±1.2mm、截面20：56.7mm±1.6mm、截面30：57.5mm±1.4mm)，即可判定同时存在固定波和缺陷波，且通过返回波的角度和声程与上述标准比对，能区分哪条为固定波哪条为缺陷波；
b、返回的波同时满足判定固定波2个标准中的一个、缺陷波2个标准中的一个时，即可判定同时存在固定波和缺陷波，且通过返回波的角度和声程与上述标准比对，能区分哪条为固定波哪条为缺陷波；
c、返回的波只存在An1±αn1(截面2：44.1度±1.2度、截面10：44.5度±1.3度、截面20：44.4度±1.5度、截面30：44.8度±1.6度)、Ln1±δn1(截面2：51.4mm±1.1mm、截面10：51.2mm±0.8mm、截面20：50.9mm±1.4mm、截面30：51.2mm±0.9m m)情况时，可以判定存在固定波，不存在缺陷波；
d、当返回的缺陷波波幅大小≥C1，判断为缺陷超标；
扫查过程中，叶根中存在的缺陷，在三维叶根图形相应坐标位置处显示出来，检测完毕后相控阵系统中整个叶根的缺陷情况在三维叶根图形中呈现出来，检测界面图如图4所示，通过该三维叶根图形，可以一目了然的分辨出从叶根进汽侧端部指向出汽侧端部的缺陷，并能够对缺陷的大小数据进行采集，最终达到整个叶根缺陷的可视化图像识别，检测结果如下表所示：
表3检测数据一览表
由上述情况可以清楚的看出，三维图形中缺陷位置、尺寸与人工缺陷的位置、尺寸准确贴合，进一步验证了本发明方法的准确性和可行性。
Claims (1)
1.一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法，其特征在于，以圆弧枞树型叶根内、外弧第一齿根根槽位置为检测对象，具体方法包括以下步骤：
步骤一，圆弧枞树型叶根相关数据收集
A、叶根定位
在圆弧枞树型叶根的三维实体模型上制作人工缺陷，具体为，在圆弧枞树型叶根内、外弧第一齿根槽位置制作起于进汽侧端部终止于出汽侧端部长、0.5mm宽、2mm深的人工缺陷；
对圆弧枞树型叶根的三维实体模型进行三维扫描，得到三维叶根图形，将三维叶根图形导入相控阵系统，将三维叶根图形在相控阵系统中进行坐标标定，确定空间坐标，具体标定方法为：
将叶片圆弧枞树型叶根三维实体模型的三维叶根图形表示为X轴、Y轴、Z轴三个轴系，X轴正方向为叶根底部进汽侧端部指向出汽侧端部，Y轴正方向为叶根底部出汽侧端部外弧侧指向内弧侧，Z轴正方向为叶根底部指向叶身方向，叶根底部出汽侧端部端角坐标为(0，0，0)；
B、叶根切分
将圆弧枞树型叶根的三维实体模型从出汽侧端部至进汽侧端部将叶根沿纵向方向垂直弧面切分成N份，切分出含人工缺陷的截面，截面端部坐标表示为Z＝F(X，Y)，每一个截面叶根端部坐标为zn＝f(xn，yn)；
C、数据收集
通过相控阵探头对切割出的三维实体模型截面利用相控阵系统中的S型扫描视图及B型扫描视图进行扫查检测，首先将相控阵探头放在叶片叶身上并朝向叶根方向，调整探头的位置和方向，使得视图中显示出缺陷波相关的参数和三维实体模型叶根中的缺陷大小一致时，将此位置定位该截面的扫查路径的起始位置，起始位置的坐标通过在带有人工缺陷的叶根三维实体模型中利用卷尺从探头前沿向垂直于叶根端部的方向进行测量得到，将起始位置坐标输入相控阵系统，确定起始坐标，然后相控阵探头进行剩余截面叶根缺陷的检测，重复上述步骤，得到探头沿叶身行走的路径，将路径所在坐标输入相控阵系统，相控阵探头沿扫查路径从叶根内、外弧进汽侧端部向出汽侧端部扫查，相控阵探头在叶根中行走距离和三维叶根图形中的坐标通过扫查路径一一对应，当相控阵探头沿固定路径从叶根内、外弧进汽侧端部向出汽侧端部开始扫查时，S型及B型扫描视图上会呈现出蓝色、黄色和红色的扫描线，通过相控阵系统中存在的指针、闸门的显示功能，分别将颜色为黄色和红色的部位锁定，查看视图中锁定部位区域显示的波幅、尺寸大小、深度、水平距离和声程，根据视图中显示的水平距离，在带有人工缺陷的叶根三维实体模型中利用卷尺从探头前向叶根方向进行测量，确定固定波和缺陷波；然后将指针功能和闸门功能调节到固定波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅的数据进行采集，随后将指针功能和闸门功能调节到缺陷波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅的数据进行采集，即首先收集第一个截面z1＝f(x1，y1)坐标处的固定波角度A11、缺陷波角度A12、固定波声程L11、缺陷波声程L12以及缺陷波波幅C1，然后依次进行检测直至采集到zn＝f(xn，yn)坐标处的固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2和缺陷波波幅Cn，由于圆弧枞树型叶根结构的特殊性导致探头在不同截面处叶身上放置部位离齿根间的距离是不相等的，使得相控阵检测长宽高都相同的叶根缺陷时，相控阵视图中显示的波幅大小C不同，为了使不同截面处同类缺陷在相控阵视图中显示出相同的波幅大小，以叶根进汽侧端部缺陷波波幅大小C1为基准，通过依次作差计算得到从截面2直至截面n处缺陷波波幅大小相对C1的差值γ2～γn；
再次从叶根内弧进汽侧端部向出汽侧端部进行扫查，在本次扫查检测过程中，不断调整相控阵探头在叶身上的实际放置角度，调整角度≤1°，从叶根内弧进汽侧端部向出汽侧端部扫查，通过步骤C方法先判定S型及B型扫描视图中的固定波和缺陷波；
然后将指针功能和闸门功能调节到固定波显示的区域，对该波所在的角度、声程和波幅数据进行采集，随后将指针功能和闸门功能调节到缺陷波显示的区域，首先收集第一个截面z1＝f(x1，y1)坐标处不同探头放置位置时的固定波角度、缺陷波角度、固定波声程、缺陷波声程，通过计算得到固定波角度在≤α11的数值范围内变化、缺陷波角度在≤α12的数值范围内变化、固定波声程在≤δ11的数值范围内变化、缺陷波声程在≤δ12的数值范围内变化，然后依次进行检测直至zn＝f(xn，yn)坐标处的不同探头放置位置时的固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2，并得到各个截面的固定波角度偏差数值大小αn1、缺陷波角度偏差数值大小αn2以及固定波声程偏差数值大小δn1、缺陷波声程偏差数值大小δn2；
将叶根不同截面坐标zn＝f(xn，yn)处固定波角度An1、缺陷波角度An2、固定波声程Ln1、缺陷波声程Ln2、缺陷波波幅大小Cn、缺陷波波幅大小相对C1的差值γ2～γn以及固定波角度偏差数值大小αn1、缺陷波角度偏差数值大小αn2、固定波声程偏差数值大小δn1收集到的数值，录入EXCEL，在EXCEL表格中建立叶根不同截面的原始数据库；
步骤二，相控阵系统配置
将步骤一建立的原始数据库导入相控阵系统，并在相控阵系统中进行数据配置，建立固定波和缺陷波的判定标准，具体判定标准如下：
当波形位于An1±αn1角度范围时确定波形为固定波，波形位于An2±αn2角度范围时确定波形为缺陷波，波形位于Ln1±δn1声程范围时确定波形为固定波，波形位于Ln2±δn2声程范围时确定波形为缺陷波；
步骤三，对待测圆弧枞树型叶根进行相控阵检测
对于叶根缺陷相控阵检测，首先将相控阵系统中存储的三维叶根图形调取出来呈现在视图中，通过相控阵探头沿待测圆弧枞树型叶根的扫查路径进行扫查，扫查路径为沿叶片进汽侧方向向叶片出汽侧方向行进，探头楔块与叶片弧度贴合，探头晶片指向叶根缺陷方向并与缺陷垂直，扫查的起始位置的坐标利用卷尺从探头前沿向叶根端部进行测量得到，将起始位置坐标输入相控阵系统，确定起始坐标，相控阵探头在叶根中行走距离和三维叶根图形中的坐标通过扫查路径一一对应，扫查截面过程中，始终存在会返回一个波，即为固定波，当扫查到缺陷时，会返回2个波，一个固定波和一个缺陷波，通过步骤二的判定标准来判断是否存在缺陷波，且能够区分固定波和缺陷波，具体为：
a、返回的波同时满足An1±αn1、An2±αn2、Ln1±δn1、Ln2±δ2，即可判定同时存在固定波和缺陷波，且通过返回波的角度和声程与上述标准比对，能区分固定波和缺陷波；
b、返回的波同时满足判定固定波2个标准中的一个、缺陷波2个标准中的一个时，即可判定同时存在固定波和缺陷波，且通过返回波的角度和声程与上述标准比对，能区分固定波和缺陷波；
c、返回的波只存在An1±αn1、Ln1±δn1情况时，可以判定存在固定波，不存在缺陷波；
d、当返回的缺陷波波幅大小≥C1，判断为缺陷超标；
扫查过程中，叶根中如果存在缺陷，在三维叶根图形相应坐标位置处就会显示出来，检测完毕后相控阵系统中整个叶根的缺陷情况在三维叶根图形中呈现出来，通过该三维叶根图形，可以分辨出从叶根进汽侧端部指向出汽侧端部的缺陷，并能够对缺陷的大小数据进行采集，最终达到整个叶根缺陷的可视化图像识别。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110261375.3A CN113155959B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110261375.3A CN113155959B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113155959A CN113155959A (zh) | 2021-07-23 |
| CN113155959B true CN113155959B (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=76886539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110261375.3A Active CN113155959B (zh) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | 一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113155959B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113945634A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-01-18 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 汽轮机叶根相控阵超声检测区域确定方法及装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6082198A (en) * | 1998-12-30 | 2000-07-04 | Electric Power Research Institute Inc. | Method of ultrasonically inspecting turbine blade attachments |
| JP2009204368A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービンロータ翼溝検査方法 |
| CN103698399A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-04-02 | 国家电网公司 | 一种汽轮机叶片枞树型根部超声成像检测方法 |
| CN203798776U (zh) * | 2013-12-19 | 2014-08-27 | 国家电网公司 | 汽轮机叶片枞树型根部超声成像检测相控阵换能装置 |
| CN105445374A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-30 | 中核核电运行管理有限公司 | 核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法 |
| CN109060956A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-21 | 中国能源建设集团科技发展有限公司 | 汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测方法 |
| CN111855806A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中电力试验研究院 | 一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法 |
-
2021
- 2021-03-10 CN CN202110261375.3A patent/CN113155959B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6082198A (en) * | 1998-12-30 | 2000-07-04 | Electric Power Research Institute Inc. | Method of ultrasonically inspecting turbine blade attachments |
| JP2009204368A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービンロータ翼溝検査方法 |
| CN103698399A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-04-02 | 国家电网公司 | 一种汽轮机叶片枞树型根部超声成像检测方法 |
| CN203798776U (zh) * | 2013-12-19 | 2014-08-27 | 国家电网公司 | 汽轮机叶片枞树型根部超声成像检测相控阵换能装置 |
| CN105445374A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-30 | 中核核电运行管理有限公司 | 核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法 |
| CN109060956A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-21 | 中国能源建设集团科技发展有限公司 | 汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测方法 |
| CN111855806A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中电力试验研究院 | 一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 初希 ; 欧阳权.枞树型叶根超声相控阵检测技术研究.汽轮机技术.2018,第60卷(第6期),第475-477页. * |
| 张雪超等.超声相控阵检测技术在汽轮机金属部件检测中的应用.新型工业化.2020,第10卷(第3期),第27-34页. * |
| 黄乔生等.汽轮机枞树型叶根超声相控阵检测新技术.现代电子技术.2012,第35卷(第19期),第114-119页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113155959A (zh) | 2021-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7921575B2 (en) | Method and system for integrating ultrasound inspection (UT) with a coordinate measuring machine (CMM) | |
| CN102012403A (zh) | 超声法检测混凝土构筑物节点内部不密实性缺陷的判定方法 | |
| CN105445374A (zh) | 核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法 | |
| CN103049596B (zh) | 一种提高叶轮零件逆向工程精度的方法 | |
| CN112834617B (zh) | 一种圆弧枞树型叶根相控阵超声检测方法 | |
| CN113155959B (zh) | 一种基于相控阵检测的圆弧枞树型叶根图像识别方法 | |
| CN113311066A (zh) | 汽轮机转子轮缘反t型叶根槽相控阵超声纵波检测方法 | |
| CN105319269A (zh) | 汽轮机叶片根部螺栓孔超声相控阵成像检测方法 | |
| CN112162034A (zh) | 一种应用结构噪声的钢-混凝土组合梁损伤识别方法 | |
| CN108956122A (zh) | 一种基于结构动力学特性的装配质量检测方法 | |
| CN210090385U (zh) | 一种燃气轮机压气机叶片叶根超声检测用试块 | |
| CN117268315A (zh) | 涡轮导向叶片喉道面积检测方法 | |
| CN206756752U (zh) | 一种用于超超临界汽轮机低压隔板超声相控阵检测的对比试块 | |
| CN112485334B (zh) | 一种动叶片叶根相控阵超声检测部件形状实时判别方法 | |
| CN113686961A (zh) | 曲面零件超声全聚焦缺陷定量检测方法及系统 | |
| CN112345641A (zh) | 一种汽轮机叶片超声检测试块及方法 | |
| CN114459391A (zh) | 一种涡轮导向器喉道面积检测方法及装置 | |
| CN111751032B (zh) | 一种基于阵列探头的超声法应力测量方法 | |
| CN112485335A (zh) | 一种基于射线分割的检测树木内部缺陷的断层成像方法 | |
| CN113702497B (zh) | 一种核电厂叉型叶根的检查方法 | |
| CN111272869A (zh) | 一种用于复合材料修理后超声检测的斜坡系数的确定方法 | |
| CN113588780B (zh) | 一种基于方向小波曲率模态的铝板损伤识别方法及系统 | |
| CN213423074U (zh) | 一种爆破阀剪切盖设备超声检验参考试块 | |
| CN213986310U (zh) | 一种汽轮机叶片超声检测试块 | |
| CN111650283B (zh) | 一种基于声发射技术的残余应力峰值位置定位方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |