CN115420762A - 一种工业ct检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，包括：提供多件与被检样件材质一致的对比试样；采用可溯源测量设备获取对比试样上人工缺陷的实际尺寸；对对比试样进行工业CT检测；获取对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸；若工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸之间的误差小于预设值，则获取不同高度和埋深的内部缺陷的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸；确定试样的直径、高度、缺陷位置和缺陷埋深对CT成像人工缺陷尺寸测量的影响；使用被检样件工业CT检测工艺参数对测试对比试样进行工业CT检测，核查缺陷检测能力；对被检样件进行工业CT检测，验证测试对比试样选择的合理性。本发明能够实现微小缺陷的高精度三维评价与溯源。
Description
技术领域
本发明涉及金属零件的无损检测技术领域，具体地，涉及一种工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法。
背景技术
随着工业制造技术的不断发展，工业零件的型面及结构越来越复杂，对内部缺陷尺寸的要求也越来越小。传统的相对成熟的无损检测技术由于其局限性，很难满足工业零件检测需求。最近几十年，随着电子技术及计算机技术的快速发展，更先进的无损检测设备及技术得到了很大发展，如超声相控阵技术、TOFD技术、数字射线技术和工业CT检测技术等。零件内部缺陷检测最常用的方法是超声和射线两类检测技术。超声检测为接触式检测，需与零件表面相接触，零件的型面决定着超声检测的可行性，表面粗糙度影响着最终的超声检测结果。因此，超声检测不适合型面复杂的零件检测。射线检测为非接触式检测，检测可行性不受零件型面复杂程度影响，但对于2D射线检测技术由于影像叠加，最终的检测结果与零件的复杂程度息息相关。3D射线检测技术(即工业CT检测技术)弥补了2D射线检测技术这一不足点，它是一种先进的数字射线检测技术，也是国际上公认的最有效的无损检测手段。它给出的3D立体图像的除直观性外，还避免了2D射线检测技术中被检部位(包括内部缺陷)影像叠加。同时它很好地避开了2D射线检测技术因射线束方向问题造成的缺陷漏检盲区。与2D图像相比，3D立体图像在缺陷的定性、定量和定位方面更准确。
微小缺陷由于尺寸原因，其检出率一直以来是金属零件内部缺陷无损检测技术关注的重点和难点。小缺陷在金属零件内部虽然所占体积较小，但对零件的受力面还是有一定影响，特别是在使用要求高、环境恶劣和长期受交变应力作用的情况，小缺陷(包括内部细小裂纹类缺陷)也是零件失效的一个重要原因。目前，对于使用要求较高的金属零件(如航空零件)，其内部微小缺陷的检测目前多采用有损剖切方式进行定性、定量和定位，但是这种方式的生产成本较高。在2D射线检测技术中，由于影像叠加和射线束方向问题，对小缺陷的检出率一直很低，对于复杂型面和结构的零件常出现检测盲区，难以实现整个零件内部缺陷评价与量值溯源。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法。
根据本发明的一个方面，提供一种工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，该方法包括：
提供多件与被检样件材质一致的对比试样，多件所述对比试样为具有不同直径且含多种类型人工缺陷的圆柱形试样；
采用可溯源测量设备获取所述对比试样上人工缺陷的实际尺寸；
对所述对比试样进行工业CT检测；
获取所述对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸；
将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸进行对比；
若工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸之间的误差小于预设值，则在所述对比试样的两端分别紧密贴合一块无缺陷试样，根据所述无缺陷试样的不同高度模拟内部缺陷在试样高度上的不同埋深，并获取不同高度、不同埋深的内部缺陷的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸以及实际尺寸，得到不同直径、不同缺陷埋深的对比试样的工业CT缺陷检出率；
根据不同直径、不同缺陷埋深的对比试样的工业CT缺陷检出率，确定试样的直径、高度和缺陷埋深对工业CT成像测得的人工缺陷尺寸测量的影响关系；
根据实际被检样件和所述影响关系，提供测试对比试样；
使用被检样件工业CT检测工艺参数对测试对比试样进行工业CT检测，核查缺陷检测能力；
对被检样件进行工业CT检测，测量可识别的最小缺陷尺寸及位置，选择几个典型缺陷进行尺寸及位置测量，验证测试对比试样选择的合理性。
进一步地，所述采用可溯源测量设备获取所述对比试样上人工缺陷的实际尺寸，包括：使用三坐标测量仪或光学坐标测量机，每个人工缺陷测量三次，将三次测量结果的平均值作为人工缺陷的实际尺寸，得到不同直径的对比试样上人工缺陷的实际尺寸。
进一步地，在所述获取所述对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸之前，包括：核查对比试样的人工缺陷工业CT检测尺寸测量精度。
进一步地，所述核查对比试样的人工缺陷工业CT检测尺寸测量精度，包括：使用与各对比试样对应的工业CT检测工艺参数分别对相应的哑铃球标准件进行工业CT扫描，并使用VG三维图像分析软件进行尺寸测量精度核查。
进一步地，所述获取所述对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸，包括：使用VG三维图像分析软件，对每个人工缺陷测量三次，将三次测量结果的平均值作为工业CT测量人工缺陷尺寸的最终结果，分别得到不同直径的对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸。
进一步地，在所述将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸进行对比之后，还包括：若工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸之间的误差不小于预设值，则结束流程。
进一步地，所述预设值为10％。
进一步地，所述在所述对比试样的两端分别紧密贴合一块无缺陷试样，其中：所述无缺陷试样为与所述对比试样具有相同材质和直径的圆柱形试样。
进一步地，所述提供测试对比试样，包括：根据被检样件的材质和射线穿透厚度，并结合所述影响关系，确定测试对比试样。
进一步地，对被检样件进行工业CT检测之前，还包括：核查被检样件的工业CT检测尺寸测量精度。
与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
1、本发明中的工业CT检测技术弥补了2D射线检测技术中的不足，开展金属零件内部小缺陷工业CT检测技术及其对比试块制作研究，解决了金属零件内部小缺陷定性、定量、定位的难题，能够快速确定工业CT检测技术对金属零件内部小缺陷(孔洞类、裂纹类等)的检测能力；
2、本发明可以实现金属零件内部小缺陷高精度三维评价与溯源，为金属零件内部质量提高打下基础；
3、本发明推动了工业CT检测技术实际应用，同时加深了射线检测技术数字化进程。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例的参考试样上人工缺陷的分布示意图；
图3为本发明一实施例的铝合金零件内部典型缺陷的尺寸及位置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，参照图1，该方法包括：
S1，提供多件与被检样件材质一致的对比试样，对比试样可以通过机械加工制作得到，多件对比试样为具有不同尺寸且含多种类型人工缺陷的圆柱形试样，根据实际工业CT检测经验，圆柱形试样工业CT检测图像上出现的噪点最少，因此选用圆柱形试样，对于圆柱形试样，不同尺寸可以用不同的直径表示；根据实际被检样件出现的内部缺陷类型及需检测出的最小缺陷尺寸，确定对比试样中人工缺陷类型及尺寸，其中对比试样中人工缺陷的类型与实际被检样件中可能出现的缺陷类型相同，人工缺陷包括多个尺寸，用于确定工业CT检测能够检出被检样件中的最小缺陷尺寸；
S2，实际样件内部缺陷检测、定量和定位都应具有可溯源性，因此，要求使用的对比试样上每个人工缺陷实际尺寸测量也应具有可溯源性。采用可溯源测量设备获取对比试样上人工缺陷的实际尺寸；
S3，对对比试样进行工业CT检测；具体地，采用合适的工业CT检测工艺参数对不同直径的带人工缺陷的圆柱形对比试样进行工业CT扫描检测；
S4，获取对比试样工业CT成像测得的人工缺陷尺寸；
S5，将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸进行对比；
S6，若工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸之间的误差小于预设值，认为该尺寸的人工缺陷工业CT检测是可识别的，则在对比试样的两端分别紧密贴合一块无缺陷试样，根据无缺陷试样的不同高度模拟内部缺陷在试样高度上的不同埋深，并获取不同高度、不同埋深的内部缺陷的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸以及实际尺寸，通过将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与人工缺陷实际尺寸进行对比，得到不同直径、不同缺陷埋深的对比试样的工业CT缺陷(人工缺陷)检出率；
S7，根据不同直径、不同缺陷埋深的对比试样的工业CT缺陷检出率，分析确定试样的直径、高度、人工缺陷位置和人工缺陷埋深对对工业CT成像测得的人工缺陷尺寸测量的影响关系，即对工业CT缺陷检出率的影响；
S8，提供一组测试对比试样；具体地，根据实际被检金属样件(被检样件)和步骤S7的结论，选择合适的对比试样；
S9，使用被检金属样件工业CT检测工艺参数对测试对比试样进行工业CT检测，核查缺陷检测能力；实际零件的复杂性要高于标准样件，实际检测过程中实际零件检测所需的工业CT参数可能会与S1-S9测试参数不一样，因此需同参数再次对比，保证实际被检样件缺陷检测灵敏度；
S10，对被检样件进行工业CT检测，测量可识别的最小缺陷尺寸及位置，验证测试对比试样选择的合理性。通过实际的被检样件的检测，可以验证测试对比试样选择的合理性，从而可以实现整个零件内部的缺陷评价。
在一些实施方式中，在步骤S2中，采用可溯源测量设备获取对比试样上人工缺陷的实际尺寸，包括：使用三坐标测量仪或光学坐标测量机，每个人工缺陷测量三次，将三次测量结果的平均值作为人工缺陷的实际尺寸，得到不同直径的对比试样上人工缺陷的实际尺寸，实际尺寸可以保留小数点后3位有效数字。
在一些实施方式中，在步骤S4获取对比试样的工业CT成像人测得的工缺陷尺寸之前，包括：核查对比试样的人工缺陷工业CT检测尺寸测量精度。
在一些实施方式中，核查对比试样的人工缺陷工业CT检测尺寸测量精度，包括：在对对比试样进行工业CT检测的同时，使用与各对比试样对应的工业CT检测工艺参数对相应的哑铃球标准件进行工业CT扫描，哑铃球标准件作为CR检测中通用的标准件，其规格的选择与测试的试样尺寸及材质有关；并使用VG三维图像分析软件进行尺寸测量精度核查，从而保证工业CT成像上缺陷尺寸及位置的测量精度。
在一些实施方式中，在步骤S4中，获取对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸，包括：使用VG三维图像分析软件，对每个人工缺陷测量三次，将三次测量结果的平均值作为工业CT测量人工缺陷尺寸的最终结果，分别得到不同直径的对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸，为保证与实际尺寸的测量一致，工业CT成像测得的人工缺陷尺寸也保留小数点后3位有效数字。
在一些实施方式中，在步骤S5之后，将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸进行对比之后，还包括：若工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸之间的误差不小于预设值，认为该尺寸的人工缺陷是不可识别的，则结束流程。按工业CT检测空间分辨率10％的调制度，优选地，预设值为10％，以提高测量的准确度和精度。
在一些实施方式中，在对比试样的两端分别紧密贴合一块无缺陷试样，其中：无缺陷试样为与对比试样具有相同材质和直径的圆柱形试样。
对于新的带人工缺陷的圆柱形对比试样进行工业CT成像及缺陷尺寸测量，按照步骤S3步骤S6中的不同直径新试样进行工业CT检测，并按步骤S4对工业CT成像中人工缺陷尺寸进行测量；然后按步骤S5将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸对比。可以增加不带缺陷的圆柱形试样高度，模拟不同试样高度和不同缺陷埋深，测量不同试样高度不同埋深的人工缺陷尺寸，并将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸对比，分析得出不同试样直径、高度、缺陷位置和缺陷埋深对工业CT缺陷尺寸测量的影响。为了提高检测的准确度，每次检测都需用哑铃球校准，以核查测量精度。
在一些实施方式中，提供测试对比试样，包括：根据被检样件的材质、尺寸、射线最大穿透厚度和检测灵敏度要求，并结合试样的直径、高度、人工缺陷位置和人工缺陷埋深对对工业CT成像测得的人工缺陷尺寸测量的影响关系，确定合适的人工缺陷测试对比试样。
在一些实施方式中，对被检样件进行工业CT检测之前，还包括：核查被检样件的工业CT检测尺寸测量精度，以保证工业CT成像上缺陷尺寸及位置的测量精度。
具体地，根据被检样件(被检零件)工业CT检测穿透厚度和步骤S7得出的结论，选择合适的测试对比试样(人工缺陷对比试样)，使用与被检样件相同的工业CT检测工艺参数检测测试对比试样验证缺陷检测能力及检测灵敏度；使用被检样件工业CT检测工艺参数对哑铃球标准件进行工业CT检测，核查尺寸测量精度；对被检样件进行工业CT扫描，重组图像并使用VG软件分析图像，测量发现的最小缺陷尺寸及位置，选择几个典形缺陷进行尺寸及位置测量，验证测试对比试样选择的合理性，从而保证实际被检样件缺陷检测的灵敏度。
本发明实施例提供的方法，工业CT检测技术弥补了2D射线检测技术中的不足，开展金属零件内部小缺陷工业CT检测技术及其对比试块制作研究，解决了金属零件内部小缺陷定性、定量、定位的难题，能够快速确定工业CT检测技术对金属零件内部小缺陷(孔洞类、裂纹类等)的检测能力；通过使用的可溯源测量设备、检测过程中使用的标准试样如哑铃球标准件以及人工缺陷测量对比试样，可以实现金属零件内部微小缺陷高精度三维评价与溯源，推动射线检测技术的数字化进程，实现其在检测工程中的广泛应用，进而金属零件内部质量提高打下基础。
以一具体实施例对发明实施例中的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法进行更加详细地说明。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例
如图1所示，本实施例提供的一种工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，包括以下步骤：
步骤1：通过机械加工制作多件与被检样件材质一致且具有不同直径并含多种类型人工缺陷的圆柱形对比试样。如图2所示，对比试样上体积型小缺陷尺寸分别为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm和0.6mm正方体；面积型缺陷尺寸分别为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm和0.6mm的正方体；对比试样直径分别为30mm、50mm、60mm；
步骤2：采用可溯源的光学坐标测量机测量直径为30mm、50mm和60mm圆柱形对比试样上人工缺陷实际尺寸，测量三次，将三次测量结果的平均值作为人工缺陷的实际尺寸；
步骤3：采用合适的工业CT检测工艺参数分别对直径为30mm、50mm和60mm的人工缺陷对比试样进行工业CT扫描；
步骤4：在步骤3测试的同时，使用步骤3中3种不同直径的人工缺陷对比试样对应的工业CT检测工艺参数分别对相应的哑铃球标准件进行工业CT扫描并使用VG三维图像分析软件进行尺寸测量精度核查；
步骤5：使用VG三维图像分析软件分别测量直径为30mm、50mm和60mm的圆柱形对比试样工业CT成像中能够测得的人工缺陷尺寸，测量三次，将三次测量结果的平均值作为工业CT测量人工缺陷尺寸的最终结果；
步骤6：将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与人工缺陷实际尺寸作对比，如果工业CT检测得出的结果与实际结果相差量在10％以内，则认为该尺寸的人工缺陷工业CT检测是可识别的，反之该尺寸的人工缺陷是不可识别的；
步骤7：在带人工缺陷的圆柱形试样两侧紧密贴合一块相同材质、规格且不带缺陷的圆柱形试样(可做多块高度不同的不带缺陷的圆柱形试样)，模拟内部缺陷在试样高度上的不同埋深；
步骤8：按步骤3和步骤4对步骤7中的3种不同直径的新试样进行工业CT检测，并按步骤5对工业CT成像中人工缺陷尺寸进行测量；
步骤9：按步骤6将步骤8中不同直径、不同高度和不同缺陷埋深试样工业CT成像测得的缺陷尺寸与实际尺寸对比；
步骤10：分析步骤5和步骤8中得到的不同试样直径、高度、缺陷位置和缺陷埋深对工业CT缺陷尺寸测量影响，得出试样直径越大，工业CT检出的最小缺陷尺寸越大；缺陷离表面越近，工业CT检出的缺陷尺寸与实际尺寸相差越大；
步骤11：根据实际被检铝合金零件穿透厚度10～60mm，结合所选用的曝光参数选择测试对比试样直径为30mm，根据步骤10得出的结论，选择测试对比试样高度为10mm，使用与被检铝合金零件相同的工业CT检测工艺参数检测测试对比试样，验证缺陷检测能力及检测灵敏度；
步骤12：使用被检零件工业CT检测工艺参数对球间距为30mm的哑铃球进行工业CT检测，核查尺寸测量精度；
步骤13：对被检铝合金零件进行工业CT扫描，重组图像并使用VG软件分析图像，对CT图像中显示的最小缺陷进行尺寸及位置测量如图3所示，图3中的(a)表示缺陷直径，(b)表示缺陷位置。通过上述步骤验证了工业CT检测金属零件内部微小缺陷的能力。通过获得的缺陷大小和位置，可以评估被检铝合金零件在使用时是否存在失效风险。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。
Claims (10)
1.一种工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，包括：
提供多件与被检样件材质一致的对比试样，多件所述对比试样为具有不同直径且含多种类型人工缺陷的圆柱形试样；
采用可溯源测量设备获取所述对比试样上人工缺陷的实际尺寸；
对所述对比试样进行工业CT检测；
获取所述对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸；
将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸进行对比；
若工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸之间的误差小于预设值，则在所述对比试样的两端分别紧密贴合一块无缺陷试样，根据所述无缺陷试样的不同高度模拟内部缺陷在试样高度上的不同埋深，并获取不同高度、不同埋深的内部缺陷的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸以及实际尺寸，得到不同直径、不同缺陷埋深的对比试样的工业CT缺陷检出率；
根据不同直径、不同缺陷埋深的对比试样的工业CT缺陷检出率，确定试样的直径、高度、缺陷位置和缺陷埋深对工业CT成像测得的人工缺陷尺寸测量的影响关系；
根据实际被检样件和所述影响关系，提供测试对比试样；
使用被检样件工业CT检测工艺参数对测试对比试样进行工业CT检测，核查缺陷检测能力；
对被检样件进行工业CT检测，测量可识别的最小缺陷尺寸及位置，验证测试对比试样选择的合理性。
2.根据权利要求1所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，所述采用可溯源测量设备获取所述对比试样上人工缺陷的实际尺寸，包括：使用三坐标测量仪或光学坐标测量机，每个人工缺陷测量三次，将三次测量结果的平均值作为人工缺陷的实际尺寸，得到不同直径的对比试样上人工缺陷的实际尺寸。
3.根据权利要求1所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，在所述获取所述对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸之前，包括：核查对比试样的人工缺陷工业CT检测尺寸测量精度。
4.根据权利要求3所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，所述核查对比试样的人工缺陷工业CT检测尺寸测量精度，包括：使用与各对比试样对应的工业CT检测工艺参数分别对相应的哑铃球标准件进行工业CT扫描，并使用VG三维图像分析软件进行尺寸测量精度核查。
5.根据权利要求1所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，所述获取所述对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸，包括：使用VG三维图像分析软件，对每个人工缺陷测量三次，将三次测量结果的平均值作为工业CT测量人工缺陷尺寸的最终结果，分别得到不同直径的对比试样的工业CT成像测得的人工缺陷尺寸。
6.根据权利要求1所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，在所述将工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸进行对比之后，还包括：若工业CT成像测得的人工缺陷尺寸与实际尺寸之间的误差不小于预设值，则结束流程。
7.根据权利要求1所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，所述预设值为10％。
8.根据权利要求1所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，所述在所述对比试样的两端分别紧密贴合一块无缺陷试样，其中：所述无缺陷试样为与所述对比试样具有相同材质和直径的圆柱形试样。
9.根据权利要求1所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，所述提供测试对比试样，包括：根据被检样件的材质和射线穿透厚度，并结合所述影响关系，确定测试对比试样。
10.根据权利要求1所述的工业CT检测金属零件内部微小缺陷能力评价方法，其特征在于，对被检样件进行工业CT检测之前，还包括：核查被检样件的工业CT检测尺寸测量精度。
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