CN119642754A - 一种航空发动机复杂铸件内部尺寸ct检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业CT检测技术领域，公开一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置，包括定位工装，用于承载定位被检测铸件，定位工装通过在底座的中心设置垂直的芯棒以及可沿靠近或远离芯棒方向移动的角向定位块和角向定位针，检测时，被检测铸件放置在底座上，定位工装提供参考，可使被检测铸件的检测结果准确度更高。本发明还提供一种检测方法，采用上述定位工装，通过不同的系统标定方法，保证相关尺寸测量的准确性；通过扫描试验，进行扫描参数的优化，通过图像重建的分析试验，优化重建参数，保证图像能满足尺寸测量的要求；选择测量工具测量管路壁厚，以中心为圆心，根据不同加工尺寸画不同的同心圆，通过虚拟圆测量加工后零件尺寸的符合性。

Description

一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置及方法

技术领域

本发明涉及工业CT检测技术领域，特别是涉及一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置及方法。

背景技术

相对于铸件外部尺寸可直接测量，为对铸件内部特征实施检测，一般通过定期剖切检查的方法检查相关尺寸。但该方法的缺点明显：一是剖切结果只代表抽检铸件的符合性，且剖切检查破坏铸件的整体性，剖切检查后铸件直接报废；二是剖切后，拟检查的内部特征相对于铸件加工基准的位置度被破坏，仅方便检查内部特征自身相关尺寸，不能准确体现整体位置度尺寸，可能产生自身尺寸合格，但加工后管路出口位置偏、无法接通，机加后内部特征毛坯面到机加面尺寸薄或被加工穿等问题。

工业计算机断层成像(Industrial Computed Tomography，简称工业CT)技术在我国重要工业领域的无损检测得到广泛应用。

工业CT是对产品进行无损检测(NDT)和无损评价(NDE)的最佳手段，可实现产品无损可视化测量、组装瑕疵或材料分析。工业CT取代传统的破坏性监测和分析，任何方向上的非破坏性切片和成像，不受周围细节特征的遮挡，可直接获得目标特征的空间位置、形状及尺寸信息。工业CT设备的三个主要组件是X射线源，旋转控制台和探测器。X射线源到探测器的距离和X射线源到扫描目标的距离决定了CT扫描的几何放大率以及3DCT部件模型的体素大小。X射线设备产品家族中提供的可变X射线源到探测器距离的运用，对于产品检测中获得精确数据至关重要。工业CT扫描的输出是部件的3D模型，在此模型上可以执行非常精确的测量，而不需要任何形式的接触，切割或破坏。CT还可以对材料进行检查并识别内部缺陷，例如空隙，裂缝等。在检测复合材料时，CT还可以用作分层识别。

工业CT是计算机断层成像技术的工业应用，利用高能X射线穿透被检测工件获得投影数据，进而通过重建算法得到工件的二维图像或三维图像。工业CT能够在非接触、不破坏的情况下清晰、准确、直观地展示被检测工件内部结构的大小、位置和形状及组成、材质和缺损状况，同时不受工件的材料、形状和物体表面的影响。但是现有的工业CT是直接将待检测工件放置在检测平台上进行扫描，只能获得待检测工件的扫描图像以及后续的重建图像，在对待检测工件的图像进行测量时，由于CT检测条件存在差异以及图像清晰度等的影响，导致待检测工件的测量存在误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种准确度高的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置，包括定位工装，所述定位工装包括底座、芯棒、角向定位块和角向定位针，所述底座用于承载铸件，所述底座的顶面设有定位槽，所述定位槽与所述底座同心设置，所述芯棒垂直连接在所述底座的中心，所述角向定位块可沿靠近或远离所述芯棒方向移动地安装在所述底座上，所述角向定位针可沿所述角向定位块高度方向移动地连接在所述角向定位块上。

作为优选方案，所述角向定位块上设有多个导向孔，多个所述导向孔沿所述角向定位块的高度方向间隔分布，所述角向定位针穿设于所述导向孔中。

作为优选方案，所述底座为圆形，所述角向定位块沿所述底座的径向移动。

作为优选方案，所述底座上设有减重孔。

作为优选方案，所述底座的底面设有加强筋。

本发明还提供一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测方法，采用上述的检测装置，其特征在于，包括：

将被检测铸件放置在底座上，其中，被检测铸件的中心基准圆柱面与底座的中心基准圆柱面重合，被检测铸件的高度平面基准起始面与底座的中心基准圆柱面重合；

按照被检测铸件的角向特征高度调整角向定位针在角向定位块上的位置，转动被检测铸件，使被检测铸件的角向特征与角向定位针的针尖部分对齐；

将定位工装和被检测铸件整体放置到工业CT扫描操作平台上；

对定位工装和被检测铸件整体进行工业CT扫描，获得定位工装和被检测铸件整体的投影图像；

根据定位工装和被检测铸件整体的投影图像进行图像重建，得到重建图像；

对重建图像进行表面测定，实现初始标定，得到定位工装和被检测铸件整体的初始尺寸测量值；

根据定位工装的初始尺寸测量值与定位工装的实际尺寸值之间的误差，进行精确标定，得到定位工装和被检测铸件整体的精确尺寸测量值。

作为优选方案，还包括圆周加工去余量的壁厚测量：首先在加工位置的重建图像上确定加工的中心，然后以加工的中心为圆心画出加工余量去除的虚拟圆，通过虚拟圆测量去除余量后的壁厚情况，其中，虚拟圆圆心的位置度由定位工装和被检测铸件加工的基准面来保证。

作为优选方案，在对定位工装和被检测铸件整体进行工业CT扫描前，先进行扫描参数确定，扫描参数包括扫描时投影幅数、扫描频率和切片厚度。

作为优选方案，在进行图像重建时，通过设置和调整重建参数来获得清晰的重建图像，重建参数包括重建区域、灰度放大、重建尺寸。

作为优选方案，进行初始标定时，对重建图像进行表面测定即取图像中的最大灰度值和最小灰度值的中间值定义图像的边界轮廓。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过设置定位工装，用于承载定位被检测铸件，定位工装通过在底座的中心设置垂直的芯棒以及可沿靠近或远离芯棒方向移动的角向定位块和角向定位针，被检测铸件放置在定位槽中，被检测铸件的轴线与芯棒位于同一直线，在工业CT检测时，定位工装与被检测铸件是整体扫描以及处理的，其中，芯棒的成像结果可以用于确定检测面铸件的中心位置，提供铸件中心基准信息；底座提供铸件检测过程的高度平面基准起始面、中心基准圆柱面；角向定位块和角向定位针可以在放置铸件时判定并调整铸件到规定角向位置且其成像结果可以用于确定铸件角向信息，因此，本发明设置定位工装提供参考，可使被检测铸件的检测结果准确度更高。

附图说明

图1是本发明实施例的定位工装的结构示意图。

图2是本发明实施例的定位工装的剖视图。

图3是本发明实施例的芯棒的结构示意图。

图4是本发明实施例的底座的俯视图。

图5是本发明实施例的底座的仰视图。

图6是本发明实施例的底座的剖视图。

图7是本发明实施例的角向定位块和角向定位针侧视图。

图8是本发明实施例的角向定位块的正视图。

图9是本发明实施例的被检测铸件放置在定位工装的示意图。

图10是本发明实施例的被检测铸件放置在定位工装的剖视图。

图11是本发明实施例的被检测铸件放置在定位工装的正视图。

图12是本发明实施例的被检测铸件和定位工装在检测过程的效果图。

图13是本发明实施例的检测方法的流程图。

图14是本发明实施例的被检测铸件CT扫描基准示意图。

图15本发明实施例的工件CT检测扫描的示意图。

图16是本发明实施例的图像重建操作示意图。

图17是本发明实施例的中心校准值对重建图像的影响对比图。

图18是本发明实施例的被检测铸件T+160mm截面的重建图像。

图19是本发明实施例的被检测铸件的T+24mm截面油路局部区域的壁厚测量示意图。

图20是本发明实施例的被检测铸件的T＝253mm截面画虚拟圆的示意图。

图21是本发明实施例圆周加工去除余量后的示意图。

图22是本发明实施例的虚拟圆的圆心位置放大图。

图23是本发明实施例的虚拟圆的边界提取示意图。

图中，1-底座；101-定位槽；102-加强筋；103-减重孔；104-滑槽；2-芯棒；201-工作段；202-装配段；3-角向定位块；301-导向部；302-滑动部；303-导向孔；4-角向定位针；5-安装座；501-安装孔；6-被检测铸件；7-被检测铸件的角向特征；8-被检测铸件的中心基准圆柱面；9-被检测铸件的高度平面基准起始面；10-虚拟圆；11-虚拟圆的圆心。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1至9所示，本发明优选实施例的一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置，包括定位工装，定位工装包括底座1、芯棒2、角向定位块3和角向定位针4，底座1用于承载铸件，底座1的顶面设有定位槽101，定位槽101与底座1同心设置，芯棒2垂直连接在底座1的中心，角向定位块3可沿靠近或远离芯棒2方向移动地安装在底座1上，角向定位针4可沿角向定位块3高度方向移动地连接在角向定位块3上。本实施例通过设置定位工装，用于承载定位被检测铸件6，定位工装通过在底座1的中心设置垂直的芯棒2以及可沿靠近或远离芯棒2方向移动的角向定位块3和角向定位针4，被检测铸件6放置在定位槽101中，被检测铸件6的轴线与芯棒2位于同一直线，在工业CT检测时，定位工装与被检测铸件6是整体扫描以及处理的，其中，芯棒2的成像结果可以用于确定检测面铸件的中心位置，提供铸件中心基准信息；底座1提供铸件检测过程的高度平面基准起始面、中心基准圆柱面；角向定位块3和角向定位针4可以在放置铸件时判定并调整铸件到规定角向位置且其成像结果可以用于确定铸件角向信息，因此，本实施例设置定位工装提供参考，可使被检测铸件6的检测结果准确度更高。

在使用时，芯棒2和角向定位块3安装在底座1上，角向定位针4从角向定位块3上按需选择合适高度进行安装，以上配合部位均为间隙装配，垂直度要求均为≤0.1。制作时可要求接触面要求配合着色检查，着色面积≥70％。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，在实施例一的基础上，本实施例对定位工装作进一步地说明。

芯棒2需在CT检测过程形成可靠检测数据，考虑到CT检测射线的穿透性和结果的一致性，芯棒2材质应与被检测铸件6接近，且具有一定的加工性能。本方案中芯棒2材质为7075铝合金，适用于铝合金、镁合金类铸件检测。

在本实施例中，底座1上设有安装座5，安装座5上设有安装孔501，安装孔501为螺纹孔。芯棒2包括工作段201和装配段202，装配段202的直径大于工作段201的直径。装配段202设有外螺纹，装配段202螺纹安装在安装座5的安装孔501中。在检测过程，工作段201与被检测铸件6同时被CT设备产生的射线穿透，芯棒2的成像结果可以用于确定检测面铸件的中心位置，提供铸件中心基准信息。装配段202用来确保芯棒2与底板的垂直度和稳定性。

考虑到CT检测射线穿透性和测量结果的可处理性，芯棒2的工作段201的直径优先在尺寸范围选取，过大的直径将使得射线较难穿过，过小的截面积不能提供准确的中心位置信息。芯棒2的装配段202的直径大于工作段201的直径以提供可靠的装配和固定效果，按工作段201的直径为尺寸范围，装配段202的直径可在尺寸范围选择，本实施例的装配段202的直径为

芯棒2总高度的选取应根据被检测铸件6的总高度来确定，一般高于被检测铸件6总高度10mm范围内即可。在保证装配和固定效果的情况下，一般装配段202的长度稍大于装配段202的直径即可。但由于芯棒2为长轴类零件，为方便加工时装夹，装配段202的长度可适当增长。

在本实施例中，底座1为圆形，角向定位块3沿底座1的径向移动。定位槽101也为与底座1同心的圆形槽。

底座1用于定位铸件，需要较好的加工性能和尺寸稳定性，因此本实施例选择的底座1的材质为铸钢。底座1用于在检测过程放置、定位铸件，提供铸件检测过程的高度平面基准起始面、中心基准圆柱面。

定位槽101的直径需与被检测铸件6的中心基准尺寸一致，在检测时，铸件是放置在定位槽101中的，铸件的高度平面基准起始面为定位槽101的槽底面。底座1的顶面与定位槽101的槽底面之间的高度差，确定了底座1上用来定位铸件中心基准的圆柱面高度，该尺寸可以基于被检测零件中心基准情况来确定。

另外，本实施例的底座1的底面设有加强筋102。加强筋102用于提供底座1的强度。本实施例设置了三条加强筋102，三条加强筋102沿底座1的径向分布且以底座1的中心呈放射状设置。

此外，底座1上设有减重孔103。减重孔103贯穿定位槽101的槽底面和底座1的底面。减重孔103除减重作用外，还可以通过减重孔103快速清理铸件放置面上的脏污和多余物，因为被检测铸件6在铸件阶段可能存在型砂等易掉落多余物。本实施例设置有三个减重孔103，三个减重孔103绕底座1的中心周向间隔分布，且减重孔103与定位槽101的外边缘和安装座5的外边缘相切。

本实施例的底座1上还设有与定位槽101相通的滑槽104，滑槽104贯穿底座1的侧面，滑槽104沿底座1的径向设置，角向定位块3滑动安装于滑槽104中。

在本实施例中，角向定位块3上设有多个导向孔303，多个导向孔303沿角向定位块3的高度方向间隔分布，角向定位针4穿设于导向孔303中。角向定位针4通过安装在不同的导向孔303中实现于角向定位块3上的高度调整。

另外，本实施例的角向定位块3包括相垂直的导向部301和滑动部302，导向孔303设置在导向部301。

角向定位块3需在CT检测过程形成可靠检测数据，其材质应与被检测铸件6接近，且具有一定的加工性能，本实施例的角向定位块37075铝合金；角向定位针4使用常见模具钢制作即可，本实施例的角向定位针4采用45钢。

通过角向定位块3和角向定位针4，可以在放置铸件时判定并调整铸件到规定角向位置；并且在检测过程，导向部301与被检测铸件6同时被CT设备射线穿透，角向定位块3的成像结果可以用于确定铸件角向信息。

角向定位块3的总高度按被检测铸件6的角向基准特征高度和被检测铸件6需要检测的内部特征高度来确定。一般来说，铸件的角向基准特征处于铸件中部，因此，角向定位块3的总高度大于或等于芯棒2总长度的三分之二。

导向孔303的直径与角向定位针4的直径相等，为保证角向定位针4使用过程操作方便、定位准确，一般可选择5～15mm范围。导向孔303在角向定位块3的导向部301均匀分布，两个相邻的导向孔303之间的距离为导向孔303的直径的3～5倍。综合考虑导向孔303大小和角向定位块3装配后的稳定性，角向定位块3的导向部301宽度可为导向孔303直径的3～5倍。考虑角向定位块3放置的稳定性，角向定位块3的滑动部302的长度可按角向定位块3总高度的1/2～1/3设置。角向定位针4需保证其针头部分接触铸件角向特征时，角向定位针4的中部处于角向定位块3导向孔303位置。综合考虑观测性、制作方便性、对齐操作方便程度等，角向定位针4的针头锥角为30～70°，本实施的角向定位针4的针头锥角为60°。角向定位块3的导向部301的厚度决定了角向定位块3和角向定位针4的接触面积，因此，角向定位块3的导向部301的厚度大于或等于角向定位针4直径的1/2，适当增厚可提高角向定位针4装配后的稳定性。

本实施例的定位工装在使用时，被检测铸件6放置在底座1上，被检测铸件的中心基准圆柱面8与底座1的中心基准圆柱面重合，高度平面基准起始面与底座1的中心基准圆柱面重合，被检测铸件的角向特征7(本实施例中为刻线)与角向定位针4的针尖对齐。

将定位工装和被检测铸件6整体放置到工业CT设备转台上，定位工装底座1的加强筋102的底面与工业CT设备转台高度起始面重合，即可开始后续检测。CT扫描检测时，设置设备扫描高度为(定位槽101槽底面与加强筋102的底面之间的高度差)+T1时，测量数据则对应铸件T1高度截面，以此可准确确定检测结果的高度位置度。

检测结果中，包含铸件信息、芯棒2信息和角向定位块3信息，通过芯棒2信息的圆心、角向定位块3信息中的长边方向，可以精准确定铸件测量结果的中心和角向位置度。

铸件在机械加工阶段继承CT检测使用的高度平面基准、中心基准和角向基准，即可保证检测结果与加工实际情况高度符合。

且使用本实施例的工装，可以在毛坯阶段对铸件内部特征进行准确的尺寸检测，检测结果包含内部特征自身尺寸和位置度尺寸，且与加工预期高度相符，以此提高最终零件内部特征的符合性，使其可以安全可靠的满足设计功能。同时，可以提前预判机加过程管路出口位置偏、无法接通，内部特征毛坯面到机加面尺寸薄或被加工穿等质量问题。

本实施例的其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例三

如图9至23所示，本发明优选实施例的一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测方法，采用实施例一或实施例二的检测装置，包括：

将被检测铸件6放置在底座1上，其中，被检测铸件的中心基准圆柱面8与底座1的中心基准圆柱面重合，被检测铸件的高度平面基准起始面9与底座1的中心基准圆柱面重合；

按照被检测铸件的角向特征7高度调整角向定位针4在角向定位块3上的位置，转动被检测铸件6，使被检测铸件的角向特征7与角向定位针4的针尖部分对齐；

将定位工装和被检测铸件6整体放置到工业CT扫描操作平台上；

对定位工装和被检测铸件6整体进行工业CT扫描，获得定位工装和被检测铸件6整体的投影图像；

根据定位工装和被检测铸件6整体的投影图像进行图像重建，得到重建图像；

对重建图像进行表面测定，实现初始标定，得到定位工装和被检测铸件6整体的初始尺寸测量值；

根据定位工装的初始尺寸测量值与定位工装的实际尺寸值之间的误差，进行精确标定，得到定位工装和被检测铸件6整体的精确尺寸测量值。

本实施例的检测方法首先需要将被检测铸件6放置在定位工装上，具体地，(1)将芯棒2配合装配在底座1上的安装座5上；(2)将被检测铸件6放置在底座1上，被检测铸件的中心基准圆柱面8与底座1的中心基准圆柱面重合，被检测铸件的高度平面基准起始面9与底座1的中心基准圆柱面重合；(3)将角向定位块3装配在底座1的滑槽104上；(4)按照待检测铸件的角向特征高度选择角向定位块3上合适的导向孔303，将角向定位针4插入；(5)按需转动被检测铸件6，使被检测铸件的角向特征7与角向定位针4的针尖部分对齐；(6)将工装和被检测铸件6整体放置到工业CT扫描操作平台上，即可开始后续检测和分析。

在本实施例中，被检测铸件6为进气机匣，进气机匣的CT检测主要扫描如图14所示以大端面(图14中被检测铸件6的底面)为基准以上的多个截面。假定大端面毛坯余量为T，则CT扫描截面的高度分别为：T+X。

检测的方案如下：(1)按被检测铸件6的粗加工基准设计定位工装，被检测铸件6装夹在定位工装后应保证切片位置的精度和找正零件的中心。(2)通过不同的系统标定方法，保证相关尺寸测量的准确性。(3)通过扫描试验，进行扫描参数的优化，通过图像重建的分析试验，优化重建参数，保证图像能满足尺寸测量的要求。(4)选择合适的测量工具测量管路壁厚，以中心为圆心，根据不同加工尺寸画不同的同心圆，通过虚拟圆10测量加工后零件尺寸的符合性。

具体地，在对定位工装和被检测铸件6整体进行工业CT扫描前，先进行扫描参数确定，扫描参数包括扫描时投影幅数、扫描频率和切片厚度。

本实施例的扫描方式采用RO扫描方式。RO扫描是使射线源和线阵探测器阵列组成的扇形能够包括整个被检测工件的范围，如图15所示，只需被检测铸件6做旋转运动就可以获得重建CT图像的完整数据。

对加速器工业CT系统来说，射线能量是固定的，其它主要的扫描参数有扫描频率、投影幅数和切片厚度等。投影幅数越多，采集的信息越多，成像的效果就越好，试验证明在标准扫描的范围内当投影幅数超过2000幅时，成像效果不会有实质性的变化，所以，扫描时投影幅数设定为2000幅。加速器的扫描频率为50～250Hz，频率越高，射线强度越高，信噪比就越高。然而，对加速器射线源来说，频率越高，扫描过程中越易产生脉冲过流而导致断高压，造成重复扫描影响扫描效率，试验表明扫描频率高于150Hz时易发生脉冲过流，而且随着扫描频率的增大发生脉冲过流的频率越高，因此，扫描频率设定为100Hz。切片厚度大有利于提高信噪比，改善密度分辨率。切片厚度小，有利于小缺陷的检出，改善空间分辨率。为满足对比度的要求应选用较大的切片厚度，综合考虑试验确定切片厚度为2.0mm。

另外，在进行图像重建时，通过设置和调整重建参数来获得清晰的重建图像，重建参数包括重建区域、灰度放大、重建尺寸。

影响图像重建可改变的主要参数主要有重建区域、灰度放大、重建尺寸等。通过各重建参数的设置和调整获得超大零件工业CT的检测清晰的重建图像。本实施例采用重建软件nACTiS Recon 6.0进行图像重建。

如图16所示，在图像重建时，可对重建区域、灰度放大、重建尺寸等参数进行调整。

重建区域(0.2、0.3～1)由被检测铸件6的尺寸范围决定，被检测铸件6尺寸范围越大，重建区域也要越大，否则，重建图像不能完全显示被检测铸件6的尺寸范围。如果被检测铸件6尺寸范围小，重建区域大，则影响重建图像的细节。因此，重建区域应与扫描的被检测铸件6尺寸范围相适应。

灰度放大可设置为1、100、1000和10000，试验说明灰度放大设置1000以上对重建图像的影响很小。

重建尺寸(重建矩阵)大有利于空间分辨率的提高，但重建速度慢，重建尺寸一般有512×512、1034×1034、2048×2048和4096×4096，对小尺寸测量，为提高测量精度，应选择大的重建尺寸。

本实施例指出的是重建软件的中心校准对图像质量具有很大的影响，中心校准值是由每次扫描实际中心与理论中心的偏离量确定的，应在每次图像重建时实时调整。如图17所示，其它参数一样而中心校准值不同的图像变化，可见中心校准值的变化影响重建图像的清晰。

综上，本实施例的CT检测关键参数如表1所示。确定了CT检测关键参数后，就确定了CT重建图像的内在本质。图18是在确定参数下进气机匣T+160mm截面的比较清晰的重建图像。只有在获得清晰图像的前提下，才能更好地观察零件的内部状况、并达到能进行精确测量的要求。

表1CT检测关键参数

此外，获得被检测铸件6的重建图像后，对被检测铸件6进行尺寸测量。可选地，本实施例所有的尺寸测量都是通过将重建图像导入VG studio MAX 2.2软件进行图像处理后，再利用软件的测量模块来实现的。

在对被检测铸件6的进行尺寸测量时，需要进行系统的初始标定和精确标定。

VG studio MAX 2.2软件只有在导入重建图像并输入适当的分辨率值并对图像进行表面测定后，也就是对系统标定后，才能使用距离、卡尺、最小最大值等测量工具准确测量所需数据。

表面测定采用自动模式，即取图像中的最大灰度值和最小灰度值的中间值定义图像的边界轮廓，这样可使边界的形成达到比较理想的状态。本实施例的图像重建在导入被检测铸件6的数据前，使用一圆柱一个扫描截面来标定系统。分辨率值R可通过已知圆柱扫描图像测量获得，任意输入分辨率值r、零件实际尺寸值D、零件图像测量值d，则R＝Dr/d，将计算出的分辨率值输入再次测量零件图像尺寸，如实际零件尺寸值和零件图像尺寸不一致，则重复上述步骤，直到实际零件尺寸值和零件图像尺寸基本一致，则得到重建矩阵为4096、2048时系统的图像分辨率值分别为：0.1631、0.3262。

利用VG studio MAX 2.2软件进行尺寸测量时，图像导分辨率值与材料种类及扫描参数无关，仅与图像重建矩阵相关，对不同的图像重建矩阵具有相应固定的图像导入分辨率值。系统测量值与实际值的误差不超过0.05mm。

系统初始标定后，即可导入被检测铸件6的数据进行初始尺寸测量。

由于每次CT检测条件存在差异，被检测铸件6的形状也可能不同，扫描图像边缘的噪声水平也存在差异，因此在保证图像清晰地情况下实际的测量值也可能百分之几的误差。如果每次扫描时图像中存在确定的实际尺寸值，若测量值与实际值不一致，就可通过分辨率调整进行更精确的系统标定，达到更好地测量精度。在本实施例中，是利用定位工装的芯棒2为基准进行调整的，芯棒2的实际准确尺寸已知，根据芯棒2的实际准确尺寸以及系统测量得到的初始尺寸测量值的误差进行调整。例如，芯棒2截面圆的半径实际值为10.00，初始尺寸测量值为10.02，在测量模块下拉菜单中点击调整分辨率，在弹出菜单中把标称值改为10.00后点确定，这样标称值就变为10.00，同时整个系统的分辨率也发生了改变，使测量值更接近实际值。

系统标定后，图像上所有确定点的距离、实体的厚度、空间等可实现精确测量，对于点到点的尺寸可使用距离测量工具直接测量，对于点到面或面到面的尺寸可使用卡尺测量工具直接测量，区域内的最小最大距离可使用最小最大值测量工具直接测量，图19是进气机匣T+24mm截面油路局部区域的最小壁厚测量，该处壁厚偏薄。

此外，本实施例的检测方法还包括圆周加工去余量的壁厚测量：首先在加工位置的重建图像上确定加工的中心，然后以加工的中心为圆心画出加工余量去除的虚拟圆10，通过虚拟圆10测量去除余量后的壁厚情况，即可得到去除余量后的图像，也可对相关的壁厚进行精确测量。其中，虚拟圆10圆心的位置度由定位工装和被检测铸件6加工的基准面来保证。在本实施例中，通过精密加工圆棒切片实心圆的边界自动拟合成显示半径和圆心位置的圆，如果测量圆的半径值与加工时的实际值误差较大，可通过调整系统分辨率对系统进行精确标定。圆心的位置度由工装和零件加工的基准面来保证。

确定圆心后就可以画任意半径位置的圆。由于VG studio MAX 2.2软件不能和CAD一样通过圆心直接画圆，而只能通过一定的点拟合成圆，圆周上拟合成圆的最少点数是三点，如图20为被检测铸件6(进气机匣)T＝253mm截面测量图，通过圆心大致间隔均匀地找出半径为37.50mm的三个点。在软件菜单中选择拟合圆，在拟合圆时要点除所有的自动取点拟合选项，同时选中标注的点，这样就在重建图像中画出了半径为37.50mm的圆，用同样的方法也可画出半径为46.15mm的圆，同时使用测量工具完成T＝253mm截面的设计检测要求。

其它截面的检测要求可依次完成，图21是去除余量完成的被检测铸件6(进气机匣)T+160mm截面检测要求。加工一圈后油管的壁厚情况一目了然。

在画虚拟圆10时，通过圆心在截面图上取相同半径的三点，再通过三点拟合成相同半径的圆，在此过程中由于手工操作，产生的误差是否过大影响到测量精度。可通过进气机匣T+253mm截面的测量来确认。为了使操作过程产生的误差降到最低水平，所有的取点应在图像放大到最大的时候进行，图22是芯棒2拟合圆心和通过画半径37.50mm、46.15mm的圆自动生成的圆心的放大图像，对两个最远的点的距离测量，测得的值为0.00mm。因此，手动选点的位置偏差小于5‰。本实施例通过芯棒2的圆心来校准画虚拟圆的圆心11。

具体地，在测量画出虚拟圆10后的尺寸时，经过表面测定的边界，所有的测量工具都会自动提取测量边界，而在测量零件边界与所画圆的距离时，测量工具不能自动识别圆的虚拟边界，应在放大状态下手工提取所画圆的边界，如图23所示，以便提高测量精度。

最后，本实施例的检测方法将上述进气机匣试验过程中的扫描参数、重建参数以及每个截面的位置信息等固化到该零件工业CT检测的工艺之中。

本发明的工作过程为：(1)按被检测铸件6的粗加工基准设计定位工装，被检测铸件6装夹在定位工装后应保证切片位置的精度和找正零件的中心。(2)通过不同的系统标定方法，保证相关尺寸测量的准确性。(3)通过扫描试验，进行扫描参数的优化，通过图像重建的分析试验，优化重建参数，保证图像能满足尺寸测量的要求。(4)选择合适的测量工具测量管路壁厚，以中心为圆心，根据不同加工尺寸画不同的同心圆，通过虚拟圆10测量加工后零件尺寸的符合性。

综上，本发明实施例提供一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置及方法，其通过设置定位工装，用于承载定位被检测铸件6，定位工装通过在底座1的中心设置垂直的芯棒2以及可沿靠近或远离芯棒2方向移动的角向定位块3和角向定位针4，被检测铸件6放置在定位槽101中，被检测铸件6的轴线与芯棒2位于同一直线，在工业CT检测时，定位工装与被检测铸件6是整体扫描以及处理的，其中，芯棒2的成像结果可以用于确定检测面铸件的中心位置，提供铸件中心基准信息；底座1提供铸件检测过程的高度平面基准起始面、中心基准圆柱面；角向定位块3和角向定位针4可以在放置铸件时判定并调整铸件到规定角向位置且其成像结果可以用于确定铸件角向信息，因此，本发明设置定位工装提供参考，可使被检测铸件6的检测结果准确度更高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置，其特征在于，包括定位工装，所述定位工装包括底座(1)、芯棒(2)、角向定位块(3)和角向定位针(4)，所述底座(1)用于承载铸件，所述底座(1)的顶面设有定位槽(101)，所述定位槽(101)与所述底座(1)同心设置，所述芯棒(2)垂直连接在所述底座(1)的中心，所述角向定位块(3)可沿靠近或远离所述芯棒(2)方向移动地安装在所述底座(1)上，所述角向定位针(4)可沿所述角向定位块(3)高度方向移动地连接在所述角向定位块(3)上。

2.根据权利要求1所述的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置，其特征在于，所述角向定位块(3)上设有多个导向孔(303)，多个所述导向孔(303)沿所述角向定位块(3)的高度方向间隔分布，所述角向定位针(4)穿设于所述导向孔(303)中。

3.根据权利要求1所述的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置，其特征在于，所述底座(1)为圆形，所述角向定位块(3)沿所述底座(1)的径向移动。

4.根据权利要求1所述的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置，其特征在于，所述底座(1)上设有减重孔(103)。

5.根据权利要求1所述的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测装置，其特征在于，所述底座(1)的底面设有加强筋(102)。

6.一种航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测方法，采用权利要求1至5任一项所述的检测装置，其特征在于，包括：

将被检测铸件放置在底座上，其中，被检测铸件的中心基准圆柱面与底座的中心基准圆柱面重合，被检测铸件的高度平面基准起始面与底座的中心基准圆柱面重合；

按照被检测铸件的角向特征高度调整角向定位针在角向定位块上的位置，转动被检测铸件，使被检测铸件的角向特征与角向定位针的针尖部分对齐；

将定位工装和被检测铸件整体放置到工业CT扫描操作平台上；

对定位工装和被检测铸件整体进行工业CT扫描，获得定位工装和被检测铸件整体的投影图像；

根据定位工装和被检测铸件整体的投影图像进行图像重建，得到重建图像；

对重建图像进行表面测定，实现初始标定，得到定位工装和被检测铸件整体的初始尺寸测量值；

根据定位工装的初始尺寸测量值与定位工装的实际尺寸值之间的误差，进行精确标定，得到定位工装和被检测铸件整体的精确尺寸测量值。

7.根据权利要求6所述的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测方法，其特征在于，还包括圆周加工去余量的壁厚测量：首先在加工位置的重建图像上确定加工的中心，然后以加工的中心为圆心画出加工余量去除的虚拟圆，通过虚拟圆测量去除余量后的壁厚情况，其中，虚拟圆圆心的位置度由定位工装和被检测铸件加工的基准面来保证。

8.根据权利要求6所述的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测方法，其特征在于，在对定位工装和被检测铸件整体进行工业CT扫描前，先进行扫描参数确定，扫描参数包括扫描时投影幅数、扫描频率和切片厚度。

9.根据权利要求6所述的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测方法，其特征在于，在进行图像重建时，通过设置和调整重建参数来获得清晰的重建图像，重建参数包括重建区域、灰度放大、重建尺寸。

10.根据权利要求6所述的航空发动机复杂铸件内部尺寸CT检测方法，其特征在于，进行初始标定时，对重建图像进行表面测定即取图像中的最大灰度值和最小灰度值的中间值定义图像的边界轮廓。