CN115791804A - 压气机叶片条纹缺陷检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压气机叶片条纹缺陷检测方法，包括划分待检测区域、打光和调整球顶光源、条形光源的参数并成像，其中，成像前需将压气机叶片被检表面划分为多个近似平面的待检测区域，针对每一个待检测区域进行打光，打光光源包括球顶光源和条形光源,打光时球顶光源的位置、发光面直径、球心到待检测表面的距离等需要满足要求，条形光源的位置、光源面宽度、光源面到待检测表面的距离等同样需要满足要求，并且球顶光源和条形光源的色温、光强需要调整以使得缺陷和基底之间形成明显的对比度。本发明能够通过光学成像的方式快速、准确地呈现在视野中，准确地判断压气机是否存在缺陷。

Description

压气机叶片条纹缺陷检测方法
技术领域
本发明属于航空发动机叶片检测技术领域，具体是一种关于具有高亮特性且外型复杂的零件的表面条纹缺陷检测方法。
背景技术
GH4169合金(Inconel 718)是一种沉淀强化型Ni-Fe基高温合金，以γ奥氏体为基体，体心立方结构的亚稳相γ"为主要强化相，正交晶系的δ相为稳定相。由于其在650℃时优异的综合力学性能，被广泛应用于国内外各种先进军用航空发动机的高压压气机盘、涡轮盘、轴、机匣、锻造叶片。
在针对GH4169合金叶片进行表腐检查工序时，发现多批叶片叶身表面存在沿叶身纵向分布的条纹。对叶片进行解剖分析，发现条纹为沿锻造流线分布的粗晶带和夹杂物聚集带，遗传于熔炼工艺，是元素显微偏析造成的。多位学者研究表明，GH4169合金中δ相主要沿晶界析出，对晶界存在钉扎作用，元素偏析会引起δ相分布不均，最终影响合金中晶粒的分布形态。
庄景云，杜金辉，邓群.变形高温合金GH4169组织与性能[M].北京:冶金工业出版社,2011:58-62的研究表明，GH4169合金锭在凝固过程中树枝状偏析难以避免，树枝间富Nb、Ti元素，枝干部位则贫Nb、Ti元素，这类偏析很难通过锻造工艺实现组织均匀细化，通常会遗传至成品锻件中，形成粗细晶条带偏析、δ相与γ"相的条带偏析。庄景云等发现镍基高温合金的力学性能与极大地取决于晶粒组织的均匀细化程度，显微偏析引起的组织不均会损害锻件的力学性能与物理性能。庄景云等通过对比分析国产GH4169合金与国外Inconel718合金棒材的化学成分均匀性，发现GH4169合金棒材的典型元素样本方差值与Inconel718棒材相比存在差距。目前国内对GH4169合金棒材中的显微偏析缺少重视，对该类偏析在成品锻件中所引起的缺陷的宏微观特征，以及对成品锻件的力学性能影响鲜有报道。
通过调研当前GH4169合金压气机叶片表腐检测工艺的现状后发现，叶片表面缺陷检测工序均采用的是人工目视检测。
另一方面，随着机器视觉在缺陷检测领域的广泛应用，使得将机器视觉引入压气机叶片缺陷检测成为一种可能。压气机叶片表面属于高亮表面，而高亮表面是指具有极高的反光性,几乎呈镜面反射的零部件光滑表面,如金属件的抛光表面、塑料件的电镀表面等。该类零部件在生产过程中其表面极易产生划痕、凹坑、异物、气泡等缺陷,导致产品的外观质量下降。对于一些高精密零部件而言,产品存在表面缺陷不仅会使零件性能和寿命受到损害,甚至会导致严重事故,造成重大经济损失,因此高亮表面缺陷的准确检测至关重要。但是，目前的机器视觉中高亮曲面成像技术研究还存在诸多难点有待解决。
当前，对高亮面产品表面进行视觉检测的研究主要集中在平面或球面等规则外型的高亮面产品上,而对于具有高亮特性且外型复杂零件的表面检测研究则几近空白,这也是目前工业检测的难点问题。在传统视觉检测的成像中,由于零件表面的高亮特性容易产生局部过曝或周围环境映射等问题,给后续图像分析带来较大难度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种压气机叶片条纹缺陷检测方法，使得压气机叶片条纹缺陷能够通过光学成像的方式快速、准确地呈现在视野中，准确地判断压气机是否存在缺陷。
本发明的基本原理是：利用条纹缺陷特殊的光学特性，采用特定的光源进行打光，借助缺陷区域反光性质与周围区域不同，使得缺陷区域相对基体更亮或者更暗。
具体来说，本发明采用了以下技术方案：
压气机叶片条纹缺陷检测方法，包括以下步骤，
步骤1，划分待检测区域：将压气机叶片被检表面划分为多个近似平面的待检测区域；
步骤2，打光：针对每一个待检测区域进行打光，打光时分别采用球顶光源和条形光源；
当采用球顶光源时，球顶光源介于镜头和压气机叶片被检表面之间，镜头的轴线垂直于球顶光源的球心所在平面且过球顶光源的球心后与压气机叶片被检表面相交于被检表面的中心点并形成第一夹角，且满足0°＜第一夹角≤90°，沿着镜头的轴线，球顶光源的球心到被检表面的中心点之间的距离大于球顶光源的直径；
当采用条形光源时，镜头的轴线和压气机叶片被检表面相交于被检表面的中心点并形成第二夹角，且满足0°＜第二夹角≤90°，条形光源的光源面平行于镜头的轴线，且条形光源的光源面宽度小于条形光源的光源面到镜头轴线的垂直距离；
步骤3，分别调整球顶光源和条形光源的光强，使得压气机叶片在球顶光源打光情况下被检表面成像后缺陷较基底偏暗的同时满足压气机叶片在条形光源打光情况下被检表面成像后缺陷较基底偏亮。
需要注意的是，步骤2中，同一时刻针对同一块压气机叶片被检表面只使用一种光源，即使用球顶光源打光时需要关闭条形光源，而使用条形光源打光时需要关闭球顶光源。步骤3中，调整球顶光源光强时需要关闭条形光源，调整条形光源光强时需要关闭球顶光源。
作为一种选择，所述步骤1中，压气机叶片的材质为GH4169。
作为一种选择，所述步骤2中，42°＜第一夹角＜47°，42°＜第二夹角＜47°。
作为一种选择，所述步骤2中，沿着镜头的轴线球顶光源的球心到被检表面的中心点之间的距离为220～280mm，条形光源的光源面到镜头轴线的垂直距离为900～1500mm。
作为一种选择，所述步骤2中，球顶光源的发光面直径为80～150mm，条形光源的光源面宽度为15～45mm。
作为一种选择，所述步骤2中，球顶光源和条形光源的色温为6000～7500K。
本发明的压气机叶片条线缺陷检测方法具备以下特点：
(1)能够准确地判定和成像因材料偏析导致的条纹/条形缺陷；
(2)适用于曲面叶片，但在打光成像前需要将叶片的曲面表面划分为多个近似平面或者平整的区域；
(3)通过球顶光源和条形光源两种不同光源交替进行打光，通过合理选择色温和光强，形成球顶光源下较基底更暗并且在条形光源下较基底更亮的缺陷图像；(4)本发明的检测方法并不局限于GH4169一种材料，依据本发明的检测原理还可以扩展到其它材质的材料偏析条纹缺陷检测。
与现有的人工肉眼观察缺陷相比，本发明可以使用相机配合镜头、光源对压气机叶片进行检测，并分别对压气机叶片表面的每一块区域成像，从而检查该区域是否有条纹缺陷。
本发明的方法能够提高缺陷检测准确性、一致性，避免人工肉眼观察容易出现的误判，提高检测效率。
附图说明
图1是采用球顶光源对压气机叶片进行成像和缺陷检测的原理示意图；
图2是采用条形光源对压气机叶片进行成像和缺陷检测的原理示意图；
图3是采用球顶光源打光时获得的缺陷较基底偏暗的图像；
图4是采用条形光源打光时获得的缺陷较基底偏亮的图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
关于实施压气机叶片条纹缺陷检测需要注意的是，待检测表面需要为“平整区域”或“近似平面”，由于压气机叶片表面是一块大的曲面，所以需要将其划分为多个“平整区域”或“近似平面”的小区域，这些小区域同坯于单位正方形，属于可定向曲面，任选可定向曲面两个定向中的一个，获得其法向量场，确保其可微法向量场中所有法向量夹角的最大值小于指定角度。例如，本实施例一和实施例二中，“平整区域”或“近似平面”是指其中一个定向中，任意两个法向量夹角小于指定角度(即该定向中夹角最大的两个向量之间的夹角小于指定角度，对于另一个定位，也是同理)。划分待检测表面时，先获得待检测表面的曲面信息，然后在建模软件中重建曲面，然后根据指定角度划分“平整区域”或“近似平面”，最后按照本发明的打光方式配合相机进行成像，判断缺陷的位置。
实施例一
如图1所示，针对GH4169材质的压气机叶片表面进行检测，首先，将压气机叶片的待检测表面划分为多个近似平面的待检测表面，然后调整相机、镜头和球顶光源，使得镜头的轴线垂直于球顶光源上过球心的平面并且轴线穿过球顶光源的球心后与压气机叶片待检测表面的中心点相交，具体关系按照图1所示，图1中虚线代表镜头轴线，镜头轴线与待检测表面形成的夹角在42°～47°，球顶光源球心距离待检测表面中心点的距离为220～280mm，球顶光源发光面直径为80～150mm，最后调整球顶光源的光强。球顶光源打光成像后，相机拍摄到的图片中，缺陷较基底偏暗，如图3中两处白色箭头所指位置均为缺陷。
实施例二
如图2所示，针对GH4169材质的压气机叶片表面进行检测，首先，将压气机叶片的待检测表面划分为多个近似平面的待检测表面，然后调整相机、镜头和球顶光源，使得条形光源的光源面平行于镜头的轴线，具体关系按照图2所示，图2中虚线代表镜头轴线，镜头轴线与待检测表面形成的夹角在42°～47°，条形光源的光源面距离待检测表面中心点的距离为900～1500mm(等价于条形光源的光源面到镜头轴线的垂直距离)，条形光源光源面的宽度为15～45mm，最后调整条形光源的光强。条形光源打光成像后，相机拍摄到的图片中，缺陷较基底偏亮，如图4中两处黑色箭头所指位置均为缺陷。
需要指出的是，压气机叶片表面条纹缺陷检测一般在叶片出炉后没有碰撞、擦伤的情况下进行检测，这样可以避免后续因表面碰撞、擦伤造成的划痕对因材料偏析产生的条纹缺陷的影响和干扰。当然，表面划痕的形状特点以及分布方向与因材料偏析产生的条纹缺陷是不同的，如果出现了划痕的干扰，那么还需要结合成像后的形状特点和分布特点进行排除，例如，划痕的方向一般是随机的任意方向，且宽度较细。
本发明的说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.压气机叶片条纹缺陷检测方法，其特征在于：包括，
步骤1，划分待检测区域：将压气机叶片被检表面划分为多个近似平面的待检测区域；
步骤2，打光：针对每一个待检测区域进行打光，打光时分别采用球顶光源和条形光源；
当采用球顶光源时，球顶光源介于镜头和压气机叶片被检表面之间，镜头的轴线垂直于球顶光源的球心所在平面且过球顶光源的球心后与压气机叶片被检表面相交于被检表面的中心点并形成第一夹角，且满足0°＜第一夹角≤90°，沿着镜头的轴线，球顶光源的球心到被检表面的中心点之间的距离大于球顶光源的直径；
当采用条形光源时，镜头的轴线和压气机叶片被检表面相交于被检表面的中心点并形成第二夹角，且满足0°＜第二夹角≤90°，条形光源的光源面平行于镜头的轴线，且条形光源的光源面宽度小于条形光源的光源面到镜头轴线的垂直距离；
步骤3，分别调整球顶光源和条形光源的光强，使得压气机叶片在球顶光源打光情况下被检表面成像后缺陷较基底偏暗的同时满足压气机叶片在条形光源打光情况下被检表面成像后缺陷较基底偏亮。
2.根据权利要求1所述的压气机叶片条纹缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤1中，压气机叶片的材质为GH4169。
3.根据权利要求1所述的压气机叶片条纹缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤2中，42°＜第一夹角＜47°，42°＜第二夹角＜47°。
4.根据权利要求1所述的压气机叶片条纹缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤2中，沿着镜头的轴线球顶光源的球心到被检表面的中心点之间的距离为220～280mm，条形光源的光源面到镜头轴线的垂直距离为900～1500mm。
5.根据权利要求1所述的压气机叶片条纹缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤2中，球顶光源的发光面直径为80～150mm，条形光源的光源面宽度为15～45mm。
6.根据权利要求1所述的压气机叶片条纹缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤2中，球顶光源和条形光源的色温为6000～7500K。
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