CN111239192A - 扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置及法。目前，航天飞机的发动机叶片性能的优劣直接影响到飞机的性能，其长时间服役于高温高压高强度环境下，极易产生内部脱粘和表面裂纹等缺陷。一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，其组成包括：热激励系统、成像系统、试件扫描系统和图像处理及分析系统，所述的热激励系统中由数据采集卡（28）、调光器（26）、卤素灯、凹透镜（19）、凸透镜（18）组成，数据采集卡输入端与计算机输出端相连，数据采集卡输出端与调光器输入端相连，调光器输出端与卤素灯输入端相连。本发明应用于红外热波无损检测领域，同时应用于航空航天领域。

Description

扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置及方法

技术领域：

本发明涉及一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置方法。

背景技术：

近年来，随着航空航天事业的快速发展，航天飞机的发动机叶片变得尤为重要，发动机叶片性能的优劣直接影响到飞机的性能，其长时间服役于高温高压高强度环境下，极易产生内部脱粘和表面裂纹等缺陷，如果不能及时检测，将会影响航天飞机的飞行安全，甚至引发飞行事故，造成严重的经济损失。对发动机叶片的结构和性能进行有效地检测，已成为世界各国的研究热点。发动机叶片是不规则的曲面构造，常规无损检测很难获得很好的检测效果，给发动机叶片的无损检测带来了一定的挑战。

发明内容：

本发明的目的是提供一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置及方法，主要适用于红外热波无损检测领域，同时应用于航空航天领域，具体涉及一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷内部脱粘缺陷的装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，其组成包括：热激励系统、成像系统、试件扫描系统和图像处理及分析系统，所述的热激励系统中由数据采集卡、调光器、卤素灯、凹透镜、凸透镜组成，其中卤素灯包括第一卤素灯和第二卤素灯，所述的数据采集卡输入端与计算机输出端相连，所述的数据采集卡输出端与调光器输入端相连，所述的调光器输出端与卤素灯输入端相连，所述的卤素灯产生的光束，通过凹透镜的反射后在通过凸透镜的折射后，能够将光线聚集在发动机叶片的表面处产生2mm的模拟激光斑。

所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，所述的成像系统由计算机以及红外热像仪组成，所述的红外热像仪的输入端通过双绞线与所述的计算机的输出端相连，且所述计算机输出端与红外热像仪输入端通讯连接完整，计算机触发红外热像仪采集发动机叶片表面温度，将温度数据通过双绞线传递至计算机中。

所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，所述试件扫描系统由控制器、电机驱动器、功率放大器、交流电机、输入轴、输出轴、第一直圆柱齿轮、第二圆柱齿轮、减速器、试件夹具、升降机组成，输入轴与交流电机相连，输入轴带动第一直圆柱齿轮转动，第一直圆柱齿轮和第二直圆柱齿轮啮合，第二直圆柱齿轮带动输出轴转动。

所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，被测试件在输出轴和减速器的转动下旋转，被测试件放在试件夹具上，被测试件在升降机作用下上升或下降。

所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，所述的图像处理及分析系统由计算机完成主要功能，计算机主要用来设置脉冲信号的波形、脉宽、功率，交流电机的工作、停止的指令，升降机的状态以及红外热像仪的采样时间、采样频率、图片帧数，对红外热像仪采集进行触发。

所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置及检测方法

（1）将试验器材摆放在试验平台上，搭建试验平台，将发动机叶片装夹在夹具上；

（2）连接试验器件，接通电源开关，将红外热像仪固定于热像仪升降台上，调节热像仪升降台高度，使热像仪升降台与发动机叶片处于同一水平高度；

（3）连接红外热像仪与计算机，进行调焦，直到计算机显示出清晰地红外图像；

（4）在计算机中设置合适的卤素灯热源功率、脉冲宽度以及采集时间、采集频率；

（5）对卤素灯进行预热，触发红外热像仪采集背景热图。控制交流电机旋转，通过齿轮，带动试件旋转；

（6）触发卤素灯发出热激励，通过凹透镜上的反射在通过凸透镜的折射后，在发动机叶片表面形成直径4mm的模拟激光斑。

本发明的有益效果：

光线在凹透镜上的反射原理可知，当光线从一个焦点发出的，会聚焦至另一焦点的性质，能够产生一个聚焦光束，模拟激光激励光斑。在本发明中采用阵列卤素灯产生聚焦光束，通过凸透镜的作用，将聚焦光束集中到局部很小的区域内。通过凹透镜以及凸透镜的作用下，能够将两个卤素灯单独生成的光束，集中作用于发动机叶片的试件表面，模拟激光光斑，电动机的旋转，通过传动机构的作用带动发动机叶片进行旋转，能够对发动机叶片进行全方位扫描式的检测，同时两个卤素灯可以单独进行控制。本发明兼具激光局部集中加热的功能，并且有着低成本、更安全的优点。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

图中，1：计算机、2：第一导线、3：控制器、4：第二导线、5：电机驱动器、6：第三导线、7：功率放大器、8：第四导线、9：交流电机、10：输入轴、11：第一直圆柱齿轮、12：第二直圆柱齿轮、13：输出轴、14：减速器、15：第五导线、16：升降机、17：第一卤素灯、18：凸透镜、19：凹透镜、20：第二卤素灯、21：第六导线、22：被测试件、23：试件夹具、24 ：红外热像仪、25：第七导线 26：调光器、27：第八导线、28：数据采集卡、29：第九导线、30：双绞线。

具体实施方式：

实施例1：

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

请参照图1，本发明的实施方式：本实施方式提供了一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置及方法，如图1所示，所述装置包括：热激励系统、成像系统、试件扫描系统、图像处理及分析系统。

所述热激励装置包括第一卤素灯17、凸透镜18、凹透镜19、第二卤素灯20、调光器26、数据采集卡 28组成。热激励源是卤素灯单独生成的光束。将第一卤素灯17和第二卤素灯20放在凹透镜19左前方和右前方40—50cm，优选为50cm。凸透镜18放在凹透镜19中间正前方10-20cm优选为15cm。被测试件22正对着红外热像仪24，将被测试件22放在液凸透镜18正前方5-10cm，优选为5cm。利用卤素灯加热从而使光束热量传递到被测试件22表面。

所述成像系统由红外热像仪24和计算机1组成，红外热像仪24能够采集到被测试件22发出的人类肉眼无法看到的红外线，转化为可视的红外图像序列。将红外热像仪25固定于被测试22件正前方，使被测试件22与红外热像仪24镜头的前后距离保持在30cm至50cm之间左右，优选为50cm。红外热像24的输入端通过双绞线30与计算机1的输出端相连。

所述试件扫描系统由控制器3、电机驱动器5、功率放大器7、交流电机9、输入轴10、第一直圆柱齿轮11、第二直圆柱齿轮12、输出轴13、减速器14、升降机16、试件夹具23组成。控制器3控制电机的启动，停止。电机驱动器5控制电机转向、调节转速。功率放大器7调节发动机的功率，提高工作效率。输入轴10与交流电机9相连，输入轴10带动第一直圆柱齿轮11转动，第一直圆柱齿轮11和第二直圆柱齿轮12啮合，第二直圆柱齿轮12带动输出轴13转动。试件22在输出轴13和减速器14的转动下旋转。试件22放在试件夹具23上，试件22在升降机16作用下上升或下降。

所述图像处理及分析系统由计算机1完成主要功能；计算机1主要用来设置脉冲信号的波形、脉宽、功率，交流电机9的工作、停止的指令，升降机16的状态以及红外热像仪24的采样时间、采样频率、图片帧数，对红外热像仪24采集进行触发。同时用来接收红外热像仪24采集的原始数据，以及对图像进行处理，对数据进行对比与分析，还要进行去噪声去干扰，控制电机转动以及升降机工作状态。

实施例2：

本实施方式提供了一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置及方法，所述方法具体实施步骤如下：

第一步：将具体实施方式一所述装置中各个元件按顺序摆放好，构建实验台，调节第一卤素灯17和第二卤素灯20位置，让凹透镜19在调节第一卤素灯17左前方40—50cm，在第二卤素灯20右前方40—50cm，择优选择50cm。调节凸透镜18及凹透镜19的位置，凸透镜18在凹透镜19中间正前方10-20cm，择优选择15cm.被测试件22在液凸透镜18正前方5-10cm。择优选择5cm。

第二步：调节红外热像仪24的位置，让被测试件22位置与红外热像仪24镜头的前后距离保持在30cm至50cm之间左右，优选为50cm。

第三步：被测试件22放置到试件夹具23，将被测试件22的中心位置与红外热像仪24镜头处同一高度位置。

第四步：开启红外热像仪24并进行焦距调整，使计算机19的显示屏上显示出清晰的被测试件22的红外热图。

第五步：按照图1所示，依次连接线路，并接通电源，启动实验设备。

第六步：对第一卤素灯17和第二卤素灯20预热，预热后，打开第一卤素灯17和第二卤素灯20，使凹透镜19上的反射在通过凸透镜18的折射后，在发动机叶片表面形成直径4mm的模拟激光斑。

第七步：操作计算机1，使交流电机9工作，带动第一直圆柱齿轮11和第二直圆柱齿轮12。使试件22在输出轴13和减速器14的转动下旋转及升降机16作用下上升或下降。

第八步：热激励和旋转扫描结束后，红外热像仪24采集到被测试件22的图像数据传递至计算机1中进行数据处理。

Claims (6)

1.一种扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，其组成包括：热激励系统、成像系统、试件扫描系统和图像处理及分析系统，其特征是：所述的热激励系统中由数据采集卡、调光器、卤素灯、凹透镜、凸透镜组成，其中卤素灯包括第一卤素灯和第二卤素灯，所述的数据采集卡输入端与计算机输出端相连，所述的数据采集卡输出端与调光器输入端相连，所述的调光器输出端与卤素灯输入端相连，所述的卤素灯产生的光束，通过凹透镜的反射后在通过凸透镜的折射后，能够将光线聚集在发动机叶片的表面处产生2mm的模拟激光斑。

2.根据权利要求1所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，其特征是：所述的成像系统由计算机以及红外热像仪组成，所述的红外热像仪的输入端通过双绞线与所述的计算机的输出端相连，且所述计算机输出端与红外热像仪输入端通讯连接完整，计算机触发红外热像仪采集发动机叶片表面温度，将温度数据通过双绞线传递至计算机中。

3.根据权利要求2所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，其特征是：所述试件扫描系统由控制器、电机驱动器、功率放大器、交流电机、输入轴、输出轴、第一直圆柱齿轮、第二圆柱齿轮、减速器、试件夹具、升降机组成，输入轴与交流电机相连，输入轴带动第一直圆柱齿轮转动，第一直圆柱齿轮和第二直圆柱齿轮啮合，第二直圆柱齿轮带动输出轴转动。

4.根据权利要求3所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，其特征是：被测试件在输出轴和减速器的转动下旋转，被测试件放在试件夹具上，被测试件在升降机作用下上升或下降。

5.根据权利要求4所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置，其特征是：所述的图像处理及分析系统由计算机完成主要功能，计算机主要用来设置脉冲信号的波形、脉宽、功率，交流电机的工作、停止的指令，升降机的状态以及红外热像仪的采样时间、采样频率、图片帧数，对红外热像仪采集进行触发。

6.一种权利要求1—5之一所述的扫描式卤素灯检测发动机叶片内部脱粘缺陷的装置及方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）将试验器材摆放在试验平台上，搭建试验平台，将发动机叶片装夹在夹具上；

（2）连接试验器件，接通电源开关，将红外热像仪固定于热像仪升降台上，调节热像仪升降台高度，使热像仪升降台与发动机叶片处于同一水平高度；

（3）连接红外热像仪与计算机，进行调焦，直到计算机显示出清晰地红外图像；

（4）在计算机中设置合适的卤素灯热源功率、脉冲宽度以及采集时间、采集频率；

（5）对卤素灯进行预热，触发红外热像仪采集背景热图。控制交流电机旋转，通过齿轮，带动试件旋转；

（6）触发卤素灯发出热激励，通过凹透镜上的反射在通过凸透镜的折射后，在发动机叶片表面形成直径4mm的模拟激光斑。

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