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专题服务
国家X射线数字化成像仪器中心开展航空发动机涡轮叶片工业CT检测专题服务
2015-9-27


    航空航天业对涡轮叶片质量标准极高。同时为确保效率最大化,涡轮叶片设计日趋复杂。生产过程中,工业X射线系统通常要求检测裂缝和杂质、测量壁厚或确认冷却孔的位置。维修过程中同样需要焊接涡轮叶片,然后检查是否存在裂缝或焊接缺陷。近年发展起来的三维CT成像技术,为同时满足检测效率及检测精度的需求,提供了一种新的技术途径和手段。
    在国内,中心使用工业CT三维成像技术对新型工艺制造的涡轮叶片组进行工艺可行性验证,大大提高研究进展。提出并实现了一种基于数字样品的涡轮叶片质量检测新方法。该方法首先利用三维CT系统完成叶片扫描与图像重建之后,生成叶片数字样品模型,在此模型的基础上,完成叶片尺寸的精确测量、壁厚分析、缺陷检测、逆向开发等检测内容。
    中心与成都某航空涡轮叶片制造企业合作,对航空涡轮叶片进行三维扫描,由于涡轮叶片工作环境恶劣容易造成不同程度的磨损,合金材料价格贵,成本高,该企业希望运用三维扫描检测技术及修理工艺,考虑对涡轮发动机叶片磨损程度进行修复,可以再次利用。
    涡轮叶片检测面临的问题:
    1.叶片边缘曲率结构复杂,采用CT三维扫描对磨损飞机发动机叶片进行三维检测,与原始叶片数据进行对比分析,得到叶片真实结构。
    2.叶片表面曲面为不规则曲面,而且对CT三维扫描精度要求非常高,得到误差小于0.1mm的叶片曲面模型。
    中心提供解决方案:
    1.三维扫描 
    针对叶片精度要求高、边缘尖锐难扫描的问题,中心技术团队使用高精度工业CT三维扫描仪,获取叶片表面高精度的三维投影数据,将三维投影数据重建并导入专用数据处理平台,将涡轮叶片图像数据转换为三角网格面数据。
    2.三维检测
    通过获取的发动机涡轮叶片三维数据,迅速检测飞机发动机叶片 (CAD) 模型和新叶片模型之间的磨损程度,以直观易懂的图形比较结果来显示两者的差异,能够对磨损的飞机涡轮发动机叶片进行修复,达到重复使用的效果。
    3.逆向建模
    利用得到的CT断层数据,经过精确的边缘提取,将点云数据导入逆向工程软件Imageware进行逆向建模,获得该叶片三维模型 mso-bidi-theme-font:minor-bidi;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language: ZH-CN;mso-bidi-language:AR-SA'>CT断层图像质量清晰、图像对比度好。通过对CT图像精确后处理,获得了被检测部件的三维体视化图像及任意断面图像,为某产品叶片的研发提供了重要的设计依据


图1 某涡轮叶片逆向工程效果图
 
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