专利名称：涡轮叶片ct检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种涡轮叶片裂纹检测装置和方法，特别涉及涡轮叶片CT检测 装置及其检测方法。
背景技术：
涡轮叶片检测在航空航天和船舶工业等行业是比较重要的维护程序，关系 到安全运行，是避免出现安全事故的重要手段。
现有技术中，基于工业CT的裂纹检测方法主要有四类，第一类是根据CT的 物理原理，得到试件密度损伤与体应变的关系，得到裂纹宽度的普适性计算公 式，但是此方法没有把裂纹分割出来，没有得到裂纹的形态，不能确定裂纹的 准确位置；第二类是超声波探测技术的裂纹检测，根据发射超声波后收到的回 波信号来获知缺陷的位置及当量大小等信息，此方法检测不到正好与超声波发 射方向平行的裂纹且测量精度较低；第三类是根据差影法和模板匹配来检测缺 陷，此方法要有标准的模板图像作为前提；第四类是基于传统边缘检测和图像 分割的裂纹检测方法，使用此方法得到的边缘比较模糊，测量精度不高。
为解决以上问题，出现采用基于脊波算法的工业CT图像缺陷检测方法，该 方法主要采用脊波变换的方法来提取裂纹的骨架，但脊波不能适应裂纹的形状 变化，对比较弯的裂纹提取结果不准确。
由于线阵探测器前便于安装后准直器，能有效屏蔽射线串扰和散射的影响，
所以工业CT普遍采用基于线阵探测器的扇束射线扫描。但普通工业CT的夹具， 不能调整射线扇面与被扫描工件的夹角，当裂纹与射线束平面垂直时，裂纹在 CT断面图像中表现为一个点或很小的区域，容易被漏检。因此，需要一种涡轮叶片CT检测装置，能够适应裂纹的形状变化，对比较 弯的裂纹以及与X射线面垂直的裂纹提取结果准确，不漏检裂纹，测量精度高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种涡轮叶片CT检测装置及其检测方法， 能够适应裂纹的形状变化，对比较弯的裂纹以及与X射线面垂直的裂纹提取结 果准确，不漏检裂纹，测量精度高。
本发明的涡轮叶片CT检测装置，包括工作台、射线发生装置、数据采集装 置和控制及图像处理系统，所述射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处 理系统相连，还包括开合式旋转夹具，所述开合式旋转夹具包括旋转台、旋转 台驱动装置、拉杆、拉杆驱动装置和分布在拉杆周围的至少一个摆杆以及夹持 体，所述旋转台转动配合设置在工作台上，可由旋转台驱动装置驱动相对工作 台转动；所述夹持体用于夹持待检涡轮叶片，夹持体可相对于旋转台绕一圆心 径向摆动；所述拉杆可由拉杆驱动装置驱动沿轴向往复运动；
所述摆杆一端间隙配合穿过夹持体，另一端与拉杆铰接构成平面摇杆机构； 所述射线发生装置和数据采集装置与工作台相对固定设置在旋转台径向相对两 侧。
进一步，所述夹持体包括U形块、夹紧弹簧和夹紧杆，所述夹紧杆间隙配 合穿过U形块一侧边，端部设置环形凸台，夹紧弹簧套在夹紧杆上一端靠在夹 紧杆穿过U形块的侧边内侧，另一端紧靠环形凸台并对其施加预紧力，使待检 涡轮叶片夹在环形凸台端部和U形块另一侧边之间；
进一步，所述拉杆驱动装置为气压或液压驱动装置，包括缸体和活塞，所 述拉杆与活塞以轴向固定圆周方向可转动的方式配合；
进一步，所述旋转台上固定设置基座，所述夹持体通过销轴结构铰接在基 座上，可相对于旋转台径向摆动；
进一步，所述拉杆与活塞之间通过一个推力轴承和一个角接触轴承以轴向固定圆周方向可转动的方式配合；
进一步，所述夹紧杆上固定设置有手柄，所述手柄设置在U形块外侧； 进一步，所述数据采集装置为圆弧形线阵探测器，所述工作台位于圆弧形
线阵探测器的内侧；
进一步，所述旋转台驱动装置为伺服电机。
本发明还公开了一种利用涡轮叶片CT检测装置检测涡轮叶片的方法，其特
征在于包括以下步骤
a. 装夹待检测涡轮叶片，启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像 处理系统；
b. 射线发生装置扇形束扫描待检测涡轮叶片，旋转台旋转一周，得到扇形 束所对截面的投影数据，并存入沐算机;
c. 根据步骤b所得的灰度g:影数据通过滤波反向投影法重建待检测涡轮叶 片的CT图像fij，其中>1， 2…，B， i代表图像的行坐标，B代表图像的行数， j=l， 2…，C，j代表图像的列坐标，C代表图像的列数；
d. 根据步骤C所得的图象fij进行模拟平行束投影变换，变换公式为
"(^)=j]yoc,x^Occ。se+ysine-o血办，得到一个投影数据矩阵《.,，其中t表示动
坐标，e表示平行束与x轴的夹角，x表示图象fij的横坐标，y表示图象fij的 纵坐标，C/G，力表示沿动坐标t，角度^的一条射线束上/Oc，"之积分，i'=l， 2…，
b， i'代表矩阵的行坐标，在此表示第r个投影方向，及,,,表示第1'方向上的第
j'个投影数据，Q表示模拟平行束投影变换之前图像的范围；
e. 根据步骤d所得的投影数据矩阵《,.对每行进行高斯小波变换，计算式为
其中t为投影数据矩阵i ,Y的元素，5为标准差，T(o为小波系数，得到小波变
换系数矩阵P^,，其中K， 2…，L代表系数矩阵的行坐标，B,代表系数矩阵的行数，丄=1， 2…，d，丄代表系数矩阵的列坐标，C,代表系数矩阵的列数;
f. 根据步骤e所得的小波变换系数矩阵^」,，选取行范数最大的行坐标k，
利用平行束投影方向与图像X轴之间的夹角关系々4^80。/C，可得裂纹方向，其 中々表示裂纹的方向角，是裂纹与X轴的夹角；
g. 根据步骤e所得的小波变换系数矩阵^力和步骤f所得的行坐标k，取投 影方向k所在的行向量f^，其中j产l， 2…d，在行向量^,中寻找小波变换系 数模最小值点所在的列坐标p，以p为界，将行向量^力分成两个向量，即f&， 其中J2二1， 2…p-l，和^，其中J3二p+l， p+2…d，再分别找出这两个向量中小 波变换系数模极大值所在的列坐标qt、 q2，最后以/ 为方向角，分别通过(qlC0S e，q,sin", (q2cos3， q2sin P )得左右边界直线段l!、 12;
h. 采用步骤g所述的方法确定上下边界直线段13、 14的位置；
i. 由L、 13、 12、 h围成的裂纹区域标记为F,，定义裂纹区域左右边界逼近 直线段为15、 lfi，设定间距W,，在区域F,内确定与直线段l,间距为W:的平行直 线段ir，计算由1J山'l4围成的矩形Mi的平均灰度H2，并在直线段L'右侧取 间距为Wt的平行直线段1/，计算由1/13 1/:U围成的矩形M2的平均灰度H3，设 定阈值T2，当lHrH3|〉 L时，V即为裂纹区域左边界逼近直线段15，否则在直
线段l/右侧取间距为Wt的平行直线段l3'，确定矩形M3， M3的平均灰度为H4，直 至确定直线段1/，矩形区域Mn，并且| H -Hn+1|>T2， ln'即为裂纹区域左边界逼
近直线段15;采用与确定h相同的方法可得到裂纹区域右边界逼近直线段16;
丄与步骤i方法相同，在区域F,内确定上边界逼近直线段17和下边界逼近 直线段18，获得由直线段l山l山围成的裂纹区域；
k.由直线段15171618围成的裂纹区域标记为F2，在区域F2内平行直线段17 确定直线段19，直线段19将区域F2二等分，对每等分区域重复步骤d至j，设 定阈值T3，判断两个等分区域的裂纹区域面积之和与原区域裂纹区域面积之差 的模是否大于T3，若是则将两个等分区域继续等分，否则停止分割该区域；l.计算步骤k中最后等分得到的区域内直线段h以及直线段17的长度，计 算公式为
其中k,30为直线段L起点坐标，(;cjj为直线段ls终点坐标，hoj为直线段15
上任取的点坐标，^+)为直线段h上与(;^)相邻的点坐标，得到直线段15
长度为S;采用相同方法，计算直线段17长度&;根据区域F2，以S为行数、&
为列数，建立矩阵 、，其中is二l,2，…S, i5代表区域F2的行；j^l，2，…&，
J'5代表区域F2的列；
111.根据步骤1所得的矩阵(^，依次沿行向量进行搜索，记录行向量的列的
最大值的位置，作为裂纹骨架的位置；
n.设定梯度算子阈值T4，对矩阵0,^每行，以裂纹骨架的位置为界将其分成
两部分，对每个部分，以裂纹骨架的位置点为起点，沿行向量的左方向采用梯 度算子迸行搜索，记录梯度超过阈值L的位置，得到裂纹的左边缘位置，沿行 向量的右方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T4的位置，得到裂纹 的右边缘位置；
o.根据步骤n所得的裂纹左边缘位置和右边缘位置采用多项式拟合得到连 续的裂纹边缘，得到裂纹区域F:,;
P.根据步骤m所得的裂纹骨架，计算裂纹长度，裂纹长度计算公式为
其中(;Wi)为裂纹骨架起点坐标，(&,&)为裂纹骨架终点坐标，(《,;J为裂纹骨架任 取的点坐标，k+p^)为裂纹骨架上与k，^相邻的点坐标，Ss为裂纹长度。 进一步，还包括以下步骤
q.根据步骤o所得的裂纹区域F3，采用统计裂纹区域内总像素个数的方法得到裂纹面积；
r.根据步骤p所得的裂纹长度和步骤q所得的裂纹面积，按公式W2=A/ S3 计算裂纹宽度，其中A为裂纹面积，S:i为裂纹长度，W2为裂纹宽度；
s.重复步骤l至r，计算出最后各等分区域内裂纹的长度和宽度，对最后各 等分区域内裂纹的长度进行累加得到裂纹总长，对最后各等分区域内裂纹采用 加权平均的方法，得到裂纹总的平均宽度，其中加权是以各区域裂纹长度占裂 纹总长的比例为权；
t.通过夹具调整涡轮叶片与射线扇束之间的夹角增量A"，重复步骤b至s， 综合比较涡轮叶片不同角度在旋转台旋转一周扫描所获得的裂纹长度和宽度， 比较旋转台不同角度旋转一周所测得的裂纹长度和宽度，取其最大值为最后测 得的裂纹长度和宽度。
本发明的有益效果是本发明的涡轮叶片CT检测装置，采用在扇束工业CT 装置基础上设置开合夹具结构，将叶片固定在夹具上进行扫描可以实现同时对 多个叶'片进行扫描，可以通过调整叶片在夹具上的倾斜角，能抑制CT图像中点 状噪声对测量结果的影响，使与射线垂直的裂纹将不再与扫描扇面垂直，对与X 射线面垂直的裂纹提取结果准确，不漏检裂纹，测量精度高；采用多尺度曲波 变换法提取裂纹区域的方案，利用曲波的特性，能根据裂纹的形状分离裂纹区 域，从而精确地测量裂纹；采用多级等分后的子图区域上逼近裂纹，而不是在 整个图上逼近裂纹，故能适应裂纹的形状变化；而且，由于采用多周(不同射 线扇束夹角)扫描，可以避免出现因裂纹与射线扇束垂直而漏检的情况。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。 图1为本发明的结构剖面示意图； 图2为图1俯视图；图3为本发明原理图； 图4为本发明检测方法框图。
具体实施例方式
图1为本发明的结构剖面示意图，图2为图1俯视图，图3为本发明原理 图，如图所示本实施例的涡轮叶片CT检测装置，包括工作台l、射线发生装 置12、数据采集装置13和控制及图像处理系统14，本实施例中数据采集装置 13为圆弧形线阵探测器，所述工作台l位于圆弧形线阵探测器的内侧，采用线 阵探测器，可以避免射线的串扰；射线发生装置12和数据采集装置13与控制 及图像处理系统14相连；
还包括开合式旋转夹具，开合式旋转夹具包括旋转台2、旋转台驱动装置 17、拉杆8、拉杆驱动装置和分布在拉杆周围的至少一个摆杆6以及夹持体3， 本实施例中摆杆为四个；旋转台2转动配合设置在工作台1上，可由旋转台驱 动装置17驱动相对工作台1转动，本实施例中旋转台驱动装置为伺服电机；夹 持体3用于夹持待检涡轮叶片4，夹持体包括U形块31、夹紧弹簧33和夹紧杆 32，夹紧杆32间隙配合穿过U形块31 —侧边，端部设置环形凸台，夹紧弹簧 33套在夹紧杆32上一端靠在夹紧杆32穿过U形块31的侧边内侧，另一端紧靠 环形凸台并对其施加预紧力，使待检涡轮叶片4夹在环形凸台端部和U形块31 另一侧边之间，夹紧杆32上固定设置有手柄34，手柄设置在U形块31外侧， 设置手柄34利于夹持操作；旋转台2上固定设置基座11，夹持体3通过销轴结 构铰接在基座11上，使夹持体3可相对于旋转台2绕以销轴结构为圆心5径向 摆动；拉杆8可由拉杆驱动装置驱动沿轴向往复运动，拉杆驱动装置为气压或 液压驱动装置，本实施例为气压驱动装置，包括缸体16和活塞15，拉杆8与活 塞15之间通过一个推力轴承9和一个角接触轴承10以轴向固定圆周方向可转 动的方式配合；
摆杆6 —端间隙配合穿过夹持体3，另一端与拉杆8通过铰接圆盘7铰接构成平面摇杆机构；射线发生装置12和数据采集装置13与工作台1相对固定设 置在旋转台径向相对两侧。
图4为本发明检测方法框图，如图所示利用本发明的涡轮叶片CT检测装 置检测涡轮叶片的方法，包括以下步骤
a. 装夹待检测涡轮叶片，启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像 处理系统；
b. 扫描射线发生装置扇形束扫描待检测涡轮叶片1至3次，得到扇形束 所对截面的灰度投影数据，并存入计算机；
C.重建待检测涡轮叶片CT图像根据步骤b所得的灰度投影数据通过滤波 反向投影法重建待检测涡轮叶片的CT图像fi」，其中i^， 2…，B， i代表图像 的行坐标，B代表图像的行数，j=l， 2…，C， j代表图像的列坐标，C代表图 像的列数；
d. 模拟平行束投影变换根据步骤c所得的图象fij进行模拟平行束投影变 换，变换公式为外,力=JJ/(x，3^(，s";;sh^-f)血办，得到一个投影数据矩阵《.,，
其中t表示动坐标，0表示平行束与x轴的夹角，x表示图象fij的横坐标，y表 示图象fij的纵坐标，"(f,。表示沿动坐标t，角度^的一条射线束上/(x，"之积 分，i'二l， 2…，B， i'代表矩阵的行坐标，在此表示第i'个投影方向，《7.表示
第i'方向上的第j'个投影数据，Q表示模拟平行束投影变换之前图像的范围；
e. 小波变换:根据步骤d所得的投影数据矩阵/^,对每行进行高斯小波变换，
计算式为
上
其中t为投影数据矩阵《,,的元素，5为标准差，甲(0为小波系数，得到小波变
换系数矩阵ff^，其中i产l， 2…，B" L代表系数矩阵的行坐标，B,代表系数矩 阵的行数，丄=1， 2…，d， j,代表系数矩阵的列坐标，d代表系数矩阵的列数；f. 求裂纹方向根据步骤e所得的小波变换系数矩阵^力，选取行范数最大
的行坐标k，禾U用平行束投影方向与图像X轴之间的夹角关系^hl80。/C，可得 裂纹方向，其中々表示裂纹的方向角，是裂纹与X轴的夹角；
g. 确定裂纹区域左右边界根据步骤e所得的小波变换系数矩阵P^,和步骤
f所得的行坐标k，取投影方向k所在的行向量^，其中j,二l， 2…C,，在行向
量^^中寻找小波变换系数模最小值点所在的列坐标p，以p为界，将行向量K,
分成两个向量，即『&，其中j2=l， 2…p-l，和 3，其中J3二p+1， p+2…d，再 分别找出这两个向量中小波变换系数模极大值所在的列坐标q,、 q2，最后以;9为 方向角，分别通过(qiCOsP，q^inP )， (q2coSe， q2sin"得左右边界直线段 li、 12;
h. 确定裂纹区域上下边界采用步骤g所述的方法确定上下边界直线段13、 h的位置；
i. 由l,、 13、 12、 L围成的裂纹区域标记为F,，定义裂纹区域左右边界逼近 直线段为ls、 16，设定间距W,，在区域R内确定与直线段1J司距为W,的平行直
线段i/，计算由l山i/i4围成的矩形Mi的平均灰度H2，并在直线段ir右侧取
间距为Wi的平行直线段12'，计算由1/:Ul/l4围成的矩形M2的平均灰度H3，设 定阈值L，当lHrH3|〉 L时，12'即为裂纹区域左边界逼近直线段15，否则在直 线段V右侧取间距为Wi的平行直线段13'，确定矩形M3， M3的平均灰度为H4， 直至确定直线段ln'，矩形区域Mn，并且| Hn-Hn+l|〉T2， 1/即为裂纹区域左边界 逼近直线段15;采用与确定ls相同的方法，即设定间距W2，在区域F,内确定与
直线段12间距为W2的平行直线段1,''，计算由1213lZ'L围成的矩形(的平均
灰度H2'，在直线段1/'右侧取间距为Wi的平行直线段12"，计算由 14围成的矩形M/的平均灰度H3'，设定阈值L，当lH/-H/I〉 T2时，12''即为裂
纹区域左边界逼近直线段16，否则在直线段12"右侧取间距为W2的平行直线段
V '，确定矩形M3' ， M3'的平均灰度为H4'，直至确定直线段1 ''，矩形区域Mn'，并且l H '-Hn+r I〉 T2， 1 ''即为裂纹区域左边界逼近直线段16，可得到裂纹区域 右边界逼近直线段16;
j.与步骤i方法相同，在区域F,内确定上边界逼近直线段17和下边界逼近
直线段18，获得由直线段15171618围成的裂纹区域；
k.由直线段15171618围成的裂纹区域标记为F2，在区域F2内平行直线段17 确定直线段19，直线段19将区域F2二等分，对每等分区域重复步骤d至j，设 定阈值L，判断两个等分区域的裂纹区域面积之和与原区域裂纹区域面积之差 的模是否大于L，若是则将两个等分区域继续等分，否则停止分割该区域；
本步骤加上前述步骤(步骤d至j)的脊波变换，完成曲波变换，曲波变换 对弯裂纹能够有效，不漏检裂纹，测量精度高，区别于现有技术中脊波只能针 对直裂纹的特点；
1.计算步骤k中最后等分得到的区域内直线段ls以及直线段17的长度，计 算公式为
其中(;WO为直线段15起点坐标，(xjj为直线段ls终点坐标，k，;J为直线段ls
上任取的点坐标，(v,;v,)为直线段ls上与h，^相邻的点坐标，得到直线段15
长度为S,;采用相同方法，计算直线段17长度52;根据区域F2，以S,为行数、S2 为列数，建立矩阵0"，其中ifl，2，…S， i5代表区域&的行；jfl，2，…&, J5代表区域F2的列；
m.根据步骤l所得的矩阵QA，依次沿行向量进行搜索，记录行向量的列的
最大值的位置，作为裂纹骨架的位置；
n.设定梯度算子阈值L，对矩阵0,^每行，以裂纹骨架的位置为界将其分成
两部分，对每个部分，以裂纹骨架的位置点为起点，沿行向量的左方向采用梯 度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T4的位置，得到裂纹的左边缘位置，沿行向量的右方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T4的位置，得到裂纹 的右边缘位置；
o.根据步骤n所得的裂纹左边缘位置和右边缘位置采用多项式拟合得到连 续的裂纹边缘，得到裂纹区域F3;
P.根据步骤m所得的裂纹骨架，计算裂纹长度，裂纹长度计算公式为
其中(;c^J为裂纹骨架起点坐标，(&，;g为裂纹骨架终点坐标，k，;J为裂纹骨架任
取的点坐标，(^, )为裂纹骨架上与(;^)相邻的点坐标，S3为裂纹长度；
q.根据步骤0所得的裂纹区域F3，采用统计裂纹区域内总像素个数的方法 得到裂纹面积；
r.根据步骤p所得的裂纹长度和步骤q所得的裂纹面积，按公式W2=A/ S3 计算裂纹宽度，其中A为裂纹面积，S3为裂纹长度，W2为裂纹宽度；
s.重复步骤l至r，计算出最后各等分区域内裂纹的长度和宽度，对最后各 等分区域内裂纹的长度进行累加得到裂纹总长，对最后各等分区域内裂纹采用 加权平均的方法，得到裂纹总的平均宽度，其中加权是以各区域裂纹长度占裂 纹总长的比例为权；
t.通过夹具调整涡轮叶片与射线扇束之间的夹角增量Aa ，也就是调整涡轮 叶片的倾斜角度，重复步骤b至s，综合比较涡轮叶片不同角度在旋转台旋转一 周扫描所获得的裂纹长度和宽度，比较旋转台不同角度旋转一周所测得的裂纹 长度和宽度，取其最大值为最后测得的裂纹长度和宽度；通过改变叶片往外倾 角，对X射线面垂直的裂纹提取效果明显。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的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 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种涡轮叶片CT检测装置，包括工作台(1)、射线发生装置(12)、数据采集装置(13)和控制及图像处理系统(14)，所述射线发生装置(12)和数据采集装置(13)与控制及图像处理系统(14)相连，其特征在于还包括开合式旋转夹具，所述开合式旋转夹具包括旋转台(2)、旋转台驱动装置(17)、拉杆(8)、拉杆驱动装置和分布在拉杆周围的至少一个摆杆(6)以及夹持体(3)，所述旋转台(2)转动配合设置在工作台(1)上，可由旋转台驱动装置(17)驱动相对工作台(1)转动；所述夹持体(3)用于夹持待检涡轮叶片(4)，夹持体(3)可相对于旋转台(2)绕一圆心(5)径向摆动；所述拉杆(8)可由拉杆驱动装置驱动沿轴向往复运动；所述摆杆(6)一端间隙配合穿过夹持体(3)，另一端与拉杆(8)铰接构成平面摇杆机构；所述射线发生装置(12)和数据采集装置(13)与工作台(1)相对固定设置在旋转台径向相对两侧。
2. 根据权利要求1所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于所述夹持体 包括U形块(31)、夹紧弹簧(33)和夹紧杆(32)，所述夹紧杆(32)间隙配 合穿过U形块(31) —侧边，端部设置环形凸台，夹紧弹簧(33)套在夹紧杆(32)上一端靠在夹紧杆(32)穿过U形块(31)的侧边内侧，另一端紧靠环 形凸台并对其施加预紧力，使待检涡轮叶片(4 )夹在环形凸台端部和U形块(31) 另一侧边之间。
3. 根据权利要求2所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于所述拉杆驱 动装置为气压或液压驱动装置，包括缸体(16)和活塞(15)，所述拉杆(8) 与活塞(15)以轴向固定圆周方向可转动的方式配合。
4. 根据权利要求3所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于所述旋转台 (2)上固定设置基座(11)，所述夹持体(3)通过销轴结构铰接在基座(11)上，可相对于旋转台(2)径向摆动。
5. 根据权利要求4所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于所述拉杆(8) 与活塞(15)之间通过一个推力轴承(9)和一个角接触轴承(10)以轴向固定 圆周方向可转动的方式配合。
6. 根据权利要求5所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于所述夹紧杆 (32)上固定设置有手柄(34)，所述手柄设置在U形块(31)外侧。
7. 根据权利要求6所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于所述数据采 集装置(13)为圆弧形线阵探测器，所述工作台(1)位于圆弧形线阵探测器的
8. 根据权利要求7所述的涡轮叶片CT检测装置，其特征在于所述旋转台 驱动装置(17)为伺服电机。
9. 一种利用权利要求1所述的涡轮叶片CT检测装置检测涡轮叶片的方法，其特征在于包括以下步骤a. 装夹待检测涡轮叶片，启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像 处理系统；b. 射线发生装置扇形束扫描待检测涡轮叶片，旋转台旋转一周，得到扇形 束所对截面的投影数据，并存入计算机；c. 根据步骤b所得的灰度投影数据通过滤波反向投影法重建待检测涡轮叶 片的CT图像fij，其中i二l， 2…，B， i代表图像的行坐标，B代表图像的行数， j=l， 2…，C， j代表图像的列坐标，C代表图像的列数；d. 根据步骤c所得的图象fij进行模拟平行束投影变换，变换公式为 !7"0卜J]/Oc，力5Occ。s0 + ysii^-f)血办，得到一个投影数据矩阵i ,.,.，其中t表示动坐标，e表示平行束与x轴的夹角，x表示图象fij的横坐标，y表示图象fij的 纵坐标，t/(/")表示沿动坐标t，角度0的一条射线束上/(x，力之积分，i'=l， 2…， B， i'代表矩阵的行坐标，在此表示第i'个投影方向，及,Y表示第i'方向上的第 j'个投影数据，Q表示模拟平行束投影变换之前图像的范围；e. 根据步骤d所得的投影数据矩阵《7,对每行进行高斯小波变换，计算式为<formula>formula see original document page 4</formula>其中t为投影数据矩阵/ 。.的元素，5为标准差，T")为小波系数，得到小波变 换系数矩阵^力，其中ifl， 2…，h代表系数矩阵的行坐标，B,代表系数矩 阵的行数，JFl， 2…，C,，丄代表系数矩阵的列坐标，d代表系数矩阵的列数；f. 根据步骤e所得的小波变换系数矩阵^,，选取行范数最大的行坐标k，利用平行束投影方向与图像X轴之间的夹角关系》4xl80。/C，可得裂纹方向，其 中/J表示裂纹的方向角，是裂纹与X轴的夹角；g. 根据步骤e所得的小波变换系数矩阵^,和步骤f所得的行坐标k，取投 影方向k所在的行向量^,，其中j,-l， 2…d，在行向量^,中寻找小波变换系 数模最小值点所在的列坐标P，以p为界，将行向量^,分成两个向量，即^2， 其中j产l， 2…p-1，和『&，其中J3，+1， p+2…d，再分别找出这两个向量中小波变换系数模极大值所在的列坐标q卜q2，最后以/ 为方向角，分别通过(q《os P,qlSinP)， (q2cosP， q2sin P )得左右边界直线段l,、 12;h. 采用步骤g所述的方法确定上下边界直线段l3、 14的位置；i. 由l,、 13、 12、 14围成的裂纹区域标记为F"定义裂纹区域左右边界逼近 直线段为1" 16，设定间距W,，在区域F,内确定与直线段L间距为W,的平行直线段i/，计算由1,l山'i4围成的矩形^的平均灰度H2，并在直线段ir右侧取间距为Wt的平行直线段1/，计算由1Zl3l/l4围成的矩形M2的平均灰度H3，设 定阈值T2，当iH2-H3！〉 L时，V即为裂纹区域左边界逼近直线段15，否则在直 线段1/右侧取间距为\^的平行直线段13'，确定矩形M3， M3的平均灰度为H4，直至确定直线段L'，矩形区域Mn,并且| Hn-Hn+t|>T2， ln'即为裂纹区域左边界逼近直线段15;采用与确定15相同的方法可得到裂纹区域右边界逼近直线段16;j.与步骤i方法相同，在区域？1内确定上边界逼近直线段17和下边界逼近直线段18，获得由直线段15171618围成的裂纹区域；k.由直线段1山1618围成的裂纹区域标记为F2，在区域F2内平行直线段17 确定直线段19，直线段19将区域F2二等分，对每等分区域重复步骤d至j，设 定阈值T3，判断两个等分区域的裂纹区域面积之和与原区域裂纹区域面积之差 的模是否大于L，若是则将两个等分区域继续等分，否则停止分割该区域；l.计算步骤k中最后等分得到的区域内直线段15以及直线段17的长度，计 算公式为其中(;Wi)为直线段ls起点坐标，(&，;g为直线段h终点坐标，h,;J为直线段15 上任取的点坐标，(3^v,)为直线段ls上与(;^)相邻的点坐标，得到直线段15 长度为S,;采用相同方法，计算直线段17长度&;根据区域F2，以5;为行数、& 为列数，建立矩阵O,仏，其中is二l，2，…S， is代表区域F2的行；j5=l,2,…&， js代表区域F2的列；m.根据步骤1所得的矩阵0,5;5，依次沿行向量进行搜索，记录行向量的列的最大值的位置，作为裂纹骨架的位置；n.设定梯度算子阈值L，对矩阵C^每行，以裂纹骨架的位置为界将其分成两部分，对每个部分，以裂纹骨架的位置点为起点，沿行向量的左方向采用梯 度算子进行搜索，记录梯度超过阈值L的位置，得到裂纹的左边缘位置，沿行 向量的右方向采用梯度算子进行搜索，记录梯度超过阈值T4的位置，得到裂纹 的右边缘位置；o.根据步骤n所得的裂纹左边缘位置和右边缘位置采用多项式拟合得到连 续的裂纹边缘，得到裂纹区域F3;P.根据步骤m所得的裂纹骨架，计算裂纹长度，裂纹长度计算公式为<formula>formula see original document page 5</formula>其中k，A)为裂纹骨架起点坐标，(x^J为裂纹骨架终点坐标，(;^)为裂纹骨架任取的点坐标，k+,，^)为裂纹骨架上与h,^相邻的点坐标，S3为裂纹长度。
10.根据权利要求9所述的检测涡轮叶片的方法，其特征在于还包括以 下步骤q.根据步骤O所得的裂纹区域F3，采用统计裂纹区域内总像素个数的方法 得到裂纹面积；r.根据步骤p所得的裂纹长度和步骤q所得的裂纹面积，按公式W2=A/ S3 计算裂纹宽度，其中A为裂纹面积，S3为裂纹长度，W2为裂纹宽度；s.重复步骤l至r，计算出最后各等分区域内裂纹的长度和宽度，对最后各 等分区域内裂纹的长度进行累加得到裂纹总长，对最后各等分区域内裂纹采用 加权平均的方法，得到裂纹总的平均宽度，其中加权是以各区域裂纹长度占裂 纹总长的比例为权；t.通过夹具调整涡轮叶片与射线扇束之间的夹角增量Aa ，重复步骤b至s， 综合比较涡轮叶片不同角度在旋转台旋转一周扫描所获得的裂纹长度和宽度， 比较旋转台不同角度旋转一周所测得的裂纹长度和宽度，取其最大值为最后测 得的裂纹长度和宽度。
全文摘要
本发明公开了一种涡轮叶片CT检测装置及其检测方法，采用在扇束工业CT装置基础上设置开合夹具结构，将叶片固定在夹具上进行扫描可以实现同时对多个叶片进行扫描，可以通过调整叶片在夹具上的倾斜角，使与扫描扇面垂直的裂纹将不再与扫描扇面垂直，能抑制CT图像中点状噪声对测量结果的影响，对与X射线面垂直的裂纹提取结果准确，不漏检裂纹，测量精度高；采用多尺度曲波变换法提取裂纹区域的方案，利用曲波的特性，能够适应裂纹的形状变化，能根据裂纹的形状分离裂纹区域，从而精确地测量裂纹。
文档编号G01N23/04GK101435784SQ20081023286
公开日2009年5月20日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者悦秀娟, 理 曾, 李林升 申请人:重庆大学