用于检查由单晶金属制成的铸造部件上的表面缺陷的方法以及用于实施该方法的系统与流程

本发明涉及一种用于检查单晶金属铸造零件的表面状况的方法，该零件的表面易于包括由于单晶金属的至少一个晶格的定向上的不均匀性而导致的缺陷。本发明还涉及一种用于实施这种检查方法的系统。本发明发现在单晶金属或合金铸造零件的领域中，并且特别地在用于航空学的金属或金属合金铸造零件的制造领域中的应用。

背景技术：

1、铸造使得有可能制造复杂的金属零件，并且特别地航空零件，如高压发动机涡轮叶片。可以由单晶金属或合金制造铸造零件。然后，这些单晶金属或合金零件应该由具有均匀定向的晶格构成。换句话说，对于零件中的所有或至少非常大多数的晶格而言，晶格的定向应该是相同的。

2、在航空学中，检查每个单晶金属或合金铸造零件的表面状况，以便检查在该零件的整个表面上的晶体定向是均匀的。实际上，当零件的晶格具有不同定向时，可能发展裂纹或其他缺陷，尤其是在晶格的接合处，从而对零件造成严重损坏。为了避免这种损坏，检查每个航空零件，并且检测晶粒接合部的存在，即，具有不同定向的两个晶格之间的边界。确定晶体定向上的不均匀性水平，即，具有不同定向的晶格的数量。如果该水平超过预定义的可接受阈值，则零件被丢弃。

3、冶金学中用于检查零件在晶体定向中的表面状况的参考技术使用电子背散射衍射(ebsd或者背散射菊池(kikuchi)衍射(bkd)方法)。该方法不仅实施非常昂贵的仪器，而且涉及测量样品的主要制备，测量样品必须是平面的和抛光的。此外，通过扫描进行分析的表面积相对较小(在1mm2或cm2的量级)，并且通过扫描电子束的测量是耗时的，并且与生产零件的快速分类不相容。

4、最近已经实施了其他光学方法，如brdf(双向反射率分布函数)检查。brdf检查是通过扩展先前由操作员用肉眼执行的检查的经验性的经验而使用的方法。这种方法基于以下事实：在零件上进行化学蚀刻之后，凭借所述零件的反射率的变化，不同晶粒的存在，在零件的表面上视觉地产生发光对比度的变化。先前，操作者将用肉眼寻找零件的表面上的发光对比度的这些变化。为此，他以不同的角度倾斜该零件，以看到零件的表面上的反射率的差异。即使对于训练有素的和有经验的操作者来说，这些检查操作也是精巧的，并且要求检查者的高度集中，因为操作者的任何疏忽都可能导致关键决策，无论是接受其状况未达到可接受阈值的零件，还是丢弃可接受零件。与经验性方法相比，brdf检查通过实施光学检查台来测量零件的反射函数，并从其推导出其晶体定向的几何形状，而便于操作者的工作。需要照明和测量仪器的受控的角位移，如在论文“通过定向反射显微镜从蚀刻表面测量晶体定向(measuring crystal orientation from etched surfaces via directionalreflection microscopy)”，wang xiaogang,j mater sci(2020)55：11669-11678中以及“晶体材料中晶粒定向的光学表征(optical characterization of grain orientationin crystalline materials)，bernard gaskey，in acta materialia194(2020)558-564”中所描述的。

5、基于背散射电子衍射方法(如ebsd)检查零件的表面状况的技术难以集成在生产线上和用于复杂的机械零件。光学技术具有提供用于在复杂环境中的测量和用于非破坏性检查的更多通用性的优点，但是它们不适用于工业环境。

6、因此，需要一种改进的自动检查方法和装置，用于帮助操作者检查单晶金属或合金零件的表面状况的他们的任务。

技术实现思路

1、为了解决以上讨论的问题，并且帮助操作者检查铸造零件的表面状况，本技术人提供了一种基于对由零件的表面所反射的光的偏振的不同定向所制作的一系列图像的分析，用于检查单晶金属或合金零件的表面状况的方法和系统，。

2、根据第一方面，本发明涉及一种用于检查单晶金属铸造零件的表面状况的方法，该零件的表面包括由单晶金属的至少一个晶格的定向上的不均匀性引起的可能的缺陷，所述方法包括：

3、-通过图像采集装置，采集借助于偏振的、准直的照明装置照亮的铸造零件的一系列图像，并且然后

4、-通过图像处理装置，分析一系列图像，该分析包括以下操作：

5、-对于所述图像采集装置的每个像素，确定与一系列图像中的每个图像中的相同像素的强度变化对应的强度向量，

6、-确定一系列图像中每个图像的所有像素的平均强度，并且提取一系列图像的总体强度变化规律，

7、-确定每个晶格特有的单个强度变化规律，以及

8、-确定属于相同晶格的像素，

9、以不同的偏振角制作一系列图像中的每个图像。

10、在这种方法中使用的偏振照明使得有可能增强零件的表面上的反射率对比度。此外，对在不同偏振角度下制作的一系列图像的分析使得可以生成用于突出不同晶粒的部件的图像。这种方法具有易于自动化的另外的优点。

11、应当理解，说明书和权利要求书中使用的表述“单晶金属”包括所有的单晶类型的金属和合金。通过根据本发明的方法和/或系统有待检查的铸造零件是单晶金属或单晶合金铸造零件，其晶格应该具有均匀的定向。

12、说明书和权利要求中使用的术语“晶粒”或“定向混乱的晶格”或“具有不同定向的晶格”具有相同的含义，晶粒是其定向不符合预期定向的晶格。因此，晶粒接合部是不同定向的两个晶格之间的边界。

13、除了以上段落中刚刚讨论的特征之外，根据本发明的一个方面的检查方法可以具有单独地或根据任何技术上可能的组合考虑的以下各项中的一个或多个另外的特征：

14、-通过旋转图像采集装置的偏振轴线，修改偏振角；

15、-通过匹配具有同样的强度变化的像素，获得用于确定属于相同晶格的像素的操作。

16、-通过根据总体强度变化规律对每个像素的强度进行归一化，获得用于确定单个强度变化规律的操作。

17、-照明装置产生非相干的、线偏振的光束。

18、-方法包括对铸造零件进行化学蚀刻，以便在铸造零件的表面上展现晶体的先前操作。

19、本发明的第二方面涉及一种用于实施以上定义的检查方法的系统，该系统包括：

20、-偏振的、准直的照明装置，

21、-图像采集装置，以及

22、-图像处理装置。

23、固定照明装置和固定相机的组合使得可以简单地通过在相机前方旋转起偏振器，突出零件表面上的反射率的差异，而无需零件和照明的任何相对移动，并且没有针对弯曲零件的阴影或景深的任何问题。

24、根据本发明的第二方面的这个检查系统可以具有单独地或根据所有技术上可能的组合考虑的以下各项中的一个或多个补充特征：

25、-照明装置包括非相干光源，该非相干光源耦合至第一线性起偏振器和准直光学器件。

26、-图像采集装置包括耦合至第二旋转地可移动的起偏振器的固定相机，系列图像中的每个图像对应于第二起偏振器的偏振轴线的不同设置。

27、-图像处理装置包括图像显示装置，所述图像显示装置显示具有定向混乱的晶格的标记的铸造零件的至少一个图像。