一种基于工业ct检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法
【专利摘要】一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，(1)使用工业CT检测方法对被检测环路热管蒸发器进行断层扫描，得到环路热管蒸发器的二维断层扫描图像序列；(2)根据二维断层扫描图像序列，测量出环路热管蒸发器装配间隙；(3)对得到的二维断层扫描图像序列进行垂直度校准，消除断层图像之间的位置误差；(4)对经过垂直度校准的二维断层扫描图像序列进行三维重建，获得环路热管蒸发器的三维重构模型体；(5)在三维重构模型体上确定关注区域，对关注区域模型体沿环路热管直径方向上的圆柱面即过盈配合装配面展开，得到二维展开图；(6)在得到的二维展开图上，进行未贴合面积统计及贴合率的计算，进而对环路热管蒸发器的装配质量进行评价。
【专利说明】—种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业CT无损检测技术，特别是一种用于环路热管蒸发器装配质量的无损评价方法。
【背景技术】
[0002]环路热管(Loop Heat Pipe，简称LHP)，是一种新型的依靠工质汽化时汽液界面的毛细力来驱动两相流体循环的传热工具。具有传热功率大，传输距离远，反重力能力强，管线易弯折等特点，用于卫星南北板热耦合，比用槽道热管重量轻、体积小，安装方便，也避免了三维槽道热管网络地面热试验姿态难以选择的缺点。
[0003]在环路热管的研制过程中，作为环路热管的核心部件的蒸发器的装配质量直接影响环路热管的热交换效率。环路热管蒸发器为不锈钢外套管与镍基多孔粉末冶金毛细芯组成的复杂结构装配体，外套管加工有内螺纹，毛细芯外部沿轴向加工有槽道，二者以过盈配合形式进行精密装配，其接触面为线面贴合，且呈螺旋状空间分布，现有常规无损检测手段无法实现装配精度测量和未贴合面积的计算。因此环路热管蒸发器装配质量的检测与评价成为一项技术难题。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题是:克服了现有常规无损检测手段无法实现环路热管蒸发器装配精度测量和未贴合面积计算的难题，提供了一种检测精度高、操作简便、通用性强的基于工业CT的无损评价方法。
[0005]本发明的技术解决方案是:一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，步骤如下:
[0006](I)使用工业CT检测方法对被检测环路热管蒸发器进行断层扫描，得到环路热管蒸发器的二维断层扫描图像序列；
[0007](2)根据得到的二维断层扫描图像序列，测量出环路热管蒸发器装配间隙；
[0008](3)对得到的二维断层扫描图像序列进行垂直度校准，消除断层图像之间的位置误差即中心偏离误差；
[0009](4)对经过垂直度校准的二维断层扫描图像序列进行三维重建，获得环路热管蒸发器的三维重构模型体；
[0010](5)在三维重构模型体上确定关注区域，对关注区域模型体沿环路热管直径方向上的圆柱面即过盈配合装配面展开，得到二维展开图；
[0011](6)在得到的二维展开图上，进行未贴合面积统计及贴合率的计算，进而对环路热管蒸发器的装配质量进行评价。
[0012]所述步骤(I)中的工业CT检测方法中参数经过检测灵敏度验证后确定。
[0013]所述工业CT检测方法中参数确定步骤如下:
[0014](1.1)设计环路热管蒸发器工业CT检测专用灵敏度试件，该灵敏度试件结构与环路热管蒸发器结构一致，主体为镍基多孔粉末冶金毛细芯与不锈钢套管过盈配合结构，在镍基多孔粉末冶金毛细芯芯体上加工渐变的梢度，以便在固定的位置获得固定的装配间隙；
[0015](1.2)调整工业CT检测方法中的参数，对灵敏度试件进行断层扫描，直至得到二维断层扫描图像中清楚的显示间隙，确定间隙数值，确定其中最小间隙对应的位置；
[0016](1.3)根据上述确定的位置反推其在镍基多孔粉末冶金毛细芯芯体上的位置，进而得到理论间隙；
[0017](1.4)将实测的间隙数值与理论间隙值进行比较，获得间隙测量误差；
[0018](1.5)若间隙测量误差〈5%，满足检测要求，则将当前参数作为最终的工业CT检测方法参数，若不满足，则从(1.2)开始重新执行。
[0019]所述步骤(1.2)中的最小间隙对应的位置为断层扫描图像中CT值曲线中拐点位置。
[0020]通过对所述CT值曲线的拐点位置进行局部放大，计算获得可检测的最小装配间隙数值。
[0021]所述步骤(3)中的垂直度校准利用环路热管蒸发器毛细芯芯体中心孔进行特征匹配。
[0022]所述步骤(I)中的工业CT检测方法中使用参数通过可检测最小未贴合面积进一步验证其可行性，其验证步骤如下:
[0023]第一步，利用步骤(1.5)中确定的参数对步骤(1.1)中专用灵敏度试件进行断层扫描，得到试件的二维的断层扫描图像序列；
[0024]第二步，对得到的二维断层扫描图像序列进行三维重建，获得三维重构模型体，对三维重构模型体沿环路热管直径方向上的圆柱面即过盈配合装配面展开，得到二维展开图；
[0025]第三步，对得到的二维展开图进行分析，将镍基多孔粉末冶金毛细芯外部部分轴向槽道作为测量区域，计算可检测的最小未贴合面积，通过该面积判断是否满足可检出单个未贴合区域面积的设计要求。
[0026]本发明与现有技术相比有益效果为:
[0027](I)本评价方法以CT检测理论为依据，解决了环路热管蒸发器在最终产品试验前，其装配质量无法通过无损方法进行检测的难题，通过增加产品质量过程控制环节的方法有效降低了最终广品废品率，大大提闻了生广效率。
[0028](2)本评价方法实现了从环路热管蒸发器二维断层扫描图像序列获得三维数据，并沿环路热管直径方向上的圆柱面(过盈配合装配面)进行展开，成功的将环路热管蒸发器装配质量这一三维空间的线面贴合的检测难题转化为二维平面内的图像识别与拟合问题，使环路热管蒸发器装配质量的无损检测难题得以解决。
[0029](3)本评价方法中设计了专用的检测灵敏度试件和验证方法，使得采用本方法进行检测的准确性得到充分验证。实际验证结果表明，可检测的最小未贴合面积和最小装配间隙远远优于设计要求。将以往无法检测的难题以检测灵敏度可以量化的检测评价方法给予解决，是本发明方法的关键技术之一。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为展开表面的未贴合缺陷统计和分析示意图；
[0031]图2为环路热管蒸发器装配精度灵敏度试件示意图；
[0032]图3为环路热管蒸发器装配质量CT检测方法数据处理的流程图；
[0033]图4为环路热管蒸发器工业CT检测CT值分析图；
[0034]图5为环路热管蒸发器工业CT检测CT值曲线局部放大图；
[0035]图6为环路热管蒸发器二维断层扫描图像经三维重建后沿装配面的二维展开视图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图及实施例对本发明做详细说明。本发明一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，所涉及数据处理的流程如图3所示，步骤如下:
[0037](I)设计专用的环路热管蒸发器灵敏度验证试件，对工业CT检测方法的灵敏度进行验证；具体参见下述的参数校准步骤。
[0038]设计检测灵敏度试件，如图2所示，该灵敏度试件结构与环路热管蒸发器结构一致，主体为镍基多孔粉末冶金毛细芯(简称芯体)与不锈钢套管(简称外套管)过盈配合结构，在镍基多孔粉末冶金毛细芯芯体上加工渐变的梢度，芯体与外套管过盈装配后，即可在固定位置形成固定的装配间隙(该装配间隙可根据镍基多孔粉末冶金毛细芯单位长度上加工的梢度由理论计算得出，图2示例中给出的是在毛细芯200mm范围内加工了 O-1mm梢度的示意图，实际使用中，可根据待检产品的检测精度要求，在试件单位长度上加工不同的梢度，以便在固定位置获得固定的装配间隙，用于检测灵敏度的验证)。
[0039](2)使用工业CT检测方法对被检测环路热管蒸发器进行断层扫描，得到环路热管蒸发器的二维的断层扫描图像序列；
[0040]二维断层扫描结果保存时应采用TIF格式，保证在分析、处理检测图像时可无损地还原出环路热管蒸发器工业CT检测的CT值等关键信息，提高计算准确性。断层扫描的视场宽度、切片厚度、扫描间距等信息可从图像文件中读取出来，个别图像格式的文件读取视场参数可能存在偏差，此时应根据实际的检测参数进行设置，确保分析、计算结果的准确。导入的二维断层扫描图像序列必须是在相同的检测条件下经扫描获得的，避免由于位置或者CT值偏差带来的影响。
[0041](3)根据得到的二维断层扫描图像序列，测量出环路热管蒸发器装配间隙；
[0042]断层扫描图像的CT值分布测量结果如图4所示，左侧拐点处即为装配间隙，对其进行放大处理(如图5所示)，可以发现此处有5个象素点。间隙测量结果=5个像素X32.36mm/2048像素=0.079mm(获得图4、图5断层扫描图像的检测参数设置为:扫描视场范围Φ32.36mm,图像尺寸为2048像素X2048像素)，即通过本方法可以识别此处0.079mm的最小装配间隙，满足可测量0.09mm装配间隙的设计要求。
[0043](4)得到的二维断层扫描图像会存在位置误差(中心偏离误差)，需进行垂直度校准，消除断层图像之间的位置误差；
[0044]环路热管蒸发器进行工业CT检测时应采用适当的夹具使得关注区域(ROI)与CT切片方向垂直，放置时发生的倾斜将影响三维重构模型体的重建，因此在获得二维断层扫描图像后，必须进行垂直度校准，即利用环路热管蒸发器毛细芯芯体中心孔进行特征匹配，通过垂直度校准消除由于环路热管蒸发器检测时管体与转台不垂直等原因造成的断层图像之间的位置误差。
[0045]ROI垂直度校准量单位为向量，利用基于底层和顶层的ROI中心点的坐标进行线性校准。该垂直度的校准只校准工件的摆放倾斜或者内部关注区域倾斜，不影响工件本身的直线度，且垂直度校准只对展开图像有作用，原始数据图像显示不受垂直度校准影响。
[0046](5)对经过垂直度校准的二维断层扫描图像序列进行平滑和插值处理，获得环路热管蒸发器的三维重构模型体；
[0047]三维重构模型体在二维断层扫描图像序列基础上，在Z向上按需插值得到。Z向进行插值时可采用B样条插值算法(如果工件关注区域结构复杂、变化较大时，应适当增加CT切片数量以减少插值带来的误差)。
[0048](6)在三维重构模型体上确定关注区域，对关注区域模型体沿环路热管直径方向上的圆柱面(即过盈配合装配面)展开，得到二维展开图；
[0049]重构出三维模型后，采用圆环模型将ROI中的CT数据提取出来，并按照圆柱面展开为矩形图像，得到二维展开图。
[0050]由于仅ROI内的数据参与展开图计算和贴合率计算，为保证所有需要参与运算的数据均包含在ROI内，因此需设置合理的ROI参数。ROI设置(直径、厚度、中心位置)应根据待检工件的实际状况进行，针对环路热管蒸发器，ROI直径设置为外套管的内直径，ROI厚度设置应能覆盖所有装配间隙区域，中心点的单位为像素，可手动进行调整和自动进行捕捉。
[0051](7)在得到的二维展开图上，进行未贴合面积统计及贴合率的计算，进而对环路热管蒸发器的装配质量进行评价；
[0052]贴合率计算需要设置检测参数，包括空白CT值、缺陷CT值、基体CT值、分界系数。贴合率计算时，如果展开图像中点的CT值小于(缺陷CT值+基体CT值)X分界系数，则该点为未贴合点，常规分析一般将分界系数设置为0.5，这些参数的确定对贴合率计算结果影响很大，所以必须采用灵敏度试件进行校准，提高计算结果的准确性。
[0053]参数校准步骤如下:
[0054](1.1)设计环路热管蒸发器工业CT检测专用灵敏度试件，该灵敏度试件结构与环路热管蒸发器结构一致，主体为镍基多孔粉末冶金毛细芯与不锈钢套管过盈配合结构，在镍基多孔粉末冶金毛细芯芯体上加工渐变的梢度，以便在固定的位置获得固定的装配间隙；
[0055](1.2)调整工业CT检测方法中的参数，对灵敏度试件进行断层扫描，直至得到二维断层扫描图像中清楚的显示间隙，测量间隙数值；确定其中最小间隙对应的位置；
[0056]断层图像中CT值曲线中拐点位置即为装配间隙所在位置，对得到的二维断层扫描图像CT值曲线的拐点位置进行局部放大，通过分析、计算获得可检测的最小装配间隙数值。
[0057](1.3)根据上述确定的位置反推其在镍基多孔粉末冶金毛细芯芯体上的位置，进而得到理论间隙；
[0058](1.4)将实测的间隙数值与理论值进行比较，获得间隙测量误差；确定其中最小间隙对应的位置；
[0059](1.5)若间隙测量误差〈5%，满足检测要求，则将当前参数作为最终的工业CT检测方法参数，若不满足，则从(1.2)开始重新执行。
[0060]上述工业CT检测方法、检测参数通过最小可检测未贴合面积进一步验证其可行性，例如:装配后的单个未贴合区域的检测要求为:可检测未贴合区域面积小于10_2。
[0061 ] 为了保证单个未贴合缺陷的检出，必须保证本评价方法可检出的环路热管蒸发器装配单个未贴合缺陷面积小于10_2，并需要对被评价方法可检出的最小未贴合面积进行验证。在验证中，需要制作一个可定量获得的、未贴合面积小于1mm2的标准伤。环路热管蒸发器的典型结构是不锈钢外套管与镍基多孔粉末冶金毛细芯组成的复杂结构装配体，夕卜套管加工有内螺纹，毛细芯外部沿轴向加工有槽道，其槽道的宽度为1mm，槽道尺寸精度由热等静压模具保证并可在装配前精确测量，尺寸精度极高。为验证本评价方法可检测环路热管蒸发器的最小未贴合面积，选取环路热管蒸发器毛细芯上槽道与外套管间的空隙为研究对象模拟未贴合缺陷，通过测量值与理论值的比对，进行最小未贴合面积检测能力的验证。
[0062]根据灵敏度校准过程确定的最优化检测参数对工业CT进行设置，扫描范围为产品待检区域，并选用连续断层扫描后获得的多幅数据序列，经三维重建后沿环路热管直径方向上的圆柱面(过盈配合装配面)进行展开(如图1所示)，选取展开面上热管蒸发器的槽道与外套管间的空隙形成的影像进行测量，并与槽道实际值进行对比，验证最小可检测区域的面积。图6为45张环路热管蒸发器连续断层扫描图像经三维重建后沿装配面的二维展开图，图中槽道处可视为未贴合区，其宽度为1mm，高度为11.25mm(共选取45幅连续断层扫描图像，扫描切片厚度0.25mm，扫描间距0.25mm)。取槽道一半作为测量区域，则可检测未贴合面积不大于5.625mm2，满足可检出单个未贴合区域面积小于1mm2的设计要求。
[0063](8)建立环路热管蒸发器装配质量评价专用数据库，实现检测结果自动评判、存储、快速查询、打印等功能。
[0064]本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
【权利要求】
1.一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，其特征在于步骤如下: (1)使用工业CT检测方法对被检测环路热管蒸发器进行断层扫描，得到环路热管蒸发器的二维断层扫描图像序列； (2)根据得到的二维断层扫描图像序列，测量出环路热管蒸发器装配间隙； (3)对得到的二维断层扫描图像序列进行垂直度校准，消除断层图像之间的位置误差即中心偏离误差； (4)对经过垂直度校准的二维断层扫描图像序列进行三维重建，获得环路热管蒸发器的三维重构模型体； (5)在三维重构模型体上确定关注区域，对关注区域模型体沿环路热管直径方向上的圆柱面即过盈配合装配面展开，得到二维展开图； (6)在得到的二维展开图上，进行未贴合面积统计及贴合率的计算，进而对环路热管蒸发器的装配质量进行评价。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，其特征在于:所述步骤(I)中的工业CT检测方法中参数经过检测灵敏度验证后确定。
3.根据权利要求2所述的一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，其特征在于:所述工业CT检测方法中参数确定步骤如下: (1.1)设计环路热管蒸发器工业CT检测专用灵敏度试件，该灵敏度试件结构与环路热管蒸发器结构一致，主体为镍基多孔粉末冶金毛细芯与不锈钢套管过盈配合结构，在镍基多孔粉末冶金毛细芯芯体上加工渐变的梢度，以便在固定的位置获得固定的装配间隙； (1.2)调整工业CT检测方法中的参数，对灵敏度试件进行断层扫描，直至得到二维断层扫描图像中清楚的显示间隙，确定间隙数值，确定其中最小间隙对应的位置； (1.3)根据上述确定的位置反推其在镍基多孔粉末冶金毛细芯芯体上的位置，进而得到理论间隙； (1.4)将实测的间隙数值与理论间隙值进行比较，获得间隙测量误差； (1.5)若间隙测量误差〈5%，满足检测要求，则将当前参数作为最终的工业CT检测方法参数，若不满足，则从(1.2)开始重新执行。
4.根据权利要求3所述的一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，其特征在于:所述步骤(1.2)中的最小间隙对应的位置为断层扫描图像中CT值曲线中拐点位置。
5.根据权利要求4所述的一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，其特征在于:通过对所述CT值曲线的拐点位置进行局部放大，计算获得可检测的最小装配间隙数值。
6.根据权利要求1所述的一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，其特征在于:所述步骤(3)中的垂直度校准利用环路热管蒸发器毛细芯芯体中心孔进行特征匹配。
7.根据权利要求1所述的一种基于工业CT检测的环路热管蒸发器装配质量评价方法，其特征在于:所述步骤(I)中的工业CT检测方法中使用参数通过可检测最小未贴合面积进一步验证其可行性，其验证步骤如下: 第一步，利用步骤(1.5)中确定的参数对步骤(1.1)中专用灵敏度试件进行断层扫描，得到试件的二维的断层扫描图像序列； 第二步，对得到的二维断层扫描图像序列进行三维重建，获得三维重构模型体，对三维重构模型体沿环路热管直径方向上的圆柱面即过盈配合装配面展开，得到二维展开图；第三步，对得到的二维展开图进行分析，将镍基多孔粉末冶金毛细芯外部部分轴向槽道作为测量区域，计算可检测的最小未贴合面积，通过该面积判断是否满足可检出单个未贴合区域面积的设计要求。
【文档编号】G06T17/00GK104376587SQ201410601685
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】杨耀东, 孙利, 刘娇文, 高小松 申请人:北京卫星制造厂