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原文传递涡轮叶片缺陷的红外热波双目立体成像检测系统及方法

专利名称：	涡轮叶片缺陷的红外热波双目立体成像检测系统及方法
摘要：	本发明属于无损检测技术领域，具体涉及涡轮叶片缺陷的红外热波双目立体成像检测系统及方法。包括红外双目成像组件、半导体激光器、功率放大器、信号发生器、处理单元；在所述红外双目成像组件内安装扩束镜、以及左侧红外热像仪和右侧红外热像仪两台红外热像仪。本发明所述系统利用红外热波成像与双目视觉技术对涡轮叶片复杂曲面的缺陷损伤进行检测，通过将红外热波成像检测获得的缺陷特征图像与红外双目成像获得的涡轮叶片三维点云图像信息融合，实现对涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的准确检测，在发动机涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的高效非接触检测中具有广阔的应用前景。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东省科学院海洋仪器仪表研究所
发明人：	龚金龙;刘俊岩;盖颖颖;李恒;解维浩;王章军
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910196787.6
公开号：	CN109932394A
代理机构：	青岛华慧泽专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	李新欣
分类号：	G01N25/72(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	266200 山东省青岛市鳌山卫街道青岛蓝色硅谷核心区蓝色硅谷创业中心一期2号楼
主权项：	1.一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统，其特征在于，所述系统用于涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的高效准确检测，包括红外双目成像组件、半导体激光器、功率放大器、信号发生器、处理单元；在所述红外双目成像组件内安装扩束镜、以及左侧红外热像仪和右侧红外热像仪两台红外热像仪；所述两台红外热像仪分别和所述处理单元连接，用于同步采集被测涡轮叶片表面检测过程中的红外热图序列；所述扩束镜，依次和所述半导体激光器、所述功率放大器、所述信号发生器及所述处理单元连接；所述扩束镜用于将所述半导体激光器输出的激光光斑整形为大面积方形光斑；所述半导体激光器用于周期性加热待测的涡轮叶片；所述功率放大器用于控制所述半导体激光器的输出功率；所述信号发生器用于产生线性调频脉冲压缩调制信号，以控制所述半导体激光器功率按照所述线性调频脉冲压缩调制信号变化；所述处理单元，用于控制所述信号发生器的信号输出、控制所述两台红外热像仪对红外热图序列的采集并提取获得热波检测的缺陷特征图像；以及构建涡轮叶片的三维形貌的点云图并将涡轮叶片的三维形貌的点云图与热波检测的缺陷特征图像融合，获得表征涡轮叶片内部缺陷的三维特征图像，以确定缺陷的具体位置与尺寸。 2.根据权利要求1所述一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统，其特征在于，在所述红外双目成像组件内，所述两台红外热像仪相对于所述扩束镜平行对称安装，两台红外热像仪的投影中心之间的距离为120～160mm；所述两台红外热像仪均通过以太网数据线和所述处理单元连接；所述信号发生器一端通过USB数据线和所述处理单元连接，另一端通过BNC数据线和所述功率放大器连接；所述功率放大器通过电源线和所述半导体激光器连接；所述半导体激光器通过SMA905光纤和所述扩束镜连接。 3.根据权利要求1或2所述一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统，其特征在于，所述处理单元包括信号发生器控制模块、红外热像仪控制模块、红外热图序列处理模块、双目测量模块、图像三维重建模块和缺陷识别模块；所述信号发生器控制模块，用于设置所述信号发生器输出信号的参数；所述红外热像仪控制模块，用于设置两台红外热像仪的采样率、积分时间和图像序列采集总数；所述红外热图序列处理模块，提取所述红外热图序列中热波信号与调制信号的相位信息，获得两台红外热像仪热波检测的缺陷特征图像；所述双目测量模块，用于以左侧红外热像的坐标系为基准坐标系，计算涡轮叶片在基准坐标系中的三维空间坐标；所述图像三维重建模块，用于构建涡轮叶片的三维形貌的点云图；所述缺陷识别模块，用于将涡轮叶片的三维形貌的点云图与热波检测的缺陷特征图像融合，并识别缺陷的位置与尺寸大小。 4.根据权利要求1或2所述一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统，其特征在于，所述左侧红外热像仪和所述右侧红外热像仪的分辨率为(256～640)×(320～480)，等效噪声误差<30mK，最大采样频率为50Hz，视场角为25°～55°；波长范围为7.5～14um，精度±2或读数的±2％。 5.根据权利要求1或2所述一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统，其特征在于，所述扩束镜的发散角为20°，放大后光束的照射面积大于100×100mm2。 6.根据权利要求1或2所述一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统，其特征在于，所述信号发生器具有2路模拟信号输出通道，采样频率为40～160Msa/s。 7.根据权利要求1或2所述一种涡轮叶片损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测系统，其特征在于，所述半导体激光器波长为808nm，光谱宽度为5nm，功率放大器的最大功率大于75W，最高模拟调制频率大于10MHz。 8.一种涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测方法，其特征在于，所述方法包括：启动半导体激光器与两台红外热像仪，调整两台红外热像仪和扩束镜与涡轮叶片的相对位置，观察确保激光扩束后的光斑能够完全照射涡轮叶片的待测区域；观察两台红外热像仪的成像效果，通过自动对焦保证涡轮叶片待测区域能够在两台红外热像仪视窗中清晰成像；启动处理单元，同步采集两台红外热像仪的单帧图像，以左侧红外热像的坐标系为基准坐标系，采用处理单元中的双目测量模块计算涡轮叶片在基准坐标系中的三维空间坐标；再采用图像三维重建模块，构建涡轮叶片三维形貌的点云图；启动信号发生器，通过所述处理单元中的信号发生器控制模块设置信号发生器产生的线性调频脉冲压缩调制信号的参数，通过红外热像仪控制模块设置两台红外热像仪的采样频率、积分时间和图像序列采集总数；启动激光器电源，通过所述处理单元控制信号发生器输出线性调频脉冲压缩调制信号，同时控制左右红外热像仪同步采集红外热图序列，完成红外热图序列采集后将原始数据保存到指定的工作路径下；通过红外热图序列处理模块采用锁相算法提取红外热图序列中每一像素对应的热波信号与调制信号的相位信息，分别获得左右红外热像仪热波检测的缺陷特征图像；利用处理单元中缺陷识别模块将涡轮叶片的三维形貌的点云图与热波检测的缺陷特征图像进行融合处理，通过融合后的三维图像确定缺陷的准确位置和尺寸。 9.根据权利要求8所述一种涡轮叶片复杂曲面损伤缺陷的红外热波双目立体成像检测方法，其特征在于，缺陷识别模块将涡轮叶片的三维形貌的点云图与热波检测的缺陷特征图像进行融合处理，具体为：将所述红外热图序列处理模块处理后获得的两台红外热像仪热波检测的缺陷特征图像叠加到涡轮叶片的三维形貌的点云图中对应像素位置，采用灰度颜色空间显示涡轮叶片损伤缺陷的缺陷信息，通过分析缺陷区域与无缺陷区域的相位轮廓差异确定缺陷的尺寸大小，并通过融合后的三维图像确定缺陷的准确位置。
所属类别：	发明专利