专利名称：无损检测方法以及实施该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对诸如涡轮叶片之类的机械部件进行无损检测的方法，该方法使高能电磁辐射传输通过被检测的机械部件，本发明还涉及用于实施该方法的装置。
背景技术：
在已知的各种无损检测技术中，将诸如X射线之类的高能电磁辐射引导向被检测的部件，并通过探测器恢复从被检测部件中逸出的高能电磁辐射，以形成表示高能电磁辐射与被检测部件的内部结构之间相互作用的图像，从而可以显示在部件中有或者没有缺陷。不过，在这种技术中，辐射源所发出的辐射作用在被检测部件的整体上，并被所述部件的周边物体以及所述部件的内部结构所散射，从而产生散射区域，并在产生的图像上 产生对比度损失，这妨碍探测到存在的缺陷。当检测诸如涡轮发动机的涡轮级的叶片之类的空心叶片时这种缺陷特别明显。这种叶片具有复杂的三维内部结构，还具有热保护涂层，这会使大量的辐射在叶片内部被散射。为了减少这些检测难度，已经提出在电磁辐射源和被检测部件之间放置诸如铍板之类的滤波装置，以消除入射电磁辐射的低能分量，这种低能分量形成了大部分的散射辐射。同样已知在被检测部件周围放置吸收掩模，以限制或消除部件周边物体散射的辐射。不过，由于第一种解决方案不但不足以消除部件的内部结构所散射的辐射的滤波装置，还消除了一部分入射辐射，这会导致对比度和检测敏感度的降低，而在第二种方案中，掩模针对部件的内部结构散射的辐射的效果不大，这两种方案都不能令人满意。本发明的具体目的是为上述问题提供一种简单、有效而又成本低廉的解决方案。

发明内容
为了实现上述目的，本发明提供了一种对机械部件进行无损检测的方法，具体来讲，例如涡轮叶片，所述方法包括以下步骤将合适的辐射源发出的高能电磁辐射对准被检测部件，采集通过该部件的辐射，根据采集的辐射形成该部件的图像，所述方法的特征在于所述方法包括在所述辐射源和所述机械部件之间置入掩模，所述掩模由适于吸收电磁辐射的材料制成，并具有开口，使所述开口与辐射源和所述部件的被检测的给定区域对齐，确定开口的形状和尺寸，使得只有所述部件的被检测区域暴露于电磁辐射。根据本发明，掩模布置在电磁辐射源和被检测部件之间，掩模使得只有朝向所述部件的被检测的给定区域的入射辐射通过，由于该区域接收所发射的电磁辐射的所有能量分量，从而可以获得最佳的检测灵敏度。相对于所述部件的被检测区域的形状和尺寸，确定掩模中的开口的形状和尺寸，从而避免所述部件的其他区域暴露于入射辐射，防止其他部分在所述部件内部形成散射辐射。所述掩模可以距所述辐射源和所述部件任意距离，只需要适当地调整所述开口的形状和尺寸，以限制只有被检测区域暴露于所述辐射源，这在上文中已做说明。根据本发明的另一个特征，掩模中的开口的形状对应于被检测的区域的外形在垂直于所述辐射源所发出的辐射束的轴的平面上的投影，然后通过应用换算因数确定开口的形状的尺寸，换算因数是掩模相对于机械部件和辐射源的轴向位置的函数。有利地，开口的边缘与所述辐射源发出的辐射束的外围射线对齐，以避免入射辐射被开口的边缘散射。根据本发明的另一个特征，吸收掩模被制成为铅板的形式，所述铅板的厚度取决于电磁辐射的性质。 电磁辐射源可以是X射线源，在这种情况下，铅板的厚度大约是8mm，或者，电磁辐射源可以是伽玛射线源，在这种情况下，铅板的厚度大于8mm，这是因为伽玛射线穿透物质的能力较强。本发明还提供了一种用于实施上述方法的装置，所述装置包括吸收掩模的支撑和定位装置、机械部件的支撑和定位装置、使掩模中的开口和机械部件的被检测区域与辐射源对齐的对齐装置。在本发明的装置的第一实施例中，机械部件的支撑和定位装置包括适于保持机械部件的铰接机械臂，以将所述机械部件的给定区域放置在检测位置。有利地，所述支撑和定位装置包括盘，所述盘相对于固定辐射源可移动安装，并具有多个用于容纳吸收掩模的壳体，以使每个掩模相继与辐射源和机械部件的被检测的给定区域对齐。在该实施例中，机械臂保持机械部件，将其定向在预定位置，以观察所述机械部件的给定区域，然后，移动所述盘，以使对应于被观察的给定区域的掩模与辐射源和给定区域对齐。此后，发射电磁辐射，采集图像。重复上述操作，采用形状和尺寸不同的掩模执行对所述部件的多个区域的无损检测，掩模的尺寸和形状适于观察这些区域。在本发明的第二个实施例中，所述支撑和定位装置包括构件，所述构件具有沿所述电磁束的轴重置的第一级和第二级，第二级布置在所述辐射源和第一级之间，并包括至少一个容纳吸收掩模的位置，所述位置在电磁束的轴上与第一级的部件支撑的至少一个位置对齐。根据本发明的另一个特征，构件可以沿着垂直于电磁束的轴的轴平移，第一级和第二级中的每一级均包括多个沿所述垂直平移轴对齐的位置。有利地，安装在第一级的位置上的每个支撑包括凸出物，用于定位至少一个机械部件，以检测该机械部件的给定区域。在第二实施例中，操作人员将至少一个部件放置在所述支撑上，所述支撑的凸出物使得所述部件的被检测的给定区域放置在预定的朝向上，然后，将所述支撑安装在第一级的位置上。具有适于暴露所述给定区域的开口的掩模安装在第二级的位置上，第二级的位置与所述辐射束的轴对齐。然后，将部件暴露于电磁辐射，获得给定区域的图像。然后，沿着平移轴移动构件，以使第一级的位置和第二级的位置位于电磁辐射束的轴上，用不同的支撑和不同的掩模重复上述操作，该不同的支撑和该不同的掩模适于观察所述机械部件的另一个给定区域。


通过阅读下文通过非限定性实施例并参照附图给出的说明，可以更好地理解本发明，本发明的其他细节、优点和特征变得清楚，其中图I是现有技术中通过发射电磁辐射进行无损检测的装置的示意性视图；图2是本发明的通过发射电磁辐射进行无损检测的方法示意性视图；图3示出了涡轮发动机的涡轮叶片，作为唯一暴露于电磁辐射的区域的给定区域对应于前缘；图4同样示出了涡轮叶片，暴露于电磁辐射的给定区域对应于叶片的根部； 图5是用于实施本发明的方法的装置的示意性视图；图6是与图5中的装置一起使用的掩模支撑转盘的透视图；图7和图8示出了另一个实施本发明的方法的装置；图9示出了与图7和图8中的装置一起使用的部件支撑；图10是与图7和图8中的装置一起使用的掩模的示意性透视图；以及图11是本发明的方法中所采用的吸收掩模中的开口的边缘的示意性视图。
具体实施例方式最初参照图1，图I示出了通过发射电磁辐射14穿过机械部件12对机械部件12进行检测的装置10。装置10具有高能电磁辐射源16，即，辐射能够穿透机械部件12。机械部件12面向高能电磁辐射源16放置，位于辐射源16发出的电磁束上。探测器18和辐射源16以及机械部件12对齐，并被布置在机械部件12的另一侧上，远离辐射源16，以便接收传输通过机械部件12的辐射。从而，获得表示辐射通过机械部件12时的衰减的灰度图。利用这个图像，原则上可以探测机械部件12相对于基准图像有或者没有缺陷。不过，由于入射辐射并不局限于被检测的区域20，辐射源16发出的某些入射辐射22与机械部件12的其他区域24发生作用，从而产生在机械部件12的散射辐射26，该散射辐射与被检测区域散射的辐射叠加在一起，从而导致在所获得的图像中形成模糊区域，并降低缺陷检测的敏感度，该装置10并不让人满意。除了入射辐射被机械部件12的内部结构散射之外，机械部件的周边物体也可以散射辐射，从而导致进一步降低产生的图像的质量。如上所述，在涡轮叶片12具有复杂的三维内部形状时情况尤其如此。因此，不能以令人满意的方式执行对临界区域的检测，例如对叶片前缘或叶片根部的检测。本发明为该问题提供了如下解决方案在机械部件12和辐射源16之间置入吸收电磁辐射的掩模28，该掩模具有开口 30，用于在不吸收朝向机械部件12的给定检测区域的电磁辐射的情况下通过一部分入射辐射。以如下方式相对于给定的被检测区域确定开口的形状和尺寸当开口与辐射源和检测区域对齐时，只有检测区域暴露于电磁辐射。采用这种方法，没有电磁辐射被机械部件的其他区域散射，也没有电磁辐射被机械部件的周围物体散射，从而使得可以在暴露于电磁辐射的区域的图像中增大对比度，从而改善探测缺陷的灵敏度。在具体的方式中，掩模中的开口的形状对应于给定的被检测区域的外形在垂直于辐射源所发射出的辐射束的轴的平面上的投影，然后应用换算因数确定开口的形状的尺寸，换算因数是掩模28相对于机械部件12和辐射源16的轴向位置的函数。图3示出了涡轮发动机的涡轮叶片31，该叶片包括连接至根部35的机翼33。机翼33具有前缘32和后缘34。 通过采用本发明的方法，可以只使叶片的包括前缘的上游部分(在图3中用阴影标出的部分36)，或者实际上只使叶片根部的部分(在图4中用阴影标出的部分38)暴露于电磁辐射，通过采用与被检测的给定区域36或38具有相同形状的开口的掩模可以实现这个目的，除了用换算因数减去掩模28的开口 30的尺寸，这个换算因数是掩模28在辐射源16和机械部件12之间的位置的函数。在下文的说明中，描述了两种用于实施本发明方法的装置。每个装置均包括吸收掩模的支撑和定位装置、机械部件的支撑和定位装置、以及使掩模中的开口与机械部件的被检测区域和辐射源对齐的对齐装置。在图5和图6所示的第一实施例中，装置40具有向机械部件44发射电磁辐射的固定的辐射源42，机械部件44由适于保持机械部件的铰接的机械臂46所承载，例如，存储在位于附近的仓库48中(见图5)。机械臂46具有六个自由度，以使机械部件44的任何区域可以被放置得面向辐射源42。环形转盘50安装在辐射源42和机械部件44之间，并具有多个布置在其外圆周处的圆上凹陷壳体52 (见图6)。每个壳体52用于容纳具有单个开口 56的平面吸收掩模54。每个壳体52具有安装吸收掩模54时使用的开关装置。这些开关装置包括形成在壳体52的内缘62上并向辐射源42延伸的两个杆58和60，这两个杆中的一个(58)具有正方形的截面，另一个杆(70)是楔形的。这两个开关杆58和60容纳在掩模50的相应的孔62和64中，以确保掩模50正确地安装在它的壳体52中，从而确保每个掩模50的开口 56定位在已知的预定位置处，该预定位置设计为向部件的被检测的给定区域透过电磁辐射。转盘50被安装得相对于固定的辐射源42绕轴66转动，转盘50的转动使每个掩模54中的开口相继与辐射源42和机械部件的被检测的给定区域对齐。图像增强器68固定在支撑70上，用来将传输通过部件44的高能电磁辐射转换成被摄像机72获取的光辐射。如下应用装置40以实施本发明的方法。首先，控制机械臂46以将机械部件44保持在仓库48中，并使被检测的给定区域(例如叶片根部)在预定的朝向上面向辐射源。转盘50绕其轴66转动，以使掩模54的对应于叶片根部的开口与辐射源42和叶片根部对齐。然后，使辐射源42发射高能电磁辐射，高能电磁辐射的一部分被掩模54吸收，而剩下的部分穿过掩模54的开口并撞击叶片根部。然后，传输的电磁辐射被图像增强器68所转换，然后被摄像机72所犾取。为了检测叶片的前缘部分，改变机械部件44的朝向使得该区域面对辐射源42就足矣。转动转盘50，使得对应于观察前缘部分的掩模54与辐射源42以及机械部件44对齐，执行一次新的采集。在这种装置中，实质上借助于铰接机械臂46利用它的六自由度，使掩模54的开口与机械部件的被检测的给定区域对齐，其中，转盘50用来关联辐射源42对掩模进行定位。
图7至图10示出了用于实施本发明的方法的第二装置68。该第二装置68具有布置在构件72上的高能电磁辐射源70，构件72具有对沿着辐射束的轴叠置的第一级76和第二级78进行支撑的柱74。第二级78布置在第一级76和辐射源70之间。每一级均具有三个位置，80、82和84或86、88和90。以下述方式确定第一级和第二级中的位置第一级的位置在辐射束的轴92上与第二级的位置对齐。每一级中的多个位置还沿着垂直于辐射束的轴92的轴94对齐，轴94定义了可以移动构件72的轴。第二级78的每个位置86、88和90用于容纳平板形式的并具有至少一个开口 98的吸收掩模96 (见图9)。每个吸收掩模96沿着轴向啮合在轴100上的第二级78的位置86、99或90处，轴100垂直于轴92和轴94，轴92是电磁束的轴，轴94是构件72平移的轴。被检测的部件102固定在支撑104上，支撑104具有凸出物106，用来将每个部件102的给定区域定位在其与掩模96的开口 98以及辐射源70对齐的位置处(见图7和图·9)。部件的每个支撑104被沿着轴100平移，啮合进入第一级76的位置80、82或84。在第一级76和第二级78的位置80、82、84、86、88和90的尾端提供了对接装置(图中未示出)，这些对接装置用来提供相对于每个部件的相关支撑104的每个掩模96沿着轴100的索引(indexing),从而执行每个掩模96中的开口 98相对于固定在相关支撑104上的部件102的被检测的给定区域沿着轴100的索引。以被容纳在各自的位置上而沿着构件的平移轴94不松弛的方式确定部件支撑104和掩模96的尺寸，以提供第二级78的掩模96中的开口 98相对于固定在第一级76的支撑104上的部件102的被检测的给定区域沿轴线94的索引。当与支撑104的凸出物106组合使用时，这些索引装置用来确保第二级78中的掩模96的开口 98与第一级76上的部件的被检测的给定区域准确对齐。尽管在第二装置的附图中没有示出，还提供了开关装置以防止掩模96和部件支撑104被错误地安装在它们各自的位置上。在特定的实施例中，第一掩模018具有适于观察四个涡轮叶片的前缘部分的四个开口 110，第一部件支撑具有适于固定四个不同叶片的前缘部分的多个凸出物。从而，当掩模108啮合在第二级78的位置86，支撑接合在第一级76的相关位置80时，掩模108中的每个开口与不同叶片的前缘部分对齐。此后，发射高能电磁束并产生辐射，辐射同时传输通过四个叶片的四个前缘部分，传输的辐射被接收器112采集(图7和图8)。从而，第二装置68呈现了相对于第一装置的优势使得多个部件中的给定区域同时被检测，从而减少了检测这些部件所需的时间。此后，为了同时检测这些叶片的其他区域，将这些叶片固定在第二支撑上，第二支撑上具有为这个目的所提供的凸出物，然后，使承载有重新定位的叶片的第二支撑位于第一级76的位置82上就足矣，此时，第二级78的相关位置88具有掩模，该掩模具有适于只将这些区域暴露于电磁辐射的四个开口。然后，沿着轴94平移构件72，使电磁辐射源70与第二掩模中的开口以及第二支撑上的叶片的其他区域对齐(见图8)。一个操作人员靠人力不难将叶片移动至第二支撑，操作人员也不需要搬运非常沉重的吸收掩模，这些掩模仍然停留在它们各自的位置上。例如，第二装置中所采用的部件支撑可以由树脂模成型。
吸收掩模54、96或110由铅制成，在电磁辐射为X射线时吸收掩模的厚度为8mm。可以采用其他的辐射源，尤其是伽马射线源。在这种情况下，由于这种类型辐射的高穿透能力，掩模54、96或110会更厚，大约是15mm。有利地，铅质掩模由铝制薄层覆盖，以避免搬运掩模的操作人员被铅污染到。不过，开口的边缘处不提供铝，避免开口的边缘形成散射的辐射。
为了避免掩模开口的边缘114散射任何的辐射，希望开口 116的边缘114与辐射源120所发出的电磁束的周边射线118对齐，这在图11中已示意性地示出。本发明可以与现有技术中绕机械部件安装的吸收掩模组合使用。
权利要求
1.一种对机械部件进行无损检测的方法，具体来讲，例如涡轮叶片，所述方法包括以下步骤将合适的辐射源(16)发出的高能电磁辐射对准被检测的机械部件(12)，采集通过所述机械部件(12)的辐射，根据采集的辐射形成所述机械部件的图像，所述方法的特征在于所述方法包括在所述辐射源(16)和所述机械部件(12)之间置入掩模(28)，所述掩模(28)由适于吸收电磁辐射的材料制成，并具有开口(30)，使所述开口(30)与辐射源(16)和所述机械部件的被检测的给定区域(20)对齐，确定所述开口(30)的形状和尺寸，使得只有所述机械部件(12)的被检测的给定区域(20)暴露于电磁辐射。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述开口(30)的形状对应于被检测的给定区域的外形在垂直于所述辐射源(16)所发出的辐射束的轴的平面上的投影，然后通过应用换算因数确定开口的形状的尺寸，换算因数是所述掩模(28)相对于所述机械部件(12)和所述辐射源(16)的轴向位置的函数。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述开口(116)的边缘(114)与所述辐射源(120)发出的辐射束的外围射线(118)对齐。
4.根据权利要求I至3中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述吸收掩模(54,96,110)被制成为板的形式,所述板的厚度取决于所述电磁福射的性质。
5.根据权利要求I至4中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射源(16，42，70，120)是X射线源或伽玛射线源。
6.根据权利要求I至5中任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，绕所述机械部件(12)布置另一个适于吸收电磁福射的掩模。
7.一种用于实施根据权利要求I至6中任何一项权利要求所述方法的装置，所述装置的特征在于，所述装置包括吸收掩模的支撑和定位装置、机械部件的支撑和定位装置、使掩模中的开口和机械部件的被检测区域与辐射源对齐的对齐装置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述机械部件的支撑和定位装置包括适于保持机械部件(44)的铰接机械臂(46)，以将所述机械部件的给定区域放置在检测位置。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述吸收掩模的支撑和定位装置包括盘(50)，所述盘相对于固定的辐射源(42)可移动安装，并具有多个用于容纳吸收掩模(54)的壳体(52)，以使每个吸收掩模(54)相继与所述辐射源(42)和所述机械部件(44)的被检测的给定区域对齐。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述支撑和定位装置包括构件(72)，所述构件具有沿所述电磁束的轴(92)重置的第一级(76)和第二级(78)，第二级布置在第一级(76)和所述辐射源(70)之间，并包括至少一个容纳吸收掩模(96)的位置(80，82，84)，所述位置在电磁束的轴(92)上与第一级的部件支撑(104)的至少一个位置(86，88，90)对齐。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述构件(74)可以沿着垂直于电磁束的轴(92)的轴(94)平移，第一级(76)和第二级(78)中的每一级均包括多个沿所述垂直平移轴(94)对齐的位置(80，82，84，86，88，90)。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，安装在第一级的位置上的每个支撑(104)包括用于定位至少一个机械部件(102)的凸出物(106)，以检测所述机械部件(102)的给定区域。
全文摘要
一种无损检测机械部件的方法，所述方法包括将电磁辐射源发出的高能电磁辐射对准被检测的机械部件(12)上，并采集通过所述机械部件(12)的辐射。吸收辐射的掩模(28)置于电磁辐射源(16)和所述机械部件(12)之间，并包括至少一个与所述电磁辐射源(16)和所述机械部件(12)的被检测的给定区域(20)对齐的开口(30)，确定所述开口(30)的形状和尺寸，使得只有所述机械部件(12)的被检测的给定区域(20)暴露于电磁辐射。
文档编号G01N23/04GK102918383SQ201180026650
公开日2013年2月6日 申请日期2011年5月17日 优先权日2010年5月28日
发明者伊夫斯·雅各宾 申请人:斯奈克玛