空心涡轮叶片精铸型面-壁厚漂移的层析跟踪检测方法研究

我国高性能航空发动机空心涡轮叶片合格率很低，其中型面变形及壁厚漂移是主要因素之一。目前的检测手段难以对空心涡轮叶片精铸过程中的内外型面变形进行跟踪分析，无法得到用于叶片精铸成形精度控制与精铸工艺提升的检测数据。对此，本项目采用先进的锥束CT数字化层析检测技术，开展空心涡轮叶片精铸过程中陶芯、蜡型、型壳和铸件型面变形与壁厚漂移的跟踪检测方法研究，解决中高能量锥束CT成像散射-射束硬化与零件材料-结构的相关性、从锥束CT图像模型到几何模型转换的数据精度与完整性、叶片精铸多工序海量测量数据的匹配分析等关键科学问题，监测空心涡轮叶片整个精铸过程的型面变形与壁厚漂移，获取叶片精铸尺寸偏差的耦合规律，为解决空心涡轮叶片精铸的精确控形问题，提供一种新的数据获取方法和一体化检测分析手段，对促进我国航空发动机空心涡轮叶片设计、制造和检测技术的发展具有重要科学意义。

本项目针对高性能航空发动机空心涡轮叶片精铸过程成形精度检测手段落后的问题，以基于平板探测器的X射线锥束CT为检测手段，首先通过叶片锥束CT成像参数优化、散射校正和射束硬化校正提高了锥束CT成像质量，然后基于像素级轮廓定位的亚体素表面检测算法实现了叶片内外型面高精度点云提取，最后在叶片陶芯、蜡型、型壳、铸件的测量数据配准基础上进行型面-壁厚漂移计算，发现陶芯-蜡型-型壳-铸件之间的型面和壁厚偏差及分布存在明显的对应和传导关系。根据该关系，不仅可以通过及时剔除精铸过程中的不合格品来大幅提高最终铸件的合格率，而且可以通过监测和统计为叶片的精铸精度控制和工艺提升提供可靠的评价依据。基于高精度锥束CT的测量分析为解决空心涡轮叶片精铸的精确控形问题，提供了一种新的数据获取方法和一体化检测分析手段。本项目的特色和主要创新点如下：. （1）借助锥束CT综合检测技术，监测空心涡轮叶片从陶芯、蜡型、型壳到铸件整个精铸过程的型面-壁厚漂移，获取了叶片精铸几何偏差的传导规律，为解决空心涡轮叶片精铸的精确控形问题，提供了一种新的数据获取方法和一体化检测分析手段。. （2）提出了先可见光散射恢复、再射线散射校正的锥束CT系统散射处理新方法和单/多材质零件射束硬化抑制与校正新技术，较好地消除了影响CT图像质量的两大伪影，是锥束CT技术应用于高密度复杂件检测的重要突破。. （3）针对快速提取的亚体素级精度内外型面完整点云，引入空心涡轮叶片陶芯、蜡型、型壳和铸件设计模型中的先验知识，提出了基于虚拟测量模板的可定制型面变形与壁厚偏差计算方法，是叶片精铸多工序海量测量数据分析的创新手段。. 本项目发表论文13篇（SCI索引3篇，EI索引7篇），申请发明专利5项，获得软件著作权2项，培养硕士4人。