一種基於工業ct檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法
2023-04-24 00:50:46 1
一種基於工業ct檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法
【專利摘要】一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，(1)使用工業CT檢測方法對被檢測環路熱管蒸發器進行斷層掃描，得到環路熱管蒸發器的二維斷層掃描圖像序列；(2)根據二維斷層掃描圖像序列，測量出環路熱管蒸發器裝配間隙；(3)對得到的二維斷層掃描圖像序列進行垂直度校準，消除斷層圖像之間的位置誤差；(4)對經過垂直度校準的二維斷層掃描圖像序列進行三維重建，獲得環路熱管蒸發器的三維重構模型體；(5)在三維重構模型體上確定關注區域，對關注區域模型體沿環路熱管直徑方向上的圓柱面即過盈配合裝配面展開，得到二維展開圖；(6)在得到的二維展開圖上，進行未貼合面積統計及貼合率的計算，進而對環路熱管蒸發器的裝配質量進行評價。
【專利說明】—種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業CT無損檢測技術，特別是一種用於環路熱管蒸發器裝配質量的無損評價方法。
【背景技術】
[0002]環路熱管(Loop Heat Pipe，簡稱LHP)，是一種新型的依靠工質汽化時汽液界面的毛細力來驅動兩相流體循環的傳熱工具。具有傳熱功率大，傳輸距離遠，反重力能力強，管線易彎折等特點，用於衛星南北板熱耦合，比用槽道熱管重量輕、體積小，安裝方便，也避免了三維槽道熱管網絡地面熱試驗姿態難以選擇的缺點。
[0003]在環路熱管的研製過程中，作為環路熱管的核心部件的蒸發器的裝配質量直接影響環路熱管的熱交換效率。環路熱管蒸發器為不鏽鋼外套管與鎳基多孔粉末冶金毛細芯組成的複雜結構裝配體，外套管加工有內螺紋，毛細芯外部沿軸向加工有槽道，二者以過盈配合形式進行精密裝配，其接觸面為線面貼合，且呈螺旋狀空間分布，現有常規無損檢測手段無法實現裝配精度測量和未貼合面積的計算。因此環路熱管蒸發器裝配質量的檢測與評價成為一項技術難題。
【發明內容】
[0004]本發明的技術解決問題是:克服了現有常規無損檢測手段無法實現環路熱管蒸發器裝配精度測量和未貼合面積計算的難題，提供了一種檢測精度高、操作簡便、通用性強的基於工業CT的無損評價方法。
[0005]本發明的技術解決方案是:一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，步驟如下:
[0006](I)使用工業CT檢測方法對被檢測環路熱管蒸發器進行斷層掃描，得到環路熱管蒸發器的二維斷層掃描圖像序列；
[0007](2)根據得到的二維斷層掃描圖像序列，測量出環路熱管蒸發器裝配間隙；
[0008](3)對得到的二維斷層掃描圖像序列進行垂直度校準，消除斷層圖像之間的位置誤差即中心偏離誤差；
[0009](4)對經過垂直度校準的二維斷層掃描圖像序列進行三維重建，獲得環路熱管蒸發器的三維重構模型體；
[0010](5)在三維重構模型體上確定關注區域，對關注區域模型體沿環路熱管直徑方向上的圓柱面即過盈配合裝配面展開，得到二維展開圖；
[0011](6)在得到的二維展開圖上，進行未貼合面積統計及貼合率的計算，進而對環路熱管蒸發器的裝配質量進行評價。
[0012]所述步驟(I)中的工業CT檢測方法中參數經過檢測靈敏度驗證後確定。
[0013]所述工業CT檢測方法中參數確定步驟如下:
[0014](1.1)設計環路熱管蒸發器工業CT檢測專用靈敏度試件，該靈敏度試件結構與環路熱管蒸發器結構一致，主體為鎳基多孔粉末冶金毛細芯與不鏽鋼套管過盈配合結構，在鎳基多孔粉末冶金毛細芯芯體上加工漸變的梢度，以便在固定的位置獲得固定的裝配間隙；
[0015](1.2)調整工業CT檢測方法中的參數，對靈敏度試件進行斷層掃描，直至得到二維斷層掃描圖像中清楚的顯示間隙，確定間隙數值，確定其中最小間隙對應的位置；
[0016](1.3)根據上述確定的位置反推其在鎳基多孔粉末冶金毛細芯芯體上的位置，進而得到理論間隙；
[0017](1.4)將實測的間隙數值與理論間隙值進行比較，獲得間隙測量誤差；
[0018](1.5)若間隙測量誤差〈5%，滿足檢測要求，則將當前參數作為最終的工業CT檢測方法參數，若不滿足，則從(1.2)開始重新執行。
[0019]所述步驟(1.2)中的最小間隙對應的位置為斷層掃描圖像中CT值曲線中拐點位置。
[0020]通過對所述CT值曲線的拐點位置進行局部放大，計算獲得可檢測的最小裝配間隙數值。
[0021]所述步驟(3)中的垂直度校準利用環路熱管蒸發器毛細芯芯體中心孔進行特徵匹配。
[0022]所述步驟(I)中的工業CT檢測方法中使用參數通過可檢測最小未貼合面積進一步驗證其可行性，其驗證步驟如下:
[0023]第一步，利用步驟(1.5)中確定的參數對步驟(1.1)中專用靈敏度試件進行斷層掃描，得到試件的二維的斷層掃描圖像序列；
[0024]第二步，對得到的二維斷層掃描圖像序列進行三維重建，獲得三維重構模型體，對三維重構模型體沿環路熱管直徑方向上的圓柱面即過盈配合裝配面展開，得到二維展開圖；
[0025]第三步，對得到的二維展開圖進行分析，將鎳基多孔粉末冶金毛細芯外部部分軸向槽道作為測量區域，計算可檢測的最小未貼合面積，通過該面積判斷是否滿足可檢出單個未貼合區域面積的設計要求。
[0026]本發明與現有技術相比有益效果為:
[0027](I)本評價方法以CT檢測理論為依據，解決了環路熱管蒸發器在最終產品試驗前，其裝配質量無法通過無損方法進行檢測的難題，通過增加產品質量過程控制環節的方法有效降低了最終廣品廢品率，大大提聞了生廣效率。
[0028](2)本評價方法實現了從環路熱管蒸發器二維斷層掃描圖像序列獲得三維數據，並沿環路熱管直徑方向上的圓柱面(過盈配合裝配面)進行展開，成功的將環路熱管蒸發器裝配質量這一三維空間的線面貼合的檢測難題轉化為二維平面內的圖像識別與擬合問題，使環路熱管蒸發器裝配質量的無損檢測難題得以解決。
[0029](3)本評價方法中設計了專用的檢測靈敏度試件和驗證方法，使得採用本方法進行檢測的準確性得到充分驗證。實際驗證結果表明，可檢測的最小未貼合面積和最小裝配間隙遠遠優於設計要求。將以往無法檢測的難題以檢測靈敏度可以量化的檢測評價方法給予解決，是本發明方法的關鍵技術之一。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為展開表面的未貼合缺陷統計和分析示意圖；
[0031]圖2為環路熱管蒸發器裝配精度靈敏度試件示意圖；
[0032]圖3為環路熱管蒸發器裝配質量CT檢測方法數據處理的流程圖；
[0033]圖4為環路熱管蒸發器工業CT檢測CT值分析圖；
[0034]圖5為環路熱管蒸發器工業CT檢測CT值曲線局部放大圖；
[0035]圖6為環路熱管蒸發器二維斷層掃描圖像經三維重建後沿裝配面的二維展開視圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖及實施例對本發明做詳細說明。本發明一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，所涉及數據處理的流程如圖3所示，步驟如下:
[0037](I)設計專用的環路熱管蒸發器靈敏度驗證試件，對工業CT檢測方法的靈敏度進行驗證；具體參見下述的參數校準步驟。
[0038]設計檢測靈敏度試件，如圖2所示，該靈敏度試件結構與環路熱管蒸發器結構一致，主體為鎳基多孔粉末冶金毛細芯(簡稱芯體)與不鏽鋼套管(簡稱外套管)過盈配合結構，在鎳基多孔粉末冶金毛細芯芯體上加工漸變的梢度，芯體與外套管過盈裝配後，即可在固定位置形成固定的裝配間隙(該裝配間隙可根據鎳基多孔粉末冶金毛細芯單位長度上加工的梢度由理論計算得出，圖2示例中給出的是在毛細芯200mm範圍內加工了 O-1mm梢度的示意圖，實際使用中，可根據待檢產品的檢測精度要求，在試件單位長度上加工不同的梢度，以便在固定位置獲得固定的裝配間隙，用於檢測靈敏度的驗證)。
[0039](2)使用工業CT檢測方法對被檢測環路熱管蒸發器進行斷層掃描，得到環路熱管蒸發器的二維的斷層掃描圖像序列；
[0040]二維斷層掃描結果保存時應採用TIF格式，保證在分析、處理檢測圖像時可無損地還原出環路熱管蒸發器工業CT檢測的CT值等關鍵信息，提高計算準確性。斷層掃描的視場寬度、切片厚度、掃描間距等信息可從圖像文件中讀取出來，個別圖像格式的文件讀取視場參數可能存在偏差，此時應根據實際的檢測參數進行設置，確保分析、計算結果的準確。導入的二維斷層掃描圖像序列必須是在相同的檢測條件下經掃描獲得的，避免由於位置或者CT值偏差帶來的影響。
[0041](3)根據得到的二維斷層掃描圖像序列，測量出環路熱管蒸發器裝配間隙；
[0042]斷層掃描圖像的CT值分布測量結果如圖4所示，左側拐點處即為裝配間隙，對其進行放大處理(如圖5所示)，可以發現此處有5個象素點。間隙測量結果=5個像素X32.36mm/2048像素=0.079mm(獲得圖4、圖5斷層掃描圖像的檢測參數設置為:掃描視場範圍Φ32.36mm,圖像尺寸為2048像素X2048像素)，即通過本方法可以識別此處0.079mm的最小裝配間隙，滿足可測量0.09mm裝配間隙的設計要求。
[0043](4)得到的二維斷層掃描圖像會存在位置誤差(中心偏離誤差)，需進行垂直度校準，消除斷層圖像之間的位置誤差；
[0044]環路熱管蒸發器進行工業CT檢測時應採用適當的夾具使得關注區域(ROI)與CT切片方向垂直，放置時發生的傾斜將影響三維重構模型體的重建，因此在獲得二維斷層掃描圖像後，必須進行垂直度校準，即利用環路熱管蒸發器毛細芯芯體中心孔進行特徵匹配，通過垂直度校準消除由於環路熱管蒸發器檢測時管體與轉臺不垂直等原因造成的斷層圖像之間的位置誤差。
[0045]ROI垂直度校準量單位為向量，利用基於底層和頂層的ROI中心點的坐標進行線性校準。該垂直度的校準只校準工件的擺放傾斜或者內部關注區域傾斜，不影響工件本身的直線度，且垂直度校準只對展開圖像有作用，原始數據圖像顯示不受垂直度校準影響。
[0046](5)對經過垂直度校準的二維斷層掃描圖像序列進行平滑和插值處理，獲得環路熱管蒸發器的三維重構模型體；
[0047]三維重構模型體在二維斷層掃描圖像序列基礎上，在Z向上按需插值得到。Z向進行插值時可採用B樣條插值算法(如果工件關注區域結構複雜、變化較大時，應適當增加CT切片數量以減少插值帶來的誤差)。
[0048](6)在三維重構模型體上確定關注區域，對關注區域模型體沿環路熱管直徑方向上的圓柱面(即過盈配合裝配面)展開，得到二維展開圖；
[0049]重構出三維模型後，採用圓環模型將ROI中的CT數據提取出來，並按照圓柱面展開為矩形圖像，得到二維展開圖。
[0050]由於僅ROI內的數據參與展開圖計算和貼合率計算，為保證所有需要參與運算的數據均包含在ROI內，因此需設置合理的ROI參數。ROI設置(直徑、厚度、中心位置)應根據待檢工件的實際狀況進行，針對環路熱管蒸發器，ROI直徑設置為外套管的內直徑，ROI厚度設置應能覆蓋所有裝配間隙區域，中心點的單位為像素，可手動進行調整和自動進行捕捉。
[0051](7)在得到的二維展開圖上，進行未貼合面積統計及貼合率的計算，進而對環路熱管蒸發器的裝配質量進行評價；
[0052]貼合率計算需要設置檢測參數，包括空白CT值、缺陷CT值、基體CT值、分界係數。貼合率計算時，如果展開圖像中點的CT值小於(缺陷CT值+基體CT值)X分界係數，則該點為未貼合點，常規分析一般將分界係數設置為0.5，這些參數的確定對貼合率計算結果影響很大，所以必須採用靈敏度試件進行校準，提高計算結果的準確性。
[0053]參數校準步驟如下:
[0054](1.1)設計環路熱管蒸發器工業CT檢測專用靈敏度試件，該靈敏度試件結構與環路熱管蒸發器結構一致，主體為鎳基多孔粉末冶金毛細芯與不鏽鋼套管過盈配合結構，在鎳基多孔粉末冶金毛細芯芯體上加工漸變的梢度，以便在固定的位置獲得固定的裝配間隙；
[0055](1.2)調整工業CT檢測方法中的參數，對靈敏度試件進行斷層掃描，直至得到二維斷層掃描圖像中清楚的顯示間隙，測量間隙數值；確定其中最小間隙對應的位置；
[0056]斷層圖像中CT值曲線中拐點位置即為裝配間隙所在位置，對得到的二維斷層掃描圖像CT值曲線的拐點位置進行局部放大，通過分析、計算獲得可檢測的最小裝配間隙數值。
[0057](1.3)根據上述確定的位置反推其在鎳基多孔粉末冶金毛細芯芯體上的位置，進而得到理論間隙；
[0058](1.4)將實測的間隙數值與理論值進行比較，獲得間隙測量誤差；確定其中最小間隙對應的位置；
[0059](1.5)若間隙測量誤差〈5%，滿足檢測要求，則將當前參數作為最終的工業CT檢測方法參數，若不滿足，則從(1.2)開始重新執行。
[0060]上述工業CT檢測方法、檢測參數通過最小可檢測未貼合面積進一步驗證其可行性，例如:裝配後的單個未貼合區域的檢測要求為:可檢測未貼合區域面積小於10_2。
[0061 ] 為了保證單個未貼合缺陷的檢出，必須保證本評價方法可檢出的環路熱管蒸發器裝配單個未貼合缺陷面積小於10_2，並需要對被評價方法可檢出的最小未貼合面積進行驗證。在驗證中，需要製作一個可定量獲得的、未貼合面積小於1mm2的標準傷。環路熱管蒸發器的典型結構是不鏽鋼外套管與鎳基多孔粉末冶金毛細芯組成的複雜結構裝配體，夕卜套管加工有內螺紋，毛細芯外部沿軸向加工有槽道，其槽道的寬度為1mm，槽道尺寸精度由熱等靜壓模具保證並可在裝配前精確測量，尺寸精度極高。為驗證本評價方法可檢測環路熱管蒸發器的最小未貼合面積，選取環路熱管蒸發器毛細芯上槽道與外套管間的空隙為研究對象模擬未貼合缺陷，通過測量值與理論值的比對，進行最小未貼合面積檢測能力的驗證。
[0062]根據靈敏度校準過程確定的最優化檢測參數對工業CT進行設置，掃描範圍為產品待檢區域，並選用連續斷層掃描後獲得的多幅數據序列，經三維重建後沿環路熱管直徑方向上的圓柱面(過盈配合裝配面)進行展開(如圖1所示)，選取展開面上熱管蒸發器的槽道與外套管間的空隙形成的影像進行測量，並與槽道實際值進行對比，驗證最小可檢測區域的面積。圖6為45張環路熱管蒸發器連續斷層掃描圖像經三維重建後沿裝配面的二維展開圖，圖中槽道處可視為未貼合區，其寬度為1mm，高度為11.25mm(共選取45幅連續斷層掃描圖像，掃描切片厚度0.25mm，掃描間距0.25mm)。取槽道一半作為測量區域，則可檢測未貼合面積不大於5.625mm2，滿足可檢出單個未貼合區域面積小於1mm2的設計要求。
[0063](8)建立環路熱管蒸發器裝配質量評價專用資料庫，實現檢測結果自動評判、存儲、快速查詢、列印等功能。
[0064]本發明未詳細說明部分屬於本領域技術人員公知常識。
【權利要求】
1.一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，其特徵在於步驟如下: (1)使用工業CT檢測方法對被檢測環路熱管蒸發器進行斷層掃描，得到環路熱管蒸發器的二維斷層掃描圖像序列； (2)根據得到的二維斷層掃描圖像序列，測量出環路熱管蒸發器裝配間隙； (3)對得到的二維斷層掃描圖像序列進行垂直度校準，消除斷層圖像之間的位置誤差即中心偏離誤差； (4)對經過垂直度校準的二維斷層掃描圖像序列進行三維重建，獲得環路熱管蒸發器的三維重構模型體； (5)在三維重構模型體上確定關注區域，對關注區域模型體沿環路熱管直徑方向上的圓柱面即過盈配合裝配面展開，得到二維展開圖； (6)在得到的二維展開圖上，進行未貼合面積統計及貼合率的計算，進而對環路熱管蒸發器的裝配質量進行評價。
2.根據權利要求1所述的一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，其特徵在於:所述步驟(I)中的工業CT檢測方法中參數經過檢測靈敏度驗證後確定。
3.根據權利要求2所述的一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，其特徵在於:所述工業CT檢測方法中參數確定步驟如下: (1.1)設計環路熱管蒸發器工業CT檢測專用靈敏度試件，該靈敏度試件結構與環路熱管蒸發器結構一致，主體為鎳基多孔粉末冶金毛細芯與不鏽鋼套管過盈配合結構，在鎳基多孔粉末冶金毛細芯芯體上加工漸變的梢度，以便在固定的位置獲得固定的裝配間隙； (1.2)調整工業CT檢測方法中的參數，對靈敏度試件進行斷層掃描，直至得到二維斷層掃描圖像中清楚的顯示間隙，確定間隙數值，確定其中最小間隙對應的位置； (1.3)根據上述確定的位置反推其在鎳基多孔粉末冶金毛細芯芯體上的位置，進而得到理論間隙； (1.4)將實測的間隙數值與理論間隙值進行比較，獲得間隙測量誤差； (1.5)若間隙測量誤差〈5%，滿足檢測要求，則將當前參數作為最終的工業CT檢測方法參數，若不滿足，則從(1.2)開始重新執行。
4.根據權利要求3所述的一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，其特徵在於:所述步驟(1.2)中的最小間隙對應的位置為斷層掃描圖像中CT值曲線中拐點位置。
5.根據權利要求4所述的一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，其特徵在於:通過對所述CT值曲線的拐點位置進行局部放大，計算獲得可檢測的最小裝配間隙數值。
6.根據權利要求1所述的一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，其特徵在於:所述步驟(3)中的垂直度校準利用環路熱管蒸發器毛細芯芯體中心孔進行特徵匹配。
7.根據權利要求1所述的一種基於工業CT檢測的環路熱管蒸發器裝配質量評價方法，其特徵在於:所述步驟(I)中的工業CT檢測方法中使用參數通過可檢測最小未貼合面積進一步驗證其可行性，其驗證步驟如下: 第一步，利用步驟(1.5)中確定的參數對步驟(1.1)中專用靈敏度試件進行斷層掃描，得到試件的二維的斷層掃描圖像序列； 第二步，對得到的二維斷層掃描圖像序列進行三維重建，獲得三維重構模型體，對三維重構模型體沿環路熱管直徑方向上的圓柱面即過盈配合裝配面展開，得到二維展開圖；第三步，對得到的二維展開圖進行分析，將鎳基多孔粉末冶金毛細芯外部部分軸向槽道作為測量區域，計算可檢測的最小未貼合面積，通過該面積判斷是否滿足可檢出單個未貼合區域面積的設計要求。
【文檔編號】G06T17/00GK104376587SQ201410601685
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】楊耀東, 孫利, 劉嬌文, 高小松 申請人:北京衛星製造廠