穿透感知技术在飞秒激光涡轮叶片制孔中的应用

【作者】 訾进锋； 赵卫； 杨小君； 吴平； 王伟； 杨晓玲；

【机构】 中国科学院西安光学精密机械研究所； 西安中科微精光子制造科技有限公司； 陕西省医疗器械质量监督检验院；

【摘要】 飞秒激光微加工技术凭借其加工精度高、无热影响区、无材料选择性等特性,成为解决航空发动机关键零部件如高压涡轮叶膜孔成形的新一代工艺,但由于涡轮叶片的内腔距离较近,加工中出现了对壁损伤,这对涡轮叶片的质量和寿命产生了严重的影响,我们提出了一种基于机器视觉模式识别的穿透感知技术,在飞秒激光加工航空叶片气膜孔时,对叶片加工状态进行实时监测,根据叶片气膜孔在打穿前后的一些差异,判读涡轮叶片气膜孔的加工状态,这项技术有效的解决了这一叶片气膜孔加工中的对壁损伤难题。穿透感知技术是指在飞秒激光加工航空叶片气膜孔时,对叶片加工状态进行实时监测,加工叶片的反射光通过光学模块后进入光学聚焦模块,经过聚焦模块聚焦后,这束光进入成像模块来完成加工过程的图像采集,实现对加工叶片加工状态的实时监测,根据叶片气膜孔在打穿前后的一些差异,判读涡轮叶片气膜孔的加工状态,从而达到穿透感知的目标。我们在穿透感知技术中所应用到的机器视觉模式识别是待测工件通过光学模块、聚焦模块和成像模块将待测工件的光学信号转换为图像信号,经过图像处理系统将采集的连续模拟图像的颜色、像素、亮度等信息转化为数字图像,然后对图像进行预处理(图像灰度处理、图像平滑处理、图像增强处理、图像分割处理),提取图像中我们所关注的特征向量和参数,对图像进行特征分析和模式识别。通过对飞秒激光加工航空涡轮叶片气膜孔过程中制孔状态的研究,我们认为采用穿透感知技术能有效的避免激光加工涡轮叶片气膜孔的对壁损伤难题,提高涡轮发动机叶片的良品率和生产效率,且该技术具有广泛的应用前景。目前,我公司在加工航空涡轮叶片气膜孔时已采用该技术,在叶片加工中体现出良好的应用效果,所加工的叶片经工业CT检测无对壁损伤。随着发动机的不断发展,对发动机涡轮叶片冷却技术中气膜孔的加工质量和效率也提出了很高的要求,而穿透感知技术可以完美的解决这个问题,采用穿透感知技术将会是涡轮叶片加工的一个必然趋势。更多还原