X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)在工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用

1、X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)在工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用吉桂琴;王巖;劉柏森【摘 要】通過對(duì) X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)在工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用,闡述工業(yè) X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)構(gòu)成原理以及功能實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)中的圖像處理模塊對(duì)圖像灰度等級(jí)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和處理,利用圖像處理器的 A/D 變換,將所采集的圖像數(shù)字化處理,提高圖像的清晰度,從而提高缺陷檢出靈敏度.同時(shí)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別圖像,對(duì)缺陷智能化判傷,減少人工肉眼判片的誤差,準(zhǔn)確度高、速度快.【期刊名稱】黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）【年(卷),期】2014(028)004【總頁數(shù)】4 頁(P47-50)【關(guān)鍵詞】X 射線;探傷;實(shí)時(shí)成像;無損檢測【作 者】吉桂琴;王巖

2、;劉柏森【作者單位】黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150050;黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150050;黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150050【正文語種】中 文【中圖分類】TG115.28X 射線探傷實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)是工礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化無損探傷的重要手段之一。它是將計(jì)算機(jī)、數(shù)字圖像處理、高分辨率攝像、高清晰度顯示等高新技術(shù)相結(jié)合的高科技產(chǎn)品，目前已開發(fā)應(yīng)用的系統(tǒng)都是在不斷完善和將要定型階段。本文重點(diǎn)研究了構(gòu)成該系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)問題，如硬件配置的選擇及軟件識(shí)別程序的開發(fā)，并利用 Borland C+開發(fā)工具將工業(yè) X 射線探傷標(biāo)準(zhǔn) G

3、B3323 及同步電機(jī)專用鋁風(fēng)葉標(biāo)準(zhǔn)編制成軟件處理系統(tǒng)，利用圖像處理器的 A/D 變換，將所采集的圖像數(shù)字化處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像中的缺陷自動(dòng)評(píng)定等級(jí)，準(zhǔn)確度高，速度快，減少了人工肉眼判片的誤差，提高了缺陷檢出靈敏度，更適合工業(yè) X 射線探傷及流水線作業(yè)大量熒光檢驗(yàn)的圖像處理，提高探傷效率，節(jié)約昂貴的膠液成片成本，有一定的推廣和實(shí)用價(jià)值。X 射線照相法X 射線照相法如圖 1 所示。熒光屏呈像法熒光屏呈像法是利用射線與熒光物質(zhì)相互作用產(chǎn)生熒光的現(xiàn)象呈現(xiàn)圖像。選擇熒光亮度較高，發(fā)出的熒光肉眼感覺敏銳的熒光物質(zhì)，加工成粉末，均勻涂布到透明材料制作的支撐層上，即成熒光屏，由于存在缺陷而引起不同部位射線強(qiáng)度的

4、差異， 進(jìn)而引起屏上各部位熒光亮度的差異，呈現(xiàn)出工件的透視圖像1。熒光屏呈像法原理如圖 2 所示，射線源輻射的射線貫穿工件到熒光屏上，與射線照相底片比較， 熒光屏呈黑度分布正好相反。工業(yè)射線實(shí)時(shí)成像法X 射線實(shí)時(shí)成像法是將穿過工件之后的射線強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)變?yōu)殡娨晥D像，從而顯示圖像缺陷。它能把射線像增強(qiáng)數(shù)千倍。探傷時(shí)用肉眼直接觀察工件內(nèi)部缺陷。轉(zhuǎn)動(dòng)工件從各個(gè)側(cè)面觀察工件的透視圖像。它也能用于鑄造、焊接工藝連續(xù)觀察。檢測速度快且成本損耗低，有利于自動(dòng)探傷和遠(yuǎn)距離檢測。圖 3 為工業(yè)射線實(shí)時(shí)成像法原理。工業(yè) X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的射線源通常采用鈹窗口小焦點(diǎn)射線機(jī)。成像系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：1)將射線強(qiáng)度

5、分布轉(zhuǎn)變?yōu)殡娨晥D像，并予以將圖像增強(qiáng)的部分。2)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，將圖像送入第三部分。3)電視攝像裝置。第一部分有利用熒光屏來實(shí)現(xiàn)的，也有利用光導(dǎo)管直接攝像的。而實(shí)際中用得較多、效果較好的是像增強(qiáng)器， 它通過熒光層及光電層能夠把入射線的射線轉(zhuǎn)換為光電子的發(fā)射。光電子經(jīng)電場聚 焦，在輸出端熒光屏上顯示出影像縮小而輝度大大提高了的圖像。圖像由光學(xué)系統(tǒng) 送至第三部分，第三部分用光導(dǎo)攝像管或超正析攝像管進(jìn)行攝像，經(jīng)視頻擴(kuò)大，變 為電視圖像。以上三種射線探傷方法相比較，工業(yè) X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)取像，實(shí)時(shí)對(duì)采集圖像進(jìn)行處理，顯像速度快，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化探傷作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)。而傳統(tǒng)的工業(yè)射線照相方法，由于存

6、在工序復(fù)雜，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，大批量檢測時(shí)膠片、藥液損耗大、費(fèi)用高，檢測結(jié)果受人為因素影響較大等缺點(diǎn)，有被 X 射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)所代替的趨勢，這就給無損檢測工作者提出了新的課題，即 X 攝像探傷實(shí)時(shí)成像數(shù)字圖像處理技術(shù)的研究。工業(yè) X 射線實(shí)時(shí)成像處理系統(tǒng)主要由小焦點(diǎn) X 光機(jī)、像增強(qiáng)器、光學(xué)系統(tǒng)、攝像機(jī)、圖像采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)(包括 D/A 轉(zhuǎn)換系統(tǒng))、顯示器、圖像處理模塊、圖像判傷模塊以及圖像保存模塊構(gòu)成。每個(gè)硬件系統(tǒng)都具有自身的固有分辨率，系統(tǒng)的總分辨率是各個(gè)子系統(tǒng)固有分辨率的綜合。系統(tǒng)分辨率最高可達(dá) 1.62.0 LP/mm， 完全能夠滿足工業(yè) X 射線無損探傷圖像質(zhì)量的要求。如果系

7、統(tǒng)設(shè)備性能提高，X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的分辨率會(huì)進(jìn)一步提高。系統(tǒng)構(gòu)成如圖 4 所示。工作原理：由 X 射線影像增強(qiáng)器轉(zhuǎn)換并輸出的 X 光可視圖像，或由讀片儀透照的X 探傷底片圖像，通過攝像機(jī)取像，并將其接收的視頻信號(hào)送入計(jì)算機(jī)圖像處理單元，以 10 爪/s 的速度取圖像，并用 A/D 轉(zhuǎn)換器將輸入的視頻信號(hào)以每秒 10 MHz 的頻率進(jìn)行數(shù)字化。量化后的數(shù)字信號(hào)分辨率為 8bit256 級(jí)灰度層次，然后送入圖像存儲(chǔ)器，此時(shí)可利用計(jì)算機(jī)圖像處理單元對(duì)存入的圖像進(jìn)行處理。主要處理運(yùn)算是各種初等函數(shù)變換，如平方變換、開方變換、指數(shù)變換、對(duì)數(shù)變換以及負(fù)相變換等。主要包括對(duì)比度拉深、均衡化處理、邊緣增強(qiáng)和加

8、法、減法等功能。其它輔助功能還有放大、縮小、各類窗口開設(shè)、時(shí)間日期標(biāo)注、漢字注解。實(shí)時(shí)成像圖像處理系統(tǒng)X 射線探傷實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的 X 光無損探傷系統(tǒng)。該探傷系統(tǒng)適用于任何以 X 光無損探傷為主要探傷方法的企業(yè)，可對(duì)夾雜、氣孔、未焊透等缺陷進(jìn)行檢測和測量。工業(yè) X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)可以分為靜態(tài)檢測與動(dòng)態(tài)檢測兩大部分。在靜態(tài)檢測中，系統(tǒng)包括圖像放大縮小、圖像局部放大、偽彩色、負(fù)像、浮雕、缺陷區(qū)域檢測、缺陷尺寸測量、圖片存儲(chǔ)與查詢、圖像細(xì)節(jié)調(diào)整、標(biāo)注劃線和添字、預(yù)覽和打印多幅圖片、報(bào)表打印等 X 光探傷中的典型功能；在動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)負(fù)像、實(shí)時(shí)偽彩、實(shí)時(shí)降噪、動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)調(diào)

9、整、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)存貯、視頻壓縮存儲(chǔ)和回放功能。因此，X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)具有靜態(tài)檢測靈敏度高和動(dòng)態(tài)檢測智能化程度高等特點(diǎn)，缺陷是實(shí)時(shí)檢測靈敏度高。圖 5 為系統(tǒng)操作界面。企業(yè)常用工件實(shí)時(shí)成像圖像分析對(duì)企業(yè)要求射線探傷的水火電發(fā)電機(jī)組部件鋁風(fēng)葉、焊工試板、銅電纜等做了大量圖像采集與分析調(diào)試實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)成像圖像質(zhì)量和檢出的缺陷靈敏度分析，得出了不同工件實(shí)時(shí)成像探傷時(shí)參數(shù)的最佳匹配值，見表 1。分別用實(shí)時(shí)成像法和普通照相法對(duì)厚度為 12 mm 的焊工試板進(jìn)行取像，成像情況如圖 6 所示，工業(yè) X 射線普通成像效果和實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)圖像顯示效果對(duì)比：圖 6(a) 為普通照相法的取像，圖中透度計(jì)根數(shù)為 3 根，

10、滿足工業(yè)無損檢測 ASME/附錄42標(biāo)準(zhǔn)要求，圖 6(b)為經(jīng)過實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)處理后圖像，圖中透度計(jì)的顯示根數(shù)為根，因此，超過了圖 6(a)中成像靈敏度，而且清晰度明顯高于圖 6(a)，由圖可知實(shí)時(shí)成像法完全能夠達(dá)到 ASME/附錄 42標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且成像效果超于普通X 射線成像法。硬件配置按圖 4 系統(tǒng)工作原理配置硬件系統(tǒng)，其系統(tǒng)硬件配置為：主機(jī)采用獨(dú)立顯卡，1 TB 硬盤，圖像處理器為 5125128bit 256 級(jí)灰度圖像楨存動(dòng)畫 8 幅。輸入輸出經(jīng)過 A/D、D/A 變換。終端輸出選用彩色顯示器，探傷報(bào)告由打印機(jī)輸出。系統(tǒng)工作流程如圖 7 所示。系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)具有對(duì)

11、采集到的數(shù)字灰度圖像等級(jí)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和處理功能， 從而提高圖像的清晰度，缺陷是檢出靈敏度較高。系統(tǒng)軟件全部采用C 語言編制， 將工業(yè) X 射線探傷標(biāo)準(zhǔn) GB3323 及同步電機(jī)專用鋁風(fēng)葉標(biāo)準(zhǔn)編制成軟件程序，具有中西文兩個(gè)版本，對(duì)探傷圖像和探傷底片圖像缺陷評(píng)定、對(duì)工件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)定、對(duì)檢出的圖像缺陷進(jìn)行長度、寬度和面積等測量的功能。對(duì)文字、數(shù)字、字符及日期時(shí)間等進(jìn)行標(biāo)注，通過人機(jī)對(duì)話自動(dòng)生成固定格式的探傷報(bào)告及探傷缺陷記錄， 最終打印機(jī)輸出探傷報(bào)告，如圖 8 所示。工業(yè) X 射線實(shí)時(shí)成像無損檢測系統(tǒng)將所采集的圖像數(shù)字化處理，與傳統(tǒng)的工業(yè) X 射線探傷相比，大大地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省昂貴的膠片和

12、藥液的消耗，實(shí)時(shí)快捷地取像，省去暗室處理的復(fù)雜過程，對(duì)即時(shí)圖像智能化的自動(dòng)識(shí)別、處理和缺陷等級(jí)評(píng)定，還可避免大量評(píng)片時(shí)，肉眼造成的視覺誤差，處理結(jié)果即時(shí)可得。本系統(tǒng)的成功開發(fā)實(shí)用價(jià)值較大，為工業(yè) X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)提供了一定的參考?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】1張偉.射線探傷M.北京：勞動(dòng)人事出版社,2009.2J.柯斯克能，藺春濤，高 冬. 線陣探測(LDA)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. CT 理論與應(yīng)用研究，2002(3)： 12-15.張樹鵬,趙文生. X 射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)在壓力容器無損檢測中的應(yīng)用J.焊管,2007,30(6) .劉力. 數(shù)字實(shí)時(shí)成像(DR)與 X 射線膠片成像對(duì)比分析J. CT 理論與應(yīng)用研究,2005(8)：13-17.胡鶠,侯卓,程耀瑜,等.射線數(shù)字成像檢測儀的光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.光電工程,2004,31(2).程耀瑜,李永紅,張丕壯,等.射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)不