多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀的研制

任華榮

(上海板換機(jī)械設(shè)備有限公司，上海 201508)

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的零部件射線檢測(cè)大多仍然采用傳統(tǒng)的膠片照相檢測(cè)的方式。由于零部件材料呈多樣性，形狀差異性較大，加工方式各異，產(chǎn)品種類繁多，品種多，數(shù)量大，產(chǎn)生的缺陷類型各不相同，檢測(cè)要求也不盡相同。在批量比較小、任務(wù)量不太大的情況下，使用X射線膠片照相法檢測(cè)不失為一種操作簡(jiǎn)單、高效的、低成本的檢測(cè)方法。但對(duì)于形狀單一的大批量零部件，傳統(tǒng)的膠片照相檢測(cè)就顯得力不從心，單個(gè)檢測(cè)周期較長(zhǎng)，檢測(cè)成本過(guò)高。X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)相對(duì)于傳統(tǒng)的X射線檢測(cè)膠片照相法檢測(cè)一次性投入成本較高，但從總成本均攤到單個(gè)檢測(cè)成本角度而言X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)檢測(cè)成本還是降低了很多，底片不需要暗室處理，節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，工藝流程上也被省略了很多，個(gè)人輻射防護(hù)更加科學(xué)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，及時(shí)呈現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果，數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)方便，必要時(shí)可以實(shí)時(shí)錄制檢測(cè)視頻，使得檢測(cè)過(guò)程得以再現(xiàn)。在一些大批量的檢測(cè)或者每天檢測(cè)量非常大的情況下更節(jié)省時(shí)間，提高工作效率。而目前X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)設(shè)備則主要依賴進(jìn)口。根據(jù)這種現(xiàn)狀，適時(shí)研究開(kāi)發(fā)多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀，滿足不同產(chǎn)品的檢測(cè)需求就具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀系統(tǒng)構(gòu)成和選型

多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀組要包括以下5個(gè)部分：X射線檢測(cè)機(jī)、X射線接收器、檢測(cè)機(jī)械與工裝夾具、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)、圖像處理工作站。

1.1 X射線檢測(cè)機(jī)

根據(jù)檢測(cè)需求和實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)，該X射線檢測(cè)機(jī)配備了320 kV直流恒壓高壓發(fā)生器CF320，高壓發(fā)生器輸出功率1800 W，射線管選擇有兩個(gè)焦點(diǎn)，大焦點(diǎn)1.8 mm[EN 336，3.6 mm，EN12543]，射線管功率1600 W，小焦點(diǎn)0.8 mm[EN336，1.9 mm，EN12543]，射線管功率640 W，兩個(gè)焦點(diǎn)均可用于實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)；出射線束的角度為40°；固有濾波為1 mm Be；冷卻系統(tǒng)的冷卻水/油流動(dòng)速度為4 L/min，同時(shí)冷卻系統(tǒng)通過(guò)對(duì)冷卻水/油的流動(dòng)速度和溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，以保護(hù)X射線管，關(guān)機(jī)后，冷卻系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)設(shè)定的時(shí)間繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止大量的熱量聚集，以保護(hù)并延長(zhǎng)X射線管的使用壽命。所選用的這種類型的X射線檢測(cè)機(jī)，它具有射線輸出穩(wěn)定、波紋小、轉(zhuǎn)化率高、穿透能力強(qiáng)、影像清晰度高等特點(diǎn)。

1.2 X射線接收器

對(duì)于多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀這樣的儀器，選擇面型成像裝置是合理的，因?yàn)榱悴考臋z測(cè)，多需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、多方位、多角度、多位置進(jìn)行檢測(cè)，只有面型成像單元符合這一要求。根據(jù)這一需求，我們選擇了最新的工業(yè)級(jí)高速非晶硅(a-Si)X射線數(shù)字探測(cè)器，型號(hào)為PS1313DX平板成像器，有效接收區(qū)域?yàn)?00×300 mm，高吸收率的CsI(碘化銫)閃爍體，顯示屏灰度等級(jí)可達(dá)到655636(16bit)。這一系列的平板成像器高速、高圖像質(zhì)量特別適用于鑄件等厚度變化較大的被檢測(cè)件。

1.3 檢測(cè)機(jī)械與工裝夾具

多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀主題部分如圖1所示。

圖1 多功能檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀主要特點(diǎn)是：設(shè)備模塊化集成設(shè)計(jì)，集成度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低，簡(jiǎn)單可靠，易于生產(chǎn)加工，成本低。同時(shí)，安裝使用方便，能夠滿足各種復(fù)雜小型零部件實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化射線檢測(cè)的要求，有較高的生產(chǎn)效率。適用面廣，射線檢測(cè)機(jī)和成像器具有升降調(diào)節(jié)功能(手動(dòng))，調(diào)節(jié)最適宜的焦距和放大倍數(shù)，水平左右可調(diào)，確保主射線束始終對(duì)準(zhǔn)被檢部位，以利于獲得高質(zhì)量的檢測(cè)圖像，適合檢測(cè)體積小、重量輕、形狀復(fù)雜、批量大的各行業(yè)的工件射線檢測(cè)。

為了最大程度方便安裝使用，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和射線防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)為一整體結(jié)構(gòu)，不需要對(duì)地基預(yù)埋件及開(kāi)孔挖溝，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝，同時(shí)減少占地面積。

探傷室內(nèi)外可安裝攝像頭，用于觀察探傷室內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行的情況，保證系統(tǒng)的安裝運(yùn)行。監(jiān)視器畫面通過(guò)視頻分割器分別顯示在監(jiān)視器上，布局緊湊，易于觀察。另外，設(shè)有缺陷標(biāo)記裝置，當(dāng)被檢件中檢測(cè)到存在缺陷時(shí)，利用遠(yuǎn)程控制缺陷標(biāo)記裝置在被檢件的缺陷部位打上標(biāo)記，以便定位缺陷，進(jìn)行返修和統(tǒng)計(jì)。缺陷標(biāo)記裝置采用機(jī)械打印的方式(類似蓋章或噴碼)來(lái)標(biāo)記。由微型氣缸驅(qū)動(dòng)，遠(yuǎn)程控制，設(shè)計(jì)為腳踏的開(kāi)關(guān)方式來(lái)啟動(dòng)，檢測(cè)人員當(dāng)發(fā)現(xiàn)被檢件存在缺陷時(shí)，及時(shí)的踩下腳踏開(kāi)關(guān)即可。

1.4 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

設(shè)備由電氣控制系統(tǒng)是一套由計(jì)算機(jī)、PLC可編程控制器及控制軟件、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變頻器、三相異步交流機(jī)、安全限位裝置等構(gòu)成的一套高精度數(shù)控設(shè)備，具有控制精度高、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)行長(zhǎng)度均連續(xù)可調(diào)、定位準(zhǔn)確、無(wú)級(jí)調(diào)速、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、帶記憶功能等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)行參數(shù)由計(jì)算機(jī)設(shè)置完成。具有自動(dòng)檢測(cè)功能，根據(jù)工件輸入的參數(shù)，自動(dòng)完成檢測(cè)。設(shè)備配備有兩套操作方式：計(jì)算機(jī)集中控制自動(dòng)方式，在成像軟件中有控制界面；操作臺(tái)手動(dòng)方式控制，操作臺(tái)上有急停開(kāi)關(guān)、運(yùn)行按鈕及到位指示燈，還有自動(dòng)限位和到位指示等功能。

1.5 圖像處理工作站

圖像處理工作站是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的核心部分，由X射線成像器、工控計(jì)算機(jī)、圖像數(shù)據(jù)采集適配卡，圖像處理軟件PC-PLC通訊及控制軟件等部分組成。主要完成數(shù)字圖像的采集、動(dòng)態(tài)降噪、實(shí)時(shí)顯示、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)、機(jī)械裝置自動(dòng)控制等任務(wù)可對(duì)采集的圖像進(jìn)行亮度和對(duì)比度調(diào)整、灰度直方圖、圖像(灰度)校正、正負(fù)片切換、銳化、邊界加強(qiáng)、立體化顯示、圖像放大、壞點(diǎn)校正、不一致性校正等；可對(duì)感興趣的區(qū)域進(jìn)行局部圖像處理，具有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像和靜態(tài)降噪圖像同時(shí)顯屏等特點(diǎn)，更進(jìn)一步對(duì)缺陷定量化分析，并保存。同時(shí)為人工評(píng)定焊縫質(zhì)量提供了諸多的工具，如尺寸測(cè)量，缺陷類別描述，并可將缺陷類別描述添加至圖像上，給評(píng)片人員精確定性、定量判定缺陷提供了方便。圖像的尺寸標(biāo)定、評(píng)定結(jié)果、透照工藝、數(shù)字簽名等信息保存于同一原始圖像文件中，保證了圖像數(shù)據(jù)的安全性和唯一性。檢測(cè)圖像存儲(chǔ)模塊，專用16bit圖像格式或tif兼容圖像格式，并用光盤存儲(chǔ)，每張DVD光盤可保存約320 m2的零件檢測(cè)圖像。

2 整機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)與性能

通過(guò)我們的設(shè)計(jì)，整機(jī)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，具體指標(biāo)如表1所示。

表1 X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀整機(jī)技術(shù)指標(biāo)

X射線檢測(cè)機(jī)選用定向陶瓷管射線機(jī)，設(shè)備外框選用4 mm不銹鋼板內(nèi)襯2 mm鉛板，檢測(cè)時(shí)，工作區(qū)應(yīng)按GB117的規(guī)定劃定控制區(qū)和管理區(qū)、設(shè)置警告標(biāo)志。檢測(cè)人員需佩戴個(gè)人劑量計(jì)和劑量報(bào)警儀，像質(zhì)計(jì)按NB/T 47013.2-2015要求選用，按NB/T 47013.2-2015進(jìn)行質(zhì)量等級(jí)評(píng)定。

3 結(jié)論

多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀的研制，涉及了機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣控制原理、X射線輻射防護(hù)、CCD成像、數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、安全保護(hù)等各個(gè)專業(yè)，是各個(gè)專業(yè)協(xié)同合作的結(jié)果。該設(shè)備配置可根據(jù)檢測(cè)需求，選擇配備合適的射線檢測(cè)機(jī)能量，能采用圖像增強(qiáng)器、平板探測(cè)器、線性陣列探測(cè)器等多種圖像掃描形式而無(wú)需太多的改動(dòng)。通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)使用證明，此多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測(cè)儀各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)靈敏度高，缺陷定位準(zhǔn)確，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，特別適合大批量檢測(cè)。