多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測儀的研制

任華榮

(上海板換機械設備有限公司，上海 201508)

長期以來，我國的零部件射線檢測大多仍然采用傳統(tǒng)的膠片照相檢測的方式。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，檢測要求也不盡相同。在批量比較小、任務量不太大的情況下，使用X射線膠片照相法檢測不失為一種操作簡單、高效的、低成本的檢測方法。但對于形狀單一的大批量零部件，傳統(tǒng)的膠片照相檢測就顯得力不從心，單個檢測周期較長，檢測成本過高。X射線實時成像檢測相對于傳統(tǒng)的X射線檢測膠片照相法檢測一次性投入成本較高，但從總成本均攤到單個檢測成本角度而言X射線實時成像檢測檢測成本還是降低了很多，底片不需要暗室處理，節(jié)省檢測時間，工藝流程上也被省略了很多，個人輻射防護更加科學，可實現(xiàn)自動檢測，及時呈現(xiàn)檢測結果，數(shù)據(jù)傳輸存儲方便，必要時可以實時錄制檢測視頻，使得檢測過程得以再現(xiàn)。在一些大批量的檢測或者每天檢測量非常大的情況下更節(jié)省時間，提高工作效率。而目前X射線實時成像檢測設備則主要依賴進口。根據(jù)這種現(xiàn)狀，適時研究開發(fā)多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測儀，滿足不同產(chǎn)品的檢測需求就具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 X射線數(shù)字成像檢測儀系統(tǒng)構成和選型

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

1.1 X射線檢測機

根據(jù)檢測需求和實際檢測過程中積累的經(jīng)驗，該X射線檢測機配備了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，射線管選擇有兩個焦點，大焦點1.8 mm[EN 336，3.6 mm，EN12543]，射線管功率1600 W，小焦點0.8 mm[EN336，1.9 mm，EN12543]，射線管功率640 W，兩個焦點均可用于實時成像系統(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/油流動速度為4 L/min，同時冷卻系統(tǒng)通過對冷卻水/油的流動速度和溫度進行連續(xù)監(jiān)控，以保護X射線管，關機后，冷卻系統(tǒng)可自動根據(jù)設定的時間繼續(xù)運轉，防止大量的熱量聚集，以保護并延長X射線管的使用壽命。所選用的這種類型的X射線檢測機，它具有射線輸出穩(wěn)定、波紋小、轉化率高、穿透能力強、影像清晰度高等特點。

1.2 X射線接收器

對于多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測儀這樣的儀器，選擇面型成像裝置是合理的，因為零部件的檢測，多需要實時動態(tài)、多方位、多角度、多位置進行檢測，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)級高速非晶硅(a-Si)X射線數(shù)字探測器，型號為PS1313DX平板成像器，有效接收區(qū)域為300×300 mm，高吸收率的CsI(碘化銫)閃爍體，顯示屏灰度等級可達到655636(16bit)。這一系列的平板成像器高速、高圖像質量特別適用于鑄件等厚度變化較大的被檢測件。

1.3 檢測機械與工裝夾具

多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測儀主題部分如圖1所示。

圖1 多功能檢測系統(tǒng)示意圖

X射線數(shù)字成像檢測儀主要特點是：設備模塊化集成設計，集成度高，運動平穩(wěn)，噪聲低，簡單可靠，易于生產(chǎn)加工，成本低。同時，安裝使用方便，能夠滿足各種復雜小型零部件實現(xiàn)半自動化射線檢測的要求，有較高的生產(chǎn)效率。適用面廣，射線檢測機和成像器具有升降調(diào)節(jié)功能(手動)，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準被檢部位，以利于獲得高質量的檢測圖像，適合檢測體積小、重量輕、形狀復雜、批量大的各行業(yè)的工件射線檢測。

為了最大程度方便安裝使用，運動機構和射線防護設計應為一整體結構，不需要對地基預埋件及開孔挖溝，方便現(xiàn)場安裝，同時減少占地面積。

探傷室內(nèi)外可安裝攝像頭，用于觀察探傷室內(nèi)系統(tǒng)運行的情況，保證系統(tǒng)的安裝運行。監(jiān)視器畫面通過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，設有缺陷標記裝置，當被檢件中檢測到存在缺陷時，利用遠程控制缺陷標記裝置在被檢件的缺陷部位打上標記，以便定位缺陷，進行返修和統(tǒng)計。缺陷標記裝置采用機械打印的方式(類似蓋章或噴碼)來標記。由微型氣缸驅動，遠程控制，設計為腳踏的開關方式來啟動，檢測人員當發(fā)現(xiàn)被檢件存在缺陷時，及時的踩下腳踏開關即可。

1.4 電氣自動化控制系統(tǒng)

設備由電氣控制系統(tǒng)是一套由計算機、PLC可編程控制器及控制軟件、伺服電機、步進電機、變頻器、三相異步交流機、安全限位裝置等構成的一套高精度數(shù)控設備，具有控制精度高、運動速度和運行長度均連續(xù)可調(diào)、定位準確、無級調(diào)速、運行平穩(wěn)可靠、帶記憶功能等優(yōu)點。運行參數(shù)由計算機設置完成。具有自動檢測功能，根據(jù)工件輸入的參數(shù)，自動完成檢測。設備配備有兩套操作方式：計算機集中控制自動方式，在成像軟件中有控制界面；操作臺手動方式控制，操作臺上有急停開關、運行按鈕及到位指示燈，還有自動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檢測系統(tǒng)的核心部分，由X射線成像器、工控計算機、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、動態(tài)降噪、實時顯示、動態(tài)存儲、機械裝置自動控制等任務可對采集的圖像進行亮度和對比度調(diào)整、灰度直方圖、圖像(灰度)校正、正負片切換、銳化、邊界加強、立體化顯示、圖像放大、壞點校正、不一致性校正等；可對感興趣的區(qū)域進行局部圖像處理，具有動態(tài)實時圖像和靜態(tài)降噪圖像同時顯屏等特點，更進一步對缺陷定量化分析，并保存。同時為人工評定焊縫質量提供了諸多的工具，如尺寸測量，缺陷類別描述，并可將缺陷類別描述添加至圖像上，給評片人員精確定性、定量判定缺陷提供了方便。圖像的尺寸標定、評定結果、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。檢測圖像存儲模塊，專用16bit圖像格式或tif兼容圖像格式，并用光盤存儲，每張DVD光盤可保存約320 m2的零件檢測圖像。

2 整機主要技術指標與性能

通過我們的設計，整機技術指標達到預期設計要求，具體指標如表1所示。

表1 X射線數(shù)字成像檢測儀整機技術指標

X射線檢測機選用定向陶瓷管射線機，設備外框選用4 mm不銹鋼板內(nèi)襯2 mm鉛板，檢測時，工作區(qū)應按GB117的規(guī)定劃定控制區(qū)和管理區(qū)、設置警告標志。檢測人員需佩戴個人劑量計和劑量報警儀，像質計按NB/T 47013.2-2015要求選用，按NB/T 47013.2-2015進行質量等級評定。

3 結論

多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測儀的研制，涉及了機械設計、電氣控制原理、X射線輻射防護、CCD成像、數(shù)據(jù)傳輸、計算機應用、軟件設計開發(fā)、安全保護等各個專業(yè)，是各個專業(yè)協(xié)同合作的結果。該設備配置可根據(jù)檢測需求，選擇配備合適的射線檢測機能量，能采用圖像增強器、平板探測器、線性陣列探測器等多種圖像掃描形式而無需太多的改動。通過多次現(xiàn)場檢測使用證明，此多功能零部件X射線數(shù)字成像檢測儀各項指標滿足設計要求，檢測靈敏度高，缺陷定位準確，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，特別適合大批量檢測。