氣缸套缺陷的x射線自動(dòng)檢測(cè)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種氣缸套缺陷的X射線自動(dòng)檢測(cè)裝 置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣缸套作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，生產(chǎn)批量大，質(zhì)量要求高，然而在鑄造、機(jī)械 加工過(guò)程中，由于材料本身內(nèi)應(yīng)力、夾緊力等作用容易引起微觀裂紋和鑄造過(guò)程中形成的 氣孔、砂眼等內(nèi)在缺陷，如果這些缺陷出現(xiàn)在高溫高壓工作條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)中，很容易引起 發(fā)動(dòng)機(jī)的失效并導(dǎo)致安全事故。因此，對(duì)大批量氣缸套的快速、高效、無(wú)損檢測(cè)就尤為重要。
[0003] 當(dāng)前比較先進(jìn)的檢測(cè)手段主要有渦流檢測(cè)法與X射線檢測(cè)法。渦流法只能檢測(cè)到 氣缸套表面或近表面缺陷，對(duì)深層缺陷難以探測(cè)；X射線法則是將氣缸套置于X射線源與成 像器件之間，通過(guò)人眼反復(fù)觀察工件在多個(gè)方位下的射線圖像進(jìn)而判斷工件合格與否，一 方面對(duì)雙層壁厚的探測(cè)會(huì)造成獲取圖像的分辨率下降，而且對(duì)于有外螺紋的氣缸套影響更 大，另一方面判別結(jié)果受工人的經(jīng)驗(yàn)及眼睛的疲勞程度影響，對(duì)于有缺陷的氣缸套難以快 速確定該缺陷位于射線束穿透方向的前壁還是后壁。這種方法費(fèi)用高、準(zhǔn)確率低且費(fèi)時(shí)，難 以滿足大批量快速準(zhǔn)確檢測(cè)的生產(chǎn)要求。
[0004] 具體來(lái)講，當(dāng)前的氣缸套缺陷X射線檢測(cè)方法如圖1，4為計(jì)算機(jī)，2為檢測(cè)工作臺(tái)， 3為X射線管，9為氣缸套（待檢測(cè)），6為面陣式成像器件。
[0005] 現(xiàn)有檢測(cè)方法是人工打開(kāi)鉛房，把氣缸套9放置在X射線管3與面陣式成像器件 6之間，射線源發(fā)出射線穿透工件后在成像器件上成像并送往計(jì)算機(jī)4,工人觀察計(jì)算機(jī)屏 幕上的帶有氣缸套內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的X射線圖像進(jìn)而判別工件合格與否，而且一般需要轉(zhuǎn)動(dòng) 工件在多個(gè)角度下反復(fù)觀察判別。這種人工檢測(cè)方法弊端如下：
[0006] (1)人眼識(shí)別方法速度慢、效率低，難以滿足大批量的高效快速檢測(cè)要求，且識(shí)別 結(jié)果帶有工人主觀性而難免誤檢。
[0007] (2)為了提高檢測(cè)速度而采用面陣式探測(cè)器，氣缸套必須放置于射線源（X射線 管）與面陣式成像器件中間，雙層壁厚的成像造成了實(shí)際圖像分辨率的下降，氣缸套有外 螺紋時(shí)由于前后壁螺紋的不規(guī)則交叉重疊成像影響更嚴(yán)重。此外，對(duì)于均勻壁厚的氣缸套， 在實(shí)際成像時(shí)會(huì)產(chǎn)生與氣缸套自身弧長(zhǎng)有關(guān)的正弦效應(yīng)，造成在射線束光路上實(shí)際穿透的 鑄件壁厚中間薄兩邊厚，所成圖像中間偏亮兩邊偏暗的灰度不一致，給識(shí)別帶來(lái)困難，對(duì)于 識(shí)別出的缺陷也難以判別是前壁缺陷還是后壁缺陷。如圖2所示為一平行X射線束10穿 透均勻壁厚氣缸套某一截面11后所成圖像的灰度分布圖，由圖可見(jiàn)，在x軸向上，1、5點(diǎn)的 灰度值f(x)最高，因?yàn)樯渚€束與氣缸套外圓相切，射線沒(méi)有衰減直接打在成像屏上；2、4點(diǎn) 灰度值最低，因?yàn)樯渚€束實(shí)際穿透的氣缸套壁最厚，射線衰減也最多；中間點(diǎn)3點(diǎn)則最為真 實(shí)反映了射線束垂直穿透雙層壁厚所成圖像的灰度值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明為解決目前氣缸套等具有筒狀結(jié)構(gòu)的零部件在進(jìn)行射線檢測(cè)時(shí)采集到的 圖像不能準(zhǔn)確反映產(chǎn)品缺陷進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題，提供一種氣缸套缺陷的 X射線自動(dòng)檢測(cè)裝置和方法。
[0009] 本發(fā)明所述的氣缸套缺陷的X射線自動(dòng)檢測(cè)裝置是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一 種氣缸套缺陷的X射線自動(dòng)檢測(cè)裝置，包括計(jì)算機(jī)控制與圖像處理單元、檢測(cè)工作臺(tái)和X射 線管；還包括與X射線管相配合的線陣式成像器件；所述線陣式成像器件通過(guò)探測(cè)器支撐 臂支撐并與計(jì)算機(jī)控制與圖像處理單元相連接；所述檢測(cè)工作臺(tái)可上下升降以及360度自 由旋轉(zhuǎn)并用于將氣缸套頂起套在線陣式成像器件的外圍，計(jì)算機(jī)控制與圖像處理單元通過(guò) 機(jī)電控制模塊控制檢測(cè)工作臺(tái)和探測(cè)器支撐臂的動(dòng)作。
[0010] 本發(fā)明所采用的裝置可以將氣缸套套在線陣式成像器件的外圍，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸套 就可以獲得氣缸套一周的X射線圖像，相當(dāng)于將圓筒狀的氣缸套展開(kāi)成一個(gè)平面，從而獲 得氣缸套的單壁成像，這樣就避免了現(xiàn)有檢測(cè)方法中存在的圖像分辨率的下降導(dǎo)致檢測(cè)結(jié) 果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。檢測(cè)工作臺(tái)可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011] 本發(fā)明所述的氣缸套缺陷的X射線自動(dòng)檢測(cè)方法是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一 種氣缸套缺陷的X射線自動(dòng)檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :檢測(cè)裝置啟動(dòng)后，系統(tǒng)初始化：①確定檢測(cè)的氣缸套型號(hào)，根據(jù)其壁厚自 動(dòng)確定需要的X射線管電壓與管電流大??；②根據(jù)實(shí)際檢測(cè)需要確定檢測(cè)的氣缸套缺陷類 型與缺陷尺寸，檢測(cè)裝置據(jù)此自動(dòng)確定檢測(cè)工作臺(tái)圍繞旋轉(zhuǎn)軸做周向旋轉(zhuǎn)的最大旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng) n°，n 能被 360 整除，N = 360/n ;
[0013]步驟2:計(jì)算機(jī)控制與圖像處理單元發(fā)出指令，機(jī)電控制模塊將批量氣缸套工件 依次送到檢測(cè)工作臺(tái)位置；
[0014] 步驟3 :當(dāng)檢測(cè)工件到達(dá)檢測(cè)工作臺(tái)后，機(jī)電控制模塊自動(dòng)將載有氣缸套的檢測(cè) 工作臺(tái)垂直向上頂起，使得氣缸套完全套在線陣式成像器件外圍，并且氣缸套靠近X射線 管發(fā)射端一側(cè)的前壁盡可能靠近線陣式成像器件的成像面；
[0015] 步驟4 :X射線管發(fā)出X射線束透照氣缸套，線陣式成像器件獲取緊靠它的氣缸套 前壁的一列數(shù)據(jù)，記為X1:
[0016] Xj= (x n, x21, xM1)T (1)
[0017] 其中，&為11維列向量，表示線陣式成像器件在豎直方向上采集到的像元個(gè)數(shù)，符 號(hào)T表不轉(zhuǎn)置；
[0018] 步驟5 :檢測(cè)工作臺(tái)帶動(dòng)氣缸套以該型號(hào)氣缸套對(duì)應(yīng)的最大旋轉(zhuǎn)步長(zhǎng)n°做周向 間歇式勻速旋轉(zhuǎn)并采集數(shù)據(jù)，與步驟4相同的方法獲取以下N-1組M維數(shù)據(jù)：
[0019]
[0020] 步驟6 :將公式⑴和公式⑵中的N組M維列向量的數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合為M行N列 的圖像矩陣X:
[0021]
衡：
[0022] 其中，矩陣X即是相當(dāng)于將氣缸套周向展開(kāi)后所成的單壁全景X射線圖像，矩陣中 的元素 Xlj表示圖像在第i行第j列的像素灰度值，圖像大小為MXN ;
[0023] 步驟7 :對(duì)獲得的單壁全景X射線圖像進(jìn)行判斷；逐個(gè)完成對(duì)氣缸套的檢測(cè)。
[0024] 由于在成像過(guò)程中，氣缸套的圖像數(shù)據(jù)均是在射線源與探測(cè)器之間并貼近探測(cè)器 成像面的單壁垂直成像，這種成像方法在本質(zhì)上相當(dāng)于將氣缸套展開(kāi)成矩形面板后由線陣 探測(cè)器逐列掃描成像。對(duì)于一個(gè)均勻壁厚且沒(méi)有缺陷的合格氣缸套，忽略X射線的不一致 性與系統(tǒng)噪聲等影響因素，理想情況下圖像X的每一列數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)元素，理論上都應(yīng)該近似 完全相同，即上述公式（1)和公式（2)中，應(yīng)該有：
[0025] Xi= X 2 =…=X .j =…=X N (7)
[0026] 也即在公式（3)中每一行的數(shù)據(jù)灰度值在理論上均應(yīng)該相等，這樣就避免了雙層 壁面陣式成像時(shí)由于弧長(zhǎng)引起的正弦效應(yīng)。
[0027] 如圖4所示為一平行X射線束10穿透均勻壁厚氣缸套某一單層展開(kāi)截面12后所 成圖像的灰度分布圖4。由圖可見(jiàn)，在垂直于氣缸套軸向某一斷面處，沿著圓周方向上的氣 缸套斷面灰度值大小一致，克服了弧長(zhǎng)引起的正弦效應(yīng)。相比于雙層壁成像，單壁成像法顯 著提高了圖像的分辨率，在氣缸套有外螺紋情況下明顯克服了在雙層壁成像中前后壁螺紋 的不規(guī)則交叉干擾。
[0028] 實(shí)際成像檢測(cè)中，由于X射線及其它外界因素的影響，公式（7)中所述的每一列數(shù) 據(jù)對(duì)應(yīng)元素應(yīng)該近似相等：
[0029] X產(chǎn)X產(chǎn)…~X產(chǎn)…~XN (8)
[0030] 對(duì)于所獲得的單壁全景X射線圖像，可以采用各種現(xiàn)有的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)；由 于獲得了待測(cè)氣缸套的單壁全景X射線圖像，使得圖像能夠最大限度的反映出待測(cè)氣缸套 的特征，從而為測(cè)量的精確性奠定了基礎(chǔ)。
[0031] 進(jìn)一步的，計(jì)算機(jī)控制與圖像處理單元通過(guò)快速差影法對(duì)采集到單壁全景X射線 圖像的氣缸套進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)；所述快速差影法包括如下步驟：
[0032] 步驟a :由步驟1已知缺陷的類型與尺寸，假設(shè)所