基于paxscan的焊接構(gòu)件數(shù)字化智能檢查系統(tǒng)

基于paxscan的焊接構(gòu)件數(shù)字化智能檢查系統(tǒng)

0平板傳感檢測(cè)系統(tǒng)x-rail廣泛用于焊接損壞檢測(cè)，具有良好的優(yōu)點(diǎn)。平板感應(yīng)器是20世紀(jì)末研發(fā)的一種新型器材,它能接受X-RAY,并將X-RAY轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),最終經(jīng)計(jì)算機(jī)成像軟件處理后,變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字化圖像。平板感應(yīng)器成像技術(shù)具有數(shù)字化、快速、高效和面積大等優(yōu)點(diǎn)。以前的射線成像判定法需購(gòu)買大量膠卷、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng),與焊件質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)信息化、高技術(shù)化的發(fā)展趨勢(shì)不相符。在此研制了一種基于平板感應(yīng)器的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)的成像質(zhì)量能夠達(dá)到工業(yè)無(wú)損檢測(cè)最高級(jí)B級(jí)要求。軟硬件配合,能夠?qū)崿F(xiàn)焊接缺陷的自動(dòng)和人工檢測(cè),檢測(cè)準(zhǔn)確率高,速度快,對(duì)于提高焊件檢測(cè)的技術(shù)水平、縮短施工時(shí)間,提高焊件質(zhì)量很有意義。1x射線傳感器系統(tǒng)1.1x-/15mviAmericanVarian公司的平板感應(yīng)器類型多,尺寸也因工作場(chǎng)合的不同需求而各異。主要的產(chǎn)品面積為130mm×130mm~400mm×300mm。它能接收的射線能量范圍也很廣,可以實(shí)現(xiàn)X-RAY從0.1~5Mev。該感應(yīng)器成像速度快,滿足工業(yè)實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求。感應(yīng)器外觀如圖1所示。感應(yīng)器的工作原理或者信號(hào)的傳輸過(guò)程為:X射線照射到面板上,通過(guò)閃爍屏,射線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光子,然后通過(guò)光敏二極管,光信號(hào)變成電信號(hào),通過(guò)感應(yīng)器內(nèi)部的放大、數(shù)字化等處理過(guò)程和運(yùn)算,最終變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字圖像編碼。感應(yīng)器的工作原理示意如圖2所示。1.2fpd成像技術(shù)的應(yīng)用在數(shù)字化技術(shù)出現(xiàn)以前,以膠片照相為基礎(chǔ)的技術(shù)是X-RAY探傷領(lǐng)域的主流技術(shù)。膠片技術(shù)主要的優(yōu)點(diǎn)是成像圖片失真小,理論上可任意放大觀看。但是這種基于膠片的技術(shù),從照相、沖洗膠卷到最后的底片成型,是一個(gè)不能分割的完整過(guò)程,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致不能修復(fù)和更改的缺陷。而且底片的評(píng)判完全由人工判定,并且對(duì)燈光有特定的要求,根本不能實(shí)現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)判別。這是膠片技術(shù)的最大缺陷。數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)為克服膠片技術(shù)的上述缺陷提供了可能?；贔PD的成像技術(shù)能夠?qū)⒄麄€(gè)圖像的獲取和評(píng)判過(guò)程分解成若干個(gè)獨(dú)立的部分,并且各個(gè)過(guò)程的原始數(shù)據(jù)可以保存。這樣,即使在單個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,由于原始數(shù)據(jù)的存在,通過(guò)計(jì)算機(jī)的特定算法處理后,可以有效消除誤差和錯(cuò)誤,實(shí)現(xiàn)探傷檢測(cè)的準(zhǔn)確和高效。并且數(shù)字技術(shù)便于傳輸,數(shù)字化的圖像不用特定的存儲(chǔ)介質(zhì),也不需要特定的判定條件,只要有計(jì)算機(jī)即可?？梢詫?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集信息,計(jì)算機(jī)自動(dòng)判別。也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)無(wú)線傳輸給遠(yuǎn)方的專家,實(shí)現(xiàn)人工異地評(píng)片。整個(gè)系統(tǒng)的主要工作流程為:小焦點(diǎn)的射線機(jī)發(fā)出錐束狀高能X-RAY射線穿過(guò)被檢測(cè)的焊接構(gòu)件,衰減后的射線照射到平板感應(yīng)器,FPD將射線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光子,然后通過(guò)光敏二極管,光信號(hào)變成電信號(hào),通過(guò)感應(yīng)器內(nèi)部的放大、數(shù)字化等處理過(guò)程和運(yùn)算,最終轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字圖像。上述過(guò)程為圖像的采集過(guò)程。采集后的圖像傳給控制柜內(nèi)的計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行降噪、灰度調(diào)整等預(yù)處理,提高圖像的質(zhì)量。然后利用特定的圖像識(shí)別軟件判別焊件的焊縫。判斷焊件的焊縫是否有缺陷,如果有缺陷,進(jìn)而給出缺陷的位置、大小、形狀、類型等信息。系統(tǒng)中控制柜內(nèi)有兩臺(tái)計(jì)算機(jī),一臺(tái)控制整個(gè)系統(tǒng)的硬件,另一臺(tái)專門負(fù)責(zé)焊件焊縫的質(zhì)量評(píng)判工作。該評(píng)判軟件可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)判別,也可以由有經(jīng)驗(yàn)的探傷人員人工判別。并且控制柜內(nèi)有遠(yuǎn)程信號(hào)傳送子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)有線和無(wú)線兩種方式的焊縫監(jiān)測(cè)信息遠(yuǎn)程快速傳送,為實(shí)現(xiàn)人工異地評(píng)片提供了保障。探傷系統(tǒng)組成示意如圖3所示。2x射線傳感器的成像2.1焊縫圖像的檢測(cè)在圖像采集過(guò)程中,從X-RAY平板感應(yīng)器獲取圖像、處理圖像的所有環(huán)節(jié),都可能因電磁輻射或者信號(hào)傳輸衰減等原因帶來(lái)噪聲,最終導(dǎo)致計(jì)算機(jī)獲取的數(shù)字編碼圖像與焊縫的真實(shí)圖像差異較大,掩蓋了某些缺陷,或者出現(xiàn)某些偽缺陷,致使計(jì)算機(jī)誤判。要想獲得準(zhǔn)確的評(píng)判結(jié)果,必須獲取高質(zhì)量的焊縫圖像。所以需要針對(duì)不同的情況對(duì)感應(yīng)器的圖像進(jìn)行校正。2.2微型設(shè)備噪聲和校正2.2.1圖像像素大小用f表示感應(yīng)器采集的焊縫圖像灰度,噪聲抑制算法為式中k為平板感應(yīng)器采集的焊縫X-RAY照片的數(shù)量;h,w為照片的邊長(zhǎng);ft為焊縫照片第t個(gè)時(shí)刻的像素大小;(x,y)為X-RAY焊縫圖片的像素坐標(biāo)。實(shí)驗(yàn)證明,隨著疊加圖像數(shù)量的增加,圖形標(biāo)準(zhǔn)差在下降。疊加8幅以上的圖形后,σ已經(jīng)小于10。試驗(yàn)結(jié)果證明這種方法能夠有效降低該種噪聲。2.2.2原始圖像:fmx,y焊縫圖片的誤差源于某些初始信號(hào)的缺失,校正公式為式中f(x,y)為校正后的圖像;fm(x,y)為某一原始焊縫圖片;fn(x,y)為無(wú)X-RAY照射下的焊縫照片。如果計(jì)算機(jī)的硬件配置足夠高,運(yùn)算速度最夠快,k和s可以在一定范圍內(nèi)選取大一些的值。2.2.3焊縫照片背景模型為了校正感應(yīng)器對(duì)不同強(qiáng)度X-RAY的不均勻性,先在暗、中、亮三個(gè)場(chǎng)合收集若干圖形,三場(chǎng)中圖形的灰度記作fd0(x,y),fm0(x,y),fl0(x,y)。如果計(jì)算機(jī)中數(shù)字焊縫照片為n位,可以推導(dǎo)出最終焊縫圖片灰度為fl(x,y)=2n-1。焊縫圖片的灰度差異性校正有很多方法。折線法是相對(duì)簡(jiǎn)單的一種,用軟件實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)單。如圖4所示,則fm0(x,y)校正后的灰度f(wàn)m(x,y)可近似表示為推導(dǎo)出校正后的灰度f(wàn)x的計(jì)算公式2.3透度計(jì)的焊縫用鋼板焊縫利用上述各種校正算法,從軟件層面對(duì)面陣感應(yīng)器成像校正后,在X-RAY射線感應(yīng)器系統(tǒng)最理想的工程狀況(射線機(jī)電壓59kV,射線機(jī)電流1.4mA,管子焦點(diǎn)0.8m×0.8mm,焦距1330mm,幀周期6.2s)下,將透度計(jì)安放在均勻鋼板焊縫上,最理想的試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可見(jiàn),10mm厚度的均勻焊縫在不借助任何設(shè)備和儀器的條件下,透度計(jì)的第6根絲能用肉眼清晰地看到,透度計(jì)的第7根絲不是特別清晰,但肉眼能夠觀測(cè)到。透過(guò)6mm厚度的均勻焊縫,能用肉眼比較清楚的看到透度計(jì)的第7根絲。X-RAY成像工業(yè)檢測(cè)的最高級(jí)要求是B級(jí),本系統(tǒng)的成像質(zhì)量能夠輕松達(dá)到。另外,圖片中氣泡、空等微小焊縫缺陷,也能用肉眼觀測(cè)出來(lái)。3圖像檢測(cè)軟件3.1探傷檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)軟件充分利用了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的硬件運(yùn)算速度,集成和借鑒了計(jì)算機(jī)軟件中SQL、MATLAB、Excel等數(shù)據(jù)處理和計(jì)算功能。并且軟件的工作流程與實(shí)際探傷作業(yè)的工作過(guò)程在時(shí)序上基本相同。軟件中的文檔在編制過(guò)程中,嚴(yán)格遵守了射線探傷方面的國(guó)家法規(guī)和相關(guān)行業(yè)的政策,具有高度標(biāo)準(zhǔn)化和一致性。該焊縫檢測(cè)軟件主要模塊如圖6所示。圖形處理模塊涵蓋了灰度拉伸,圖形銳化、旋轉(zhuǎn)、反色、鏡像,直方圖均衡處理,感興趣區(qū)域處理等20多種圖形處理功能。采集圖像的質(zhì)量鑒定可以由專家來(lái)評(píng)定,也可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成,計(jì)算機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)最終的鑒定報(bào)告。計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通信模塊為遠(yuǎn)程評(píng)片提供了基礎(chǔ)。3.2孔道缺陷的監(jiān)測(cè)邊緣檢測(cè)和缺陷分割等圖形處理操作是最終焊接質(zhì)量評(píng)判的基礎(chǔ)。上述圖形處理算法中,傳統(tǒng)的閾值求取,要么主觀的人為參與太強(qiáng),要么沒(méi)有考慮實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中系統(tǒng)各參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的誤差,往往得不到理想的結(jié)果。由表1可知,該監(jiān)測(cè)軟件對(duì)面積型缺陷,如孔狀?yuàn)A渣或圓形的缺陷很容易監(jiān)測(cè)出來(lái),并且監(jiān)測(cè)的成功率可以達(dá)到100%;對(duì)線狀條渣或線狀長(zhǎng)孔監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率,雖然達(dá)不到100%,也很高,可達(dá)96%。裂紋缺陷和未熔合缺陷的監(jiān)測(cè)成功和準(zhǔn)確率居中。最難監(jiān)測(cè)的是未焊透,準(zhǔn)確率只有76%。5質(zhì)量檢測(cè)效果基于X射線感應(yīng)器的數(shù)字化成像技術(shù),克服了膠片照相技術(shù)的固有缺陷,能夠針對(duì)不同的圖像降質(zhì)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行校正,采集的焊縫圖像質(zhì)量能夠達(dá)到相關(guān)工業(yè)檢測(cè)的最高級(jí)要求。焊縫圖像質(zhì)量判別軟件應(yīng)用和改進(jìn)了先進(jìn)的圖形處理算法,軟硬件配合完美。計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)完成常規(guī)缺陷的檢測(cè)并生成質(zhì)量判定報(bào)告,速度快,質(zhì)量高。但是系統(tǒng)對(duì)某些缺陷,如羽狀缺陷,計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)效果不如人工監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率高。本研究采用一種改進(jìn)的迭代算法,通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)迭代系數(shù),以獲得最優(yōu)閾值。該算法不受圖形灰度線性平移變化的影響,魯棒性強(qiáng)。4