數(shù)字射線在某型機(jī)平尾大軸自動(dòng)化檢測(cè)中的應(yīng)用

汪榮華 郭濤 吳云坤 曹強(qiáng) 王梁丞

摘要：簡(jiǎn)述了平板DR實(shí)時(shí)成像技術(shù)，介紹了平尾大軸自動(dòng)控制裝置，將DR技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)整合，實(shí)現(xiàn)平尾大軸的快速檢測(cè)，極大地壓縮了生產(chǎn)周期，說(shuō)明DR檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的工程化應(yīng)用完全可以滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：平尾大軸；數(shù)字射線；自動(dòng)化

Keywords：flat-tailed large-axis；digital radiography；automatic

0 引言

平板DR實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到長(zhǎng)期而廣泛的應(yīng)用。隨著閃爍體探測(cè)器和光電倍增器等技術(shù)的突破性發(fā)展，近些年來(lái)DR數(shù)字成像技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域被廣泛嘗試和推廣，并取得了良好的檢測(cè)效果。平板射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)快速檢測(cè)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)的質(zhì)量評(píng)定[1]。

按射線檢測(cè)工藝規(guī)程規(guī)定，需對(duì)某型機(jī)平尾大軸4個(gè)部位的圓周長(zhǎng)度方向分別進(jìn)行6次透照，平尾大軸的每次旋轉(zhuǎn)角度為60°，每相鄰兩張膠片之間至少有10 mm搭接部分，如圖1所示。采用傳統(tǒng)的X射線拍片檢測(cè)方法，檢測(cè)周期長(zhǎng)、效率低、耗材費(fèi)用高、暗室處理時(shí)間長(zhǎng)及底片成像影像質(zhì)量不穩(wěn)定，其檢測(cè)結(jié)果受人為因素影響較大，嚴(yán)重約束了產(chǎn)能的提升，有可能延誤生產(chǎn)周期。平板數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的膠片拍片檢測(cè)已成為必然的趨勢(shì)。為此，優(yōu)先在某型機(jī)平尾大軸的檢測(cè)上開(kāi)展基于DR檢測(cè)技術(shù)的自動(dòng)化檢測(cè)研究。

1 X射線數(shù)字實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)

X射線數(shù)字實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)主要由數(shù)字平板探測(cè)器、X射線機(jī)、筆記本高性能工作站（圖像采集和處理）等組成，如圖2所示。

1.1 數(shù)字平板探測(cè)器

數(shù)字平板探測(cè)器為美國(guó)通用電器檢測(cè)控制技術(shù)有限公司生產(chǎn)的DX- R250C-W型數(shù)字平板探測(cè)器（見(jiàn)圖3）。該探測(cè)器基于非晶硅的光成像，使用了摻雜在加固型工業(yè)殼體中的優(yōu)化Gadox閃爍體（GOS）。成像器的光學(xué)區(qū)域?yàn)?in×8in（20cm×20cm），其中單個(gè)像素大小為200μm。可在無(wú)線（802.11g）模式下或數(shù)據(jù)線（1GB）Ethernet模式下操作。圖像動(dòng)態(tài)范圍10000∶1，通信數(shù)據(jù)I/F傳輸千兆以太網(wǎng)。

DXR250C-W型非晶硅探測(cè)器是一種間接轉(zhuǎn)換輻射探測(cè)器。A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)可達(dá)14bit，檢測(cè)單元小、A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)高，可以構(gòu)成性能更好的檢測(cè)系統(tǒng)。工作原理可以簡(jiǎn)單描述為：入射射線→熒光→電信號(hào)→存儲(chǔ)電荷→數(shù)字圖像信號(hào)，其基本構(gòu)造和原理如圖4所示。

1.2 X射線機(jī)

采用XYD-3010/3型金屬陶瓷管工業(yè)X射線探傷機(jī)。最大管電壓310kV，焦點(diǎn)尺寸范圍（1.2/4.0）mm，X射線束圓錐角為40°，水循環(huán)冷卻。

1.3 圖像采集和處理系統(tǒng)

DXR250C-W型數(shù)字平板探測(cè)器的圖像采集和處理系統(tǒng)的軟件是經(jīng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)而成的X射線偵測(cè)系統(tǒng)（Rhythm RT）。Rhythm RT軟件配套使用在GE開(kāi)發(fā)的平板、碘化銫和硫氧化軋偵測(cè)器的成像裝置中。與常規(guī)基于膠片或影像增強(qiáng)的射線照相相比，該軟件強(qiáng)大的DICONDE查看器能提供高效的圖像采集、分析、注釋、評(píng)定和導(dǎo)出存檔等功能；能對(duì)缺陷進(jìn)行幾何尺寸測(cè)量、尺寸標(biāo)定、缺陷標(biāo)記，并且具有一鍵優(yōu)化的矢量濾鏡功能，操作簡(jiǎn)潔方便，如圖5所示。

2 平尾大軸自動(dòng)化裝置設(shè)計(jì)

每根平尾大軸需進(jìn)行4個(gè)部位共計(jì)16次的X射線檢測(cè)，為此，將平尾大軸放置在自動(dòng)控制的工裝，可實(shí)現(xiàn)最大化的檢測(cè)效率。平尾大軸自動(dòng)化裝置由專(zhuān)用檢測(cè)車(chē)和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。

2.1 平尾大軸專(zhuān)用檢測(cè)車(chē)

該系統(tǒng)由絲杠傳動(dòng)部分、底盤(pán)部分及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分構(gòu)成，如圖6所示。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由滑動(dòng)架及固定架兩部分組成，滑動(dòng)架用于安裝大軸并可在固定架上平移，滑動(dòng)架上裝有滾輪，驅(qū)動(dòng)大軸旋轉(zhuǎn)。平移及旋轉(zhuǎn)動(dòng)作均通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

利用零件兩側(cè)Φ40的外圓處安裝大軸，每處用兩個(gè)滾輪進(jìn)行支持，通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)同步帶，驅(qū)動(dòng)大軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)控制柜發(fā)出指令控制伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，最終保證大軸均勻地旋轉(zhuǎn)。兩側(cè)的大V形的支撐塊能夠引導(dǎo)零件快速安全地?cái)[放到工作位置，如圖7所示。

2.2 主控柜系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要包括電器系統(tǒng)、可編程序控制器（PLC）及擴(kuò)展單元、觸摸屏。

電器系統(tǒng)由主電控柜、連接線組成，主電控柜的內(nèi)部安裝著PLC及擴(kuò)展單元、觸摸屏和按鈕，PLC與觸摸屏之間通過(guò)網(wǎng)口連接通信，主電控柜和檢測(cè)機(jī)器通過(guò)電纜連接。

PLC是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動(dòng)控制裝置。選用西門(mén)子公司的s1214型PLC，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，集成了開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、高速計(jì)數(shù)與脈沖輸出等功能于一身，指令豐富，引用功能塊的編程方式使編程更加簡(jiǎn)便。

人機(jī)界面是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間進(jìn)行雙向溝通的橋梁。西門(mén)子觸摸屏是專(zhuān)門(mén)面向PLC應(yīng)用的，其功能強(qiáng)大、使用方便，控制器界面如圖8所示。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用

基于DR數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平尾大軸自動(dòng)化檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)操作步驟如下：推動(dòng)工裝車(chē)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）進(jìn)入指定位置，放下支撐腳固定支撐；連接線路及電源（快插接頭）；擺放零件到工作位置；操作控制柜并配合DR數(shù)字成像檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行探傷工作；探傷結(jié)束后斷電，升起支撐腳，推出工裝車(chē)，完成探傷工作。

按表1和表2設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，采用DR數(shù)字成像技術(shù)和傳統(tǒng)X射線拍片技術(shù)分別對(duì)某型機(jī)平尾大軸檢測(cè)位點(diǎn)1和檢測(cè)位點(diǎn)4進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖9和圖10所示。

由圖9可知，平尾大軸DR成像圖應(yīng)識(shí)別部位灰度值范圍為9000～10800，符合GB/T35388-2017《X射線數(shù)字成像檢測(cè) 檢測(cè)方法》要求，雙絲像質(zhì)計(jì)可識(shí)別絲號(hào)為12號(hào)絲。由圖10可知，底片中可識(shí)別11號(hào)絲，符合工藝要求；應(yīng)識(shí)別部位中間位置黑度為2.3，底片兩邊沿部位成像質(zhì)量較差，黑度低于1.7。由兩圖的對(duì)比可知，DR數(shù)字成像和傳統(tǒng)膠片法進(jìn)行平尾大軸射線探傷均能滿足工藝要求，但DR成像的圖像較為清晰，動(dòng)態(tài)范圍廣，圖像對(duì)比度高，捕獲的質(zhì)量信息更為全面。

4 結(jié)論

1）平尾大軸射線自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大軸探傷全過(guò)程的室外控制，減少了人員進(jìn)入探傷室的時(shí)間，替代了人工翻轉(zhuǎn)零件，在保證人員安全的同時(shí)提高了大軸探傷效率。某型機(jī)單架次平尾大軸探傷周期壓縮200%以上。

2）平尾大軸DR成像圖動(dòng)態(tài)范圍廣，灰度空間大，銳度好，圖像清晰，易于進(jìn)行指標(biāo)量化和自動(dòng)評(píng)估；傳統(tǒng)底片成像受操作人員工作狀態(tài)影響較大，底片評(píng)定與損傷評(píng)估與工作經(jīng)驗(yàn)息息相關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭世才.射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)技術(shù)[J].無(wú)損檢測(cè)，2000，22（7）：328-336.

作者簡(jiǎn)介

汪榮華，助理工程師，主要從事無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用。