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焊缝缺陷计算机X射线激光扫描成像技术与提取方法研究

郑猛  
【摘要】: 计算机X线摄影(Computed Radiography, CR)是一种先进的成像技术,它采用影像板代替传统X线摄影技术所使用的胶片,具有动态范围大、系统空间分辨率高、探测面积大、探测效率高、承受高能射线的能力强、能重复使用,可获得数字化图像等优点。所以,CR系统在医学诊断方面得到广泛应用,近年来也不断应用于石油天然气、电力及航天领域的设备探伤方面。 激光扫描仪是CR系统的关键和核心,焊缝缺陷检测是其工业应用的重要领域。计算机X射线扫描仪的设计和实现比较复杂,目前国内工业领域使用的CR系统都是采用进口的计算机X射线激光扫描仪。因此研究并设计拥有自主知识产权的CR扫描仪对于我国计算机X射线激光扫描成像技术的发展具有重要意义。论文结合“十一五”国家科技支撑计划项目一“焊缝射线计算机成像(CR)检测系统样机研制”,对CR系统进行了理论研究和技术实现,重点进行计算机X射线激光扫描仪的研制以及基于影像板的焊缝缺陷提取技术研究。论文的主要工作和创新成果有: 1.提出了一种新颖的CR扫描仪总体设计方案。设计了集激光扫描光路和荧光收集光路于一体的新型激光扫描系统,其中五角棱镜和扫描物镜组成扫描臂。输片机构设计成圆弧形,利用影像板的柔韧性弯曲进片,同时扫描臂又作为接收器件来接收激发出的荧光。 2.根据CR扫描仪总体方案的要求,正确的选择了关键元件,设计了光路和机械结构。依照影像板传动进片方案,合理选用、布置了传感器,具体实现了扫描仪的系统控制方案。 3.提出了一种基于影像板成像的焊缝缺陷提取算法。首先用基于遗传算法优化的小波自适应阈值去噪;然后对射线工业检测中经常出现的两类图像,分别用图像融合的方法和多尺度形态学方法增强对比度;最后用数字减影和图像分割提取出了缺陷。仿真显示,分割比较干净,没有伪目标出现,能为以后的缺陷类型识别提供准确依据。 4.用实验验证了设计光学系统的特性,得出了可靠数据,为光学系统的设计和使用提供了实验依据。详细、完整地分析了影响CR扫描仪系统空间分辨率的各种因素,如扫描臂转速、环境温度、聚焦物镜球差、高斯光束偏心离轴等情况,并进行了数值计算。由计算结果可知设计光学系统满足计算机X射线扫描仪对激光扫描光学系统的设计要求。 5.对整体机械结构进行了力学仿真。分析了当扫描部件存在偏心时,扫描速度对机械结构的影响。计算了机械结构的各阶固有频率、模态振型和电机临界转速,表明扫描电机设定转速时,要远离结构的固有频率,否则会引起结构共振,影响扫描仪的正常工作。 6.对扫描仪样机进行了分辨率测试,结果显示能够满足工业检测要求。以影像板为载体,对焊缝进行了X射线透照,用设计的扫描仪扫描读取。结果表明,原始图像比较清晰,缺陷可见。


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