专利名称：螺旋焊缝x射线实时数字成像检测与自动跟踪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及辐射成像技术领域，尤其是涉及一种焊缝检测和自动跟踪装置o背景技术X射线实时成像技术因为其检测效率高、焊缝内部缺陷影像直观等特点已经被广泛应用于螺旋焊管的焊接质量检测。在实际检测过程中，x射线系统的管头和X射线探测器的安装位置一般是相对固定的，螺旋焊管放置在两组或两组以上滚轮架上，滚轮架安装在移动台车上，台车沿安装在地面的轨道移动。检测 开始前，首先需要将射线源焦点、被检焊缝的中心和x射线探测器的中心调整到一条直线上，同时保证X射线的主光轴与被检测焊缝和X射线探测器垂直， 即完成检测中心位置的调整。然后，根据设定的螺旋焊缝;险测速度和螺旋角大 小，分别计算出螺旋焊管的转动速度和平移速度，通过调节滚轮架的旋转驱动 电机和台车的平移驱动电机的转速来保证螺旋焊缝连续到达检测中心位置，完 成整条焊缝的质量检测。但是，在检测过程中由于螺旋焊管转动引起軸向窜动、 驱动滚轮的机械磨损、机械打滑等多种外部原因的影响，经常会有焊缝位置偏 离检测中心位置的现象发生而造成检测过程的中断。目前，在实际生产过程中 都是采用人工观察焊缝透视图像，发现焊缝偏离检测中心以后，由操作人员手 工调节焊管转动或平移速度，使螺旋焊缝重新回到检测位置，该方法对操作人 员的经验依赖性很高且劳动强度大。专利号为200420012656. 7的实用新型，采用通用的^H频才聂像头作传感器， 将输出的标准PAL制视频信号，采用模拟、数字电路将视频信号进行放大、整 形、滤波、二值化等处理，实现对钢板表面状态下的焊缝识别。专利号为 200420009924. X的实用新型，利用激光束经过柱面镜形成激光平面，招:射到工 件上产生激光条紋，视觉传感器采集焊缝激光图像，通过图像处理计算焊缝位 置，以实现焊缝自动跟踪的目的。上述这些焊缝跟踪方法的共同特点是采用 可见光光源照射到焊缝表面，利用视频摄像机摄取焊缝的表面图像，然后通过 信号处理和数据分析等方法，实现直焊缝跟踪。但是，在实际生产过程中，由
于外部光线的变化、工件表面的污染和锈蚀等因素的影响，使得摄取的焊缝表 面图像本身存在许多干扰信号，现有的一些处理方法很难准确地分辨出焊缝， 因而会产生较大的误差甚至跟踪失败 发明内容本实用新型的目的是提供不受外部光线和工件表面状态影响、可靠性高、实用性好的螺旋焊缝X射线实时数字成傳J险测与自动跟踪装置。本实用新型的原理是利用穿透螺旋焊缝以后的X射线已经包含有焊缝结构 信息的特点，由x射线探测器接收后完成光电转化输出为电信号，通过图像采集卡将电信号转换为数字图像信号，在屏幕上实时显示出来的数字图像用于螺 旋焊缝的焊接质量评定。同时，将采集的数字图像信号作为焊缝位置的传感信 号，由图像处理软件计算出焊缝当前位置和与检测中心点的偏移量，将该偏移 量的值作为反馈信号传送给运动控制单元，通过运动执行机构调整焊管旋转速 度和水平移动速度而达到焊缝自动跟踪的控制目的。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的1、 螺旋焊缝X射线实时数字成像检测与自动跟踪装置具有一个X射线探测 器、 一台内部安装有软件和图像采集卡的计算机处理单元、 一个显示器、 一个 运动控制单元、二套运动执行机构。图像采集卡与X射线探测器电连接，计算 机处理单元分别与显示器和运动控制单元电连接，运动控制单元分别与二套运 动M^f亍才几构电连接。2、 以上所述的X射线探测器的主要特征是能够将X射线转化为电信号，可 以用模拟方式输出，也可用数字的方式输出。X射线探测器的输出信号可以包含 一个面的检测信号，也可以是只包含一条线或多条线的检测信号。因此X射线 探测器为线扫描X射线探测器或面阵列X射线探测器。3、 以上所述的运动控制单元的主要特征是其本身具有一定的数据处理功能， 与计算机处理单元之间可进行数字交换，可程序控制。运动控制单元具体为运 动控制卡，或PCL可编程控制器，或变频机。4、 以上所述的运动执行机构，是伺服电机与驱动器，或步进电机与驱动器， 或交流电机与变频机。5、安装在计算;^处理单元内的系统软件具有参数设置、系统校准、图像 采集与显示、图像处理与存储、偏移量计算、数字控制运算。其中，参数设置 是通过图像采集卡设置X射线探测器的工作参数；系统校准是用软件的办法消 除像素之间的误差；图像采集与显示是按照设置的参数将采样数据处理成为一 幅可在屏幕上实时显示的动态图像，便于操作人员对图像识别；图像处理和存 储是通过积分降噪、对比度亮度增强、浮雕算法、高通滤波、边#测等算子 对图像进行数字变换将检测图像的细节更加清楚地表现出来，检测图像可以存 储在计算机硬盘、光盘内，也可以利用网络进行远程通讯；偏移量计算是根据 采集的图像数据用图像处理方法确定焊缝位置然后计算出与检测中心位置的偏 移值；数字控制运算是根据焊缝偏移量和初始检测速度的设定值，利用数字控 制算法计算出旋转驱动电机和水平移动电机新的调速控制参数。本实用新型在工作时，首先将螺旋焊缝的初始检测位置调整到检测中心位 置；通过软件人机对话界面输入焊管的螺旋角和检测速度，计算机处理单元自 动计算出初始旋转速度和初始平移速度；运动控制单元根据初始运动速度、减速比分别计算出输出脉沖频率并发送给驱动执行机构使焊管进行螺旋运动；打 开X射线源发射X射线，穿透螺旋焊缝以后的X射线由X射线探测器接收后完 成光电转化输出为电信号，计算机通过安装在其内部的图像采集卡和软件将X 射线探测器输出的电信号转换为数字图像信号， 一方面在计算机屏幕上实时显 示出来，用于螺旋焊缝的焊接质量评定，与此同时，将采集的数字图像信号作 为焊缝位置的传感信号，由软件根据焊缝区域与母材区域的灰度变化特性，将 焊缝和母材分开，然后计算出焊缝当前位置和与检测中心点的偏移量；将该偏移量的值作为反馈信号传送给运动控制单元，通过数字控制算法来调节运动执 行机构的转速而使焊缝自动保持在检测中心位置。本实用新型的有益效果是将X射线探测器同时作为焊缝位置探测器使用， 在不添加其它硬件设备的条件下，通过计算机软件直接利用X射线实时数字图 像来计算焊缝位置和相对于检测中心的偏移量，通过运动控制单元和驱动执行 机构实现螺旋焊缝的自动跟踪，从而实现了螺旋焊缝X射线实时数字成像的自 动跟踪检测。由于焊缝的X射线实时数字图像不受外部光线变化和焊缝表面状
态的影响，因而与其它基于焊缝表面图像的焊缝识别方法相比，这种控制方法 具有更高的可靠性、更好的实用性和更低的价格。附困说明
图1为螺旋焊缝X射线实时数字成像检测与自动跟踪装置原理框图； 图2为采用面阵列X射线探测器的结构示意图 图3为采用线扫描X射线探测器的结构示意图 图中各序号的名称如下1一X射线源、2—螺旋焊管、3—X射线探测器、3-1 —面阵列X射线探测器、 3-2—线扫描X射线探测器、4—图像采集卡、5—计算机处理单元、6—显示器、 7—运动控制单元、8—旋转驱动执行机构、9—平移驱动执行机构具体实施方式
第一实施例图2显示了采用面阵列X-射线探测器。X射线管1发射的X射线，穿透焊 管上的螺旋焊缝2以后，由面阵列X射线探测器3-1将X射线转化输出电信号， 通过图像采集卡4转化为可保存在计算机处理单元5的内存中的数字图像信号， 一方面在显示器6上进行实时显示，作为焊缝X射线实时数字成像系统的检测 结果对焊接质量进行评定，另一方面，利用软件计算出在当前采集的图像中焊 缝所在位置及相对于检测中心的偏移量，运动控制单元7根据偏移量大小和控 制规则，分别向运动执行机构8和9发送新的控制信号，来改变焊管旋转和平 移速度，实现闭环自动控制，使螺旋焊缝始终保持在检测中心位置。所述的面阵列X射线探测器3-1,输出的电信号可以是模拟信号，也可以是 直接数字信号，采集的图像阵列大于768x576，像深不低于8BIT，采样频率20 帧/秒以上。第二实施例为采用线扫描X射线探测器的实施例，以下结合"i兑明书附图3进行说明。 X射线管1发射的X射线，穿透焊管上的螺旋焊缝2以后，由线扫描X射线 探测器3-2将X射线转化输出电信号，通过图像采集卡4转化为可保存在计算 机处理单元5的内存中的数字图像信号， 一方面在显示器6上进行实时显示，
作为焊缝x射线实时数字成像系统的检测结果对焊接质量进行评定，另一方面，利用软件计算出在当前采集的图像中焊缝所在位置及相对于检测中心的偏移量，运动控制单元7根据偏移量大小和控制规则，分别向运动执行机构8和9 发送新的控制信号，来改变焊管旋转和平移速度，实现闭环自动控制，使螺旋 焊缝始终保持在^^测中心位置。所述的线扫描X射线探测器3-2,输出的电信号可以是模拟信号，也可以是 直接数字信号。探测器有效检测长度大于50鹏，单个象素尺寸小于0.4mm,像 深不低于8BIT,采样频率1000行/秒以上。
权利要求1、螺旋焊缝X射线实时数字成像检测与自动跟踪装置，其特征为具有一个X射线探测器，一台内部安装有软件和图像采集卡的计算机处理单元、一个显示器、一个运动控制单元、二套运动执行机构，其中，图像采集卡与X射线探测器电连接，计算机处理单元分别与显示器和运动控制单元电连接，运动控制单元分别与二套运动执行机构电连接。
2、 根据权利要求1所述的螺旋焊缝X射线实时数字成像检测与自动跟踪装 置，其特征为X射线探测器为面阵列X射线探测器。
3、 根据权利要求1所述的螺旋焊缝X射线实时数字成像检测与自动跟踪装 置，其特征为X射线探测器为线扫描X射线探测器。
4、 根据权利要求1或2或3所述的螺旋焊缝X射线实时数字成像检测与自 动跟踪装置，其特征为运动控制单元为运动控制卡，或PLC可编程控制器，或 变频机。
5、 根据权利要求4所述的螺旋焊缝X射线实时数字成像检测与自动跟踪装 置，其特征为运动执行机构为伺服电机与驱动器，或步进行电机与驱动器，或 交流电才几与变频才几。
6、 根据权利要求5所述的螺旋焊缝X射线实时数字成#^险测与自动跟踪装 置，其特征在于安装在计算机处理单元内的软件具有参数设置、系统校准、 图像采集与显示、图像处理与存储、偏移量计算、数字控制运算。
专利摘要本实用新型为螺旋焊缝X射线实时数字成像检测与自动跟踪装置，涉及辐射成像技术领域，目前对于螺旋焊缝X射线实时成像检测都采用人工观察焊缝透视图像来进行质量评定和判断焊缝是否偏离检测中心位置，用手工操作调节焊管的转动或平移速度来实现对中，对于采用的通用视频摄像技术和激光图像技术都与外部的光线变化和工件表面状态有关，存在许多干扰信号，会产生较大的误差，本实用新型采用X射线探测器，通过图像采集卡将电信号转换为数字图像信号，并在屏幕上实时显示，并经软件处理计算出焊缝当前位置和偏移量，再反馈给运动控制单元，经运动执行机构调整焊管旋转速度和水平移动速度达到跟踪控制的目的，本实用新型具有更高的可靠性，更好的实用性和更低的价格的有益效果。
文档编号G01N23/02GK201034947SQ20072015447
公开日2008年3月12日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者孙忠诚 申请人:孙忠诚