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CN113418940B - 一种基于x射线示踪颗粒的检测方法及检测装置 - Google Patents

一种基于x射线示踪颗粒的检测方法及检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于缺陷检测技术领域，具体为一种基于X射线示踪颗粒的检测方法及检测装置，本发明根据被检测件自身的材料、尺寸、形状等参数信息建立出理想模型，随后在理想模型中进行各种缺陷(如：未封闭、多类型、复杂缺陷)模拟，通过对模拟的各种缺陷进行预扫描建立各种缺陷对应的评价标准图。然后将实际扫描结果与评价标准图进行比对，完成零件的缺陷检测。由于各种缺陷评价标准图是在检测前通过对模拟的各种缺陷进行预扫描建立的，相当于针对被检测件建立了一个完整的缺陷信息库，从而使得本发明能够适用于流水线操作,实现批量检测。与现有技术相比，本发明的检测方式更为简单准确，且无需对被检测件进行反复测量，因此具有更低的成本。

Description

一种基于X射线示踪颗粒的检测方法及检测装置
技术领域
本发明属于缺陷检测技术领域，具体涉及一种基于X射线示踪颗粒的检测方法及检测装置。
背景技术
众所周知，X射线具有穿透物质的能力，并且不同物质对X射线的吸收程度不同。利用X 射线穿透物质的特性和荧光特性，使用X射线成像设备扫描样品即可获得代表X射线穿透不同密度介质时穿透力的图像，通过对这些图像进行分析、处理即可得到反映样品质量的信息，从而
识别零件制造或使用时出现的故障，如裂纹、间隙、腐蚀等。
在传统的X射线成像检测系统中，射线源由高能电子轰击靶面产生韧致辐射，该辐射线具有连续且能谱分布带宽较宽的特点；X射线的探测器一般采用间接测量模式，是将不同能量的X射线光子激发荧光材料得到的可见光光子进行积分测量，反映X射线的统计衰减特性。采用这种测量模式，X射线的成像过程中能谱的相关信息大量损失，导致图片分辨率低，难以提供定量评估。尤其是针对间隙/裂纹深度确定方面，无法对被检测件材料的物理性质进行精确判断；在处理复杂、不规则形状的材料样品时，难以确保最佳检验策略，从而导致不准确的解释。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于X射线示踪颗粒的检测方法及检测装置，以解决现有技术中因X射线成像过程中能谱相关信息大量损失，导致图片分辨率低，无法准确反映检测目标损伤的问题。
为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种基于X射线示踪颗粒的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、提取被检测件的元素组成、形状以及尺寸大小参数，建立被检测件的理想模型；
步骤2、在步骤1所建立的理想模型中进行各种缺陷模拟；然后对模拟缺陷进行预扫描，并根据预扫描结果建立各缺陷对应的评价标准图；
步骤3、在被检测件的缺陷位置填满示踪颗粒，然后采用X射线对被检测件进行透照，得到被检测件的X射线成像信息和能谱分布图；
步骤4、将步骤3得到的成像信息和能谱分布图与步骤2中建立的缺陷评价标准图进行比对，确定出被检测件裂纹或缺陷的位置、深度等参数信息，完成被检测件的缺陷检测。
根据上述方法，本发明还提供了一种基于X射线示踪颗粒的检测装置，包括数据预检测单元、X射线检测单元以及图像分析处理单元；
所述数据预检测单元包括被检测件参数提取模块、模拟被检测件生成模块和缺陷生成模拟模块；被检测件参数提取模块经模拟被检测件生成模块连接缺陷生成模拟模块；被检测件参数提取模块用于获取被检测件的参数信息，并将该参数信息提供给模拟被检测件生成模块，其中，提取的参数信息包含元素组成、形状、尺寸大小及相关特殊检测件的特征数据；模拟被检测件生成模块根据接收的参数信息，建立被检测件的理想模型；缺陷生成模拟模块在被检测件理想模型中进行各种缺陷模拟，然后对模拟的缺陷进行预扫描，并根据预扫描结果建立各缺陷对应的评价标准图，分别提供给X射线检测单元和图像分析处理单元。
所述X射线检测单元包括示踪粒子存储模块、X射线照射模块和X射线成像采集模块；示踪粒子存储模块、X射线照射模块均连接被检测件，X射线成像采集模块连接X射线照射模块。示踪颗粒存储模块用于存储示踪粒子，并将存储的示踪粒子导入被检测件，使其充分附着在被检测件上；X射线照射模块对填充了示踪粒子的被检测件进行透照；X射线成像采集模块用于采集X射线照射模块照透的结果，得到被检测件的X射线成像信息和能谱分布图，提供给图像分析处理单元。
所述图像分析处理单元包括预检测图像与实际图像量化分析模块、被检测件缺陷信息确认模块、检测结果输出模块；预检测图像与实际图像量化分析模块用于对评价标准图和能谱分布图进行量化分析,然后将量化分析结果提供给被检测件缺陷信息确认模块，确定出被检测件裂纹或缺陷的位置、深度等参数信息，得到被检测件的缺陷信息，将缺陷信息提供给检测结果输出模块，最终输出给用户进行后续处理。
本发明提供的一种基于X射线示踪颗粒的检测方法及装置，是根据被检测件自身的材料、尺寸、形状等参数信息建立出的理想模型，因此能够利用理想模型进行各种缺陷的模拟。在本发明中，通过对模拟的各种缺陷进行预扫描，记录好每个缺陷对应的深度、位置、形状等缺陷信息，建立各种缺陷对应的评价标准图。然后将实际扫描结果与评价标准图进行比较，确定出被检测件的缺陷位置、深度等参数信息，从而完成零件的缺陷检测。由于本发明的各种缺陷评价标准图是在检测前通过对模拟的各种缺陷进行预扫描建立的，相当于针对被检测件建立了一个完整的缺陷信息库，且该缺陷信息库能够反复应用，从而使得本发明能够适用于流水线操作,实现批量检测。相较于现有技术中直接采用没有缺陷的被检测件作为标准图，本发明的检测方式更为简单准确，且无需对被检测件进行反复测量。所以工作人员在判断被检测件的缺陷问题时，更加准确、高效。此外，由于对被检测件的缺陷部分进行了示踪颗粒填充，当X射线扫描填充示踪颗粒后的被检测件时，可以增强扫描图像的分辨率，从而进一步提高了检测能力。
附图说明
图1是本发明实施例流程图；
图2是本发明的结构框图；
图3是没有缺陷的零件x射线成像图；
图4是实施例中金属圆柱体零件未填充示踪颗粒的X射线成像图；
图5是实施例中金属圆柱体零件填充示踪颗粒后的X射线成像图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。本实施例针对存在缺陷的金属圆柱体零件进行了测试。
本发明提供的一种基于X射线示踪颗粒的检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、提取被检测件即存在缺陷的金属圆柱体零件的各项参数信息，这些参数信息包括：金属圆柱体零件的元素组成成分、形状、尺寸大小。具体的，金属圆柱体零件的元素组成成分包括：98.47％的Fe、0.23％的C、0.5％的Mn、0.2％的S、0.6％的Si；圆柱体的半径R为10cm，高度为20cm；根据提取出来这些参数建立出理想的金属圆柱体零件模型，建立出的理想金属圆柱体零件模型如图3所示。
步骤2、采用蒙特卡罗模拟软件在步骤1所建立的理想金属圆柱体零件模型中模拟出各种典型裂纹或缺陷；并模拟X射线照射过程，得到各种缺陷的能谱分析图以及X射线成像信息；然后利用模拟得到的X射线成像信息和能谱分析图建立起每个缺陷对应的评价标准图。为实现该类零件的量化处理，本实施例按照缺陷的位置、深度、形状进行分类。
步骤3、先在金属圆柱体零件的缺陷位置填充满示踪颗粒，采用DR设备对检测物体进行 X射线透照，得到金属圆柱体零件的X射线成像信息和能谱分布图。透照过程中130kevDR设备电压为85-135kev。示踪颗粒是一种定制化的陶瓷颗粒，作为一种观察、研究和测量某物质在指定过程中的行为或性质而加入的一种标记物，容易被探测且对物体不产生影响。主要为陶瓷材料包裹Carbon-11,carbon-14,oxygen-15,fluorine-18,iodine-123, technetium-99,gallium-67等示踪材料形成的微小颗粒。为提升成像质量，本实施例选用 carbon-14填充金属圆柱零件的缺陷位置。
图4是本实施例的金属圆柱体零件未填充示踪颗粒的X射线成像图；图5是本实施例金属圆柱体零件填充示踪颗粒后的X射线成像图。对比图4和图5可知，填充示踪颗粒后得到的成像图清晰度更高，能够有效呈现缺陷的大小及位置等信息。
步骤4、将步骤3得到的成像信息和能谱分布图与步骤2中建立的缺陷评价标准图进行比对；并根据比对结果确定出被检测件裂纹或缺陷的位置、深度等参数信息，完成零件的缺陷检测。
由上述内容可知，通过从金属圆柱体零件中提取的元素组成成分、形状、尺寸大小建立出理想模型，能够有效减小理想模型与实际零件的误差。由于本发明通建立的评价标准图包含了模拟的各种缺陷，相当于建立了一个关于金属圆柱体零件的缺陷库，这样在后期的使用中就可以直接从缺陷库中调取，因此本发明适用于工业上的流水线操作，实现批量检测。
按照上述方法，本发明还提供了一种基于X射线示踪颗粒的检测装置，装置结构如图2 所示，包括数据预检测单元、X射线检测单元以及图像分析处理单元；
所述数据预检测单元包括被检测件参数提取模块、模拟被检测生成模块和缺陷生成模拟模块；被检测件参数提取模块经模拟被检测生成模块连接缺陷生成模拟模块；被检测件参数提取模块用于获取被检测件的参数信息，并将该参数信息提供给模拟被检测件生成模块，其中，提取的参数信息包含材料、形状以及尺寸大小；模拟被检测件生成模块根据接收的参数信息对被检测件建立无缺陷被检测件模型；缺陷生成模拟模块根据建立的无缺陷被检测模型进行多种缺陷情况预演，以建立各种缺陷对应的评价标准图后分别提供给图像分析处理单元和X射线检测单元。
所述X射线检测单元包括示踪粒子存储模块、X射线照射模块和X射线成像采集模块；示踪粒子存储模块、X射线照射模块均连接被检测件，X射线成像采集模块连接X射线照射模块。示踪颗粒存储模块用于存储示踪粒子，并将存储的示踪粒子导入被检测件，使其充分附着在被检测件上；X射线照射模块对填充好示踪粒子的被检测件进行透照；X射线成像采集模块用于采集X射线照射模块照透的结果，并根据照透的结果得到被检测件的X射线成像信息和能谱分布图提供给图像分析处理单元。
所述图像分析处理单元包括预检测图像与实际图像量化分析模块、被检测件缺陷信息确认模块、检测结果输出模块；预检测图像与实际图像量化分析模块用于对评价标准图和能谱分布图进行量化分析,然后将量化分析结果提供给被检测件缺陷信息确认模块，确定出被检测件裂纹或缺陷的位置、深度等参数信息，得到被检测件的缺陷信息，将缺陷信息提供给检测结果输出模块，最终输出给用户进行后续处理。

Claims (2)

1.一种基于X射线示踪颗粒的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、提取被检测件的各项参数信息，参数信息包括：被检测件含有的各元素组分、形状以及尺寸大小，建立被检测件的理想模型；
步骤2、采用蒙特卡罗软件在步骤1所建立的理想模型中进行各种缺陷模拟；并模拟X射线照射过程，得到各种缺陷的能谱分布图以及X射线成像信息，然后利用模拟得到的X射线成像信息和能谱分布图建立起每个缺陷对应的评价标准图；
步骤3、先在被检测件的缺陷位置填满示踪颗粒，然后采用X射线对被检测件进行透照，得到被检测件的X射线成像信息和能谱分布图；所述示踪颗粒是一种定制化的陶瓷颗粒，为陶瓷材料包裹Carbon-11、carbon-14、oxygen-15、fluorine-18、iodine-123、technetium-99或gallium-67示踪材料形成的微小颗粒；
步骤4、将步骤3得到的成像信息和能谱分布图与步骤2中建立的缺陷评价标准图进行比对；确定出被检测件裂纹或缺陷的位置、深度等参数信息，完成零件的缺陷检测。
2.一种基于X射线示踪颗粒的检测装置，该检测装置使用如权利要求1所述一种基于X射线示踪颗粒的检测方法进行检测，包括数据预检测单元、X射线检测单元以及图像分析处理单元；其特征在于：
所述数据预检测单元包括被检测件参数提取模块、模拟被检测件生成模块和缺陷生成模拟模块；被检测件参数提取模块经模拟被检测件生成模块连接缺陷模拟模块；被检测件提取模块用于获取被检测件的参数信息，并将该参数信息提供给模拟被检测件生成模块，其中，提取的参数信息包含元素组成、形状以及尺寸大小以及相关特殊检测件的特征数据；模拟被检测件生成模块根据接收的参数信息、建立被检测件的理想模型；缺陷模拟模块先在被检测件理想模型中进行各种缺陷模拟，然后对模拟的缺陷进行预扫描，并根据预扫描结果建立各缺陷对应的评价标准图分别提供给图像分析单元和X射线检测单元；
所述X射线检测单元包括示踪粒子存储模块、X射线照射模块和X射线成像采集模块；示踪粒子存储模块、X射线照射模块均连接被检测件，X射线成像采集模块连接X射线照射模块； 示踪颗粒存储模块用于存储示踪粒子，并将存储的示踪粒子导入被检测件，使其充分附着在被检测物体上；X射线照射模块对填充好示踪粒子的被检测件进行透照；X射线成像采集模块用于采集X射线照射模块照透的结果，并根据照透的结果得到被检测件的X射线成像信息和能谱分布图提供给图像分析单元；
所述图像分析处理单元包括预检测图像与实际图像量化分析模块、被检测件缺陷信息确认模块、检测结果输出模块；预检测图像与实际图像量化分析模块用于对评价标准图和能谱分布图进行量化分析,然后将量化分析结果提供给被检测件缺陷信息确认模块确定出被检测件裂纹或缺陷的位置、深度等参数信息得到被检测物体的缺陷信息提供给检测结果输出模块输出给用户进行后续处理。
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