一种用于射线检测的缺陷深度定位方法及检测装置与流程

1.本发明涉及射线检测领域，具体为一种用于射线检测的缺陷深度定位方法及检测装置。


背景技术：

2.射线检测具有检测灵敏度高、结果直观、技术成熟等优点，被广泛应用于工业领域中的内部缺陷检测。其基本原理是利用射线穿透检测区域并在底片形成投影，根据投影图像中的黑度变化判断是否含有缺陷。由于结果图像是三维结构在二维平面上的投影，因此深度方向密度变化被重叠压缩至同一平面，无法获取深度密度变化信息，缺陷深度方向定位一直是射线检测的局限之一。
3.针对缺陷深度定位问题，专利文献cn114965519a(专利号202210570837.4)公开了一种基于射线数字成像物体内部结构位置定位方法及系统，该方法提供了一种缺陷深度方向定位方法，但具有两处局限性：一是需要将探测器和射线源的位置转换一次，这对于深入环形件内的棒阳极x射线机是无法实现的；二是该方法中需要准确测量射线发射位置至探测器成像平面的距离，实际检测时，x射线的实际发射位置和探测器实际成像区域都封装在设备中，很难准确测量。专利文献cn105092614b(专利号201510554183.6)公开了一种射线检测铸件点状缺陷深度的系统及方法，该方法通过缺陷移动，结合相似三角形原理确定缺陷深度，提供了另一种缺陷深度定位方法，但该方法仅适用于尺寸较小的点状缺陷，对于大尺寸或者大体积缺陷，缺陷影像在移动中可能发生较大变形，从而影响定位精度；另一方面，x射线的实际发射位置难以准确确定，可能对测量结果产生影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：针对上述背景中提出的问题，本发明针对缺陷深度计算的局限性，提供一种用于射线检测的缺陷深度定位方法，该方法首先利用缺陷在缺陷平面上的位移距离作为标尺，计算得到像素尺寸，获得准确的缺陷尺寸。随后在缺陷的探测器侧和射线源侧分别放置与缺陷尺寸相近的标尺，利用两个标尺的放大比与两个标尺间的距离得到缺陷的深度位置。
5.为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
6.一方面，提供一种射线检测缺陷深度定位方法，包含以下步骤：
7.步骤s1：测量工件中缺陷的尺寸；
8.步骤s2：在缺陷的射线源侧和探测器侧分别放置第一标尺和第二标尺，测量第一标尺和第二标尺之间的距离，采集图像；
9.步骤s3：测量第一标尺、第二标尺和缺陷的影像尺寸，并分别计算影像尺寸与实际尺寸间的放大比；
10.步骤s4：利用第一标尺和第二标尺的放大比计算得到射线源与探测器成像平面之间的距离，利用所述距离和缺陷的放大比计算缺陷至第一标尺和第二标尺的距离。
11.步骤s1中缺陷的尺寸可以采用以下两种方式之一测量：
12.步骤s1中采用工件中缺陷的移动方式测量；具体方式为：首先使缺陷移动至探测器成像区域采集结果图像，在结果图像中统计缺陷影像的像素个数；其次移动缺陷，当缺陷移动的像素个数与缺陷本身像素个数差值最小时，记录此时缺陷的移动距离，通过缺陷的移动距离和移动像素个数计算像素尺寸进而得出缺陷的实际尺寸。
13.步骤s1中还可以采用标尺测量工件中缺陷。
14.在所述步骤s1中，首先进行探测器校正，发现缺陷后，利用运动控制模块使缺陷移动至探测器成像区域的中心位置，采集图像。在结果图像中得到缺陷的灰度分布图，并统计缺陷影像的像素个数，随后利用运动控制模块使缺陷影像移动。当缺陷移动的像素个数与缺陷本身像素个数差值最小时，记录此时缺陷的移动距离。
15.差值最小是指：移动时缺陷影像的移动像素数量将逐渐接近缺陷影像本身的像素数量，随后二者差距增大，因此存在一个步进距离，使得缺陷影像的移动像素数量与缺陷影像本身的像素数量差值最小，该步进距离为最小步进精度的整数倍。
16.用下式计算得出缺陷的实际尺寸：
[0017][0018]
其中，dr为缺陷的实际尺寸，s为缺陷的移动距离，dm为缺陷的移动像素数量，di为缺陷在探测器中心区域的像素数量。
[0019]
在所述步骤s2中，标尺材料的选择、尺寸的选择、放置位置的选择如下：
[0020]
第一标尺和第二标尺选用与工件材料相同；
[0021]
第一标尺和第二标尺的实际尺寸与步骤一所测量的缺陷尺寸的差距尽可能小；尽可能小是指：在系列尺寸呈梯度变化的标尺中，应选用与步骤s1中测得缺陷尺寸最为相近的两个标尺；
[0022]
第一标尺和第二标尺优选地放置在缺陷所在部位的射线源侧表面和探测器侧表面上。
[0023]
优选地，第一标尺和第二标尺选用平板孔型像质计。
[0024]
在所述步骤s3中，第一标尺和第二标尺的放大比计算公式为：
[0025][0026][0027]
其中，m1为第一标尺的放大比，f为射线发射位置至探测器实际成像平面的距离，sod1为射线发射位置至第一标尺的距离，x1为第一标尺的像的尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸，δ
gt
为第一标尺和第二标尺的距离，x2为第二标尺的像的尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸。
[0028]
在所述步骤s4中，射线发射位置与探测器成像平面之间的距离计算公式为：
[0029][0030]
其中，f为射线发射位置至探测器实际成像平面的距离，δ
gt
为第一标尺和第二标尺的距离，x1为第一标尺的像的尺寸，x2为第二标尺的像的尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸。
[0031]
缺陷至第一标尺和第二标尺的距离计算公式分别为：
[0032][0033]
δ
sod2
＝δ
gt-δ
sod1
[0034]
其中，δ
sod1
为缺陷至第一标尺的距离，δ
gt
为第一标尺和第二标尺的距离，d
s2
为步骤s2所得图像中缺陷像的尺寸，x2为第二标尺的像的尺寸，dr为步骤s1中测得的缺陷尺寸，x1为第一标尺的像的尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸。
[0035]
另一方面，本发明还提供一种射线检测缺陷深度检测装置，包括射线激发模块、工件装卡模块、成像模块、运动控制模块、数据处理模块、显示模块；
[0036]
射线激发模块用于产生射线；工件装卡模块用于装卡被检工件；成像模块用于接收射线辐射信号并生成图像；运动控制模块用于控制所述射线激发模块、成像模块和工件装卡模块移动，并显示移动距离；数据处理模块用于将得到的各项数据进行计算处理，得到包括缺陷深度在内的计算结果；显示模块用于控制所述射线激发模块和成像模块的参数，显示成像结果和计算结果；
[0037]
所述成像模块通常为数字探测器阵列或胶片。
[0038]
本发明的有益效果是：
[0039]
该种用于射线检测缺陷的深度定位方法具有以下优点：
[0040]
1.缺陷深度定位准确，第一标尺和第二标尺的放置位置以及与缺陷尺寸的近似使得标尺和缺陷的放大比相差很小，在原理上有很好的深度定位效果。
[0041]
2.使用条件低，由于射线数字成像系统通常以自动化方式运行，因此运动模块控制的平板探测器、射线源和工件安装装置是容易满足的，同时测量标尺平板孔型像质计是常见的射线检测工具。
[0042]
3.适用范围广，不仅适用于常见x射线源，同时适用于棒阳极x射线源，不仅适用于点状缺陷，还适用于其他较大尺寸缺陷。
[0043]
4.操作简单。本发明提供的缺陷深度定位方法能够准确定位缺陷的深度方向，结合射线数字成像的快速成像特点，能高效地三维定位缺陷，为缺陷打磨，提升缺陷处理效率提供支撑。
附图说明
[0044]
图1是本发明方法与其他发明方法测量的射线源到探测器距离差异示意图；
[0045]
图2是本发明的射线检测缺陷深度定位方法原理示意图；
[0046]
图3是本发明的检测装置的原理框图。
具体实施方式
[0047]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
[0049]
实施例：
[0050]
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1与图2，图2为本发明射线检测缺陷深度定位方法的原理示意图，计算的是射线发射位置至探测器成像平面的距离f，如图1常规方法中计算的是射线源封装表面与探测器封装表面的距离f*，f与f*的差异可能导致缺陷深度定位出现偏差。
[0051]
本发明的射线检测缺陷深度定位方法详细过程如下：
[0052]
一、测量缺陷的实际尺寸，首先按照探测器制造商推荐的方法进行探测器校正，随后利用运动控制模块，使得检测的缺陷位于图像中心，防止缺陷图像在后续的测量过程中长度发生明显的变形。采集此时的检测图像，并利用图像分析软件得到缺陷最长方向的灰度分布图，在灰度图上确定缺陷影像与背景图像的边界，记录此时表征缺陷影像的像素数量di。随后利用运动控制模块使缺陷所在被检部位相对射线源和探测器移动，此时缺陷的像随之反向移动，移动时观察缺陷边界像素并计算缺陷边界像素移动的像素距离，随着移动距离的增加，缺陷影像的像素移动个数也增加，缺陷影像的像素移动个数与di的差值呈现先减小后增大的趋势，若有一移动距离s，当移动距离为(s+δ)或(s-δ)时(δ为运动系统最小的步进精度)，缺陷影像的像素移动个数与di的差值都增大，则在移动距离s处，缺陷影像的移动个数与di差距最小，记录此时的移动距离s，此时缺陷的尺寸可以表示为：
[0053][0054]
其中，dr为缺陷的测量尺寸，s为缺陷的移动距离，dm为缺陷的移动像素数量，di为缺陷在探测器中心区域的像素数量。
[0055]
此测量方法利用缺陷在缺陷平面的移动距离计算像素尺寸，同时移动距离与缺陷本身近似相等，避免了放置标尺时标尺与缺陷尺寸相差大、缺陷与标尺不在同一深度平面引起的测量误差，是一种精度较高的方法。此测量方法可将缺陷的测量误差控制在运动模块的最小步进精度内。
[0056]
也可利用其它高精度无损检测方法测量缺陷的尺寸，例如微焦点ct等。
[0057]
二、在与被检部位材料相同的平板孔型像质计中，挑选出4t孔直径与步骤一中测得缺陷尺寸最接近的两个平板孔型像质计作为第一标尺和第二标尺，并分别放置在被检部
位的射线源侧表面和探测器侧表面，采集图像。当结果图像上的标尺与缺陷影像有重合时，应重新调整第一标尺或第二标尺的位置，使得三者影像不重合，
[0058]
当采集图像时，图像上缺陷、第一标尺和第二标尺的像应尽量靠近但不重合，以使得三者的放大比最为接近但不影响各自像的像素数量统计。
[0059]
三、测量第一标尺、第二标尺和缺陷的影像尺寸，并分别计算影像尺寸与实际尺寸间的放大比。由于第一标尺和第二标尺的实际尺寸已知，像的尺寸由像素数量与探测器的探元尺寸相乘得到，因此第一标尺和第二标尺的放大比计算公式为：
[0060][0061][0062]
其中，m1为第一标尺的放大比，f为射线发射位置至探测器实际成像平面的距离，sod1为射线发射位置至第一标尺的距离，x1为第一标尺的像的尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸，δ
gt
为第一标尺和第二标尺的距离，x2为第二标尺的像的尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸。
[0063]
四、利用第一标尺和第二标尺的放大比计算得到射线发射位置与探测器成像平面之间的距离f，利用计算得到的f和缺陷的放大比计算缺陷至第一标尺的距离δ
sod1
或第二标尺的距离δ
sod2
。联立第一标尺和第二标尺的放大比公式，可得到射线发射位置与探测器成像平面之间的距离f计算公式为：
[0064][0065]
其中，f为射线发射位置至探测器实际成像平面的距离，δ
gt
为第一标尺和第二标尺的距离，x1为第一标尺的像的尺寸，x2为第二标尺的像的尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸。
[0066]
由于工程应用中无法确定射线的实际发生位置和探测器实际的成像平面，因此射线发射位置到探测器的距离、射线发射位置到工件表面的距离或者工件表面到探测器的距离均是无法准确测量的，位置关系中能够被准确测量的仅有第一标尺到第二标尺的距离δ
gt
，也即工件源侧表面和探测器表面的距离。因此，在测量缺陷实际的深度位置时，得到缺陷距工件表面的距离δ
sod1
或δ
sod2
比测量缺陷距射线源或探测器的距离更具有实用性，也更方便缺陷的打磨、修整。
[0067]
缺陷至第一标尺和第二标尺的距离计算公式分别为：
[0068][0069]
δ
sod2
＝δ
gt-δ
sod1 (6)
[0070]
其中，δ
sod1
为缺陷至第一标尺的距离，δ
gt
为第一标尺和第二标尺的距离，d
s2
为步骤二所得图像中缺陷像的尺寸，x2为第二标尺的像的尺寸，dr为步骤一中测得的缺陷尺寸，x1为第一标尺的像的尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸。
[0071]
在一个具体的实施例中，设置缺陷为编号为25的铝制平板孔型像质计的4t孔，第一标尺和第二标尺分别为编号20和32的平板孔型像质计(4t孔)，分别放置在被检部位源侧
表面和探测器侧表面。为了验证误差及有效性，预设缺陷至标尺2的实际值为38.44mm。利用本发明的方法计算各个步骤的结果如下：
[0072]
根据公式(1)计算得出dr＝2.56mm，其中s＝2.6mm，通过读出工件装卡模块的移动距离得到，dm＝73，通过观察移动前后缺陷边界的像素坐标计算得到，di＝71.9，通过测量缺陷边界的像素坐标，并计算两个边界坐标间的距离得到；
[0073]
根据公式(2)计算第一标尺的放大比m1＝4.2224，其中x1＝8.58mm，通过探测器像素尺寸(0.1mm)与第一标尺像素数量(85.8)得到，d
m1
＝2.032mm，为已知量，通过查询平板孔型像质计说明书可得到；
[0074]
根据公式(3)计算第二标尺的放大比m2＝2.2330，其中x2＝7.26mm，通过探测器像素尺寸(0.1mm)与第二标尺像素数量(72.6)得到，d
m2
＝3.2512mm，为已知量，通过查询平板孔型像质计说明书可得到；
[0075]
根据公式(4)计算射线发射位置与探测器成像平面之间的距离f＝415.56mm，其中δ
gt
＝87.68mm，通过测量第一标尺和第二标尺间的距离得到，x1＝8.58mm，x2＝7.26mm，d
m1
＝2.032mm，d
m2
＝3.2512mm；
[0076]
根据公式(5)(6)计算缺陷至第一标尺和第二标尺的距离δ
sod1
、δ
sod2
分别为
[0077]
δ
sod1
＝49.54mm；
[0078]
δ
sod2
＝38.14mm。
[0079]
预设缺陷至标尺2的实际值为38.44mm，本方法得到缺陷深度值与实际值仅相差0.3mm，可见此方法具有较好的准确度。
[0080]
而常规的计算方法中只能测量出图2中射线管至探测器表面的距离f*(在此实施例中经测量为400mm)，并不能计算出射线发射位置至探测器成像平面的距离f(计算值为415mm)，两者的差值15mm，将会增大缺陷深度定位误差。
[0081]
从最后的数值对比可以看出，相比常规的计算方法，本发明的方法精确度提高了一个数量级。

技术特征：
1.一种用于射线检测缺陷深度定位方法；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤s1：测量工件中缺陷的尺寸；步骤s2：在缺陷的射线源侧和探测器侧分别放置第一标尺和第二标尺，测量第一标尺和第二标尺之间的距离，采集图像；步骤s3：测量第一标尺、第二标尺和缺陷的影像尺寸，并分别计算影像尺寸与实际尺寸间的放大比；步骤s4：利用第一标尺和第二标尺的放大比计算得到射线源与探测器成像平面之间的距离，利用所述距离和缺陷的放大比计算缺陷至第一标尺和第二标尺的距离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s1中采用工件中缺陷的移动方式测量；具体方式为：首先使缺陷移动至探测器成像区域采集结果图像，在结果图像中统计缺陷影像的像素个数；其次移动缺陷，当缺陷移动的像素个数与缺陷本身像素个数差值最小时，记录此时缺陷的移动距离，通过缺陷的移动距离和移动像素个数计算像素尺寸进而得出缺陷的实际尺寸。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s1中采用标尺测量工件中缺陷。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤s1中用下式计算得出缺陷的实际尺寸：其中，d
r
为缺陷的实际尺寸，s为缺陷的移动距离，d
m
为缺陷的移动像素数量，d
i
为缺陷在探测器中心区域的像素数量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤s2中，标尺材料的选择、尺寸的选择如下：第一标尺和第二标尺选用与工件材料相同；第一标尺和第二标尺的实际尺寸与步骤一所测量的缺陷尺寸的差距尽可能小；尽可能小是指：在系列尺寸呈梯度变化的标尺中，应选用与步骤s1中测得缺陷尺寸最为相近的两个标尺。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤s2中，第一标尺和第二标尺放置在缺陷所在部位的射线源侧表面和探测器侧表面上。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：第一标尺和第二标尺选用平板孔型像质计。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述步骤s3中，第一标尺和第二标尺的放大比计算公式为：在所述步骤s3中，第一标尺和第二标尺的放大比计算公式为：其中，m1为第一标尺的放大比，f为射线发射位置至探测器实际成像平面的距离，sod1为射线发射位置至第一标尺的距离，x1为第一标尺的像的尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸，δ
g
t
为第一标尺和第二标尺的距离，x2为第二标尺的像的尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述步骤s4中，射线发射位置与探测器成像平面之间的距离计算公式为：其中，f为射线发射位置至探测器实际成像平面的距离，δ
gt
为第一标尺和第二标尺的距离，x1为第一标尺的像的尺寸，x2为第二标尺的像的尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸。缺陷至第一标尺和第二标尺的距离计算公式分别为：δ
sod2
＝δ
gt-δ
sod1
其中，δ
sod1
为缺陷至第一标尺的距离，δ
gt
为第一标尺和第二标尺的距离，d
s2
为步骤s2所得图像中缺陷像的尺寸，x2为第二标尺的像的尺寸，d
r
为步骤s1中测得的缺陷尺寸，x1为第一标尺的像的尺寸，d
m1
为第一标尺的实际尺寸，d
m2
为第二标尺的实际尺寸。10.一种射线检测缺陷深度检测装置，利用权利要求1所述的方法，其特征在于：包括射线激发模块、工件装卡模块、成像模块、运动控制模块、数据处理模块、显示模块；射线激发模块用于产生射线；工件装卡模块用于装卡被检工件；成像模块用于接收射线辐射信号并生成图像；运动控制模块用于控制所述射线激发模块、成像模块和工件装卡模块移动，并显示移动距离；数据处理模块用于将得到的各项数据进行计算处理，得到包括缺陷深度在内的计算结果；显示模块用于控制所述射线激发模块和成像模块的参数，显示成像结果和计算结果；所述成像模块通常为数字探测器阵列或胶片。

技术总结
本发明公开了一种用于射线检测缺陷深度定位方法与检测装置，包括：步骤S1：测量缺陷的实际尺寸；步骤S2：在缺陷所在被检部位源侧和探测器侧表面放置标尺，并测量标尺间的距离，采集图像；步骤S3：计算标尺的放大比；步骤S4：计算射线源与探测器之间的距离，并进一步计算缺陷至射线源测标尺或探测器侧标尺的距离。本发明利用两个标尺的放大比和间距，得到了难以准确测量的射线源至探测器实际成像区域的距离，结合缺陷的放大比得到了缺陷至源侧表面标尺或探测器侧表面标尺的距离，实现了深度方向定位。本发明的使用条件低，可操作性强，适用性好，能为材料成型过程中缺陷的打磨、修整提供帮助。帮助。帮助。


技术研发人员：甘勇 马海全 王倩妮 范洪涛
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/8/14