数字射线在某型机平尾大轴自动化检测中的应用

汪荣华 郭涛 吴云坤 曹强 王梁丞

摘要：简述了平板DR实时成像技术，介绍了平尾大轴自动控制装置，将DR技术与自动控制技术整合，实现平尾大轴的快速检测，极大地压缩了生产周期，说明DR检测技术在工业领域的工程化应用完全可以满足相关技术标准的技术要求。

关键词：平尾大轴；数字射线；自动化

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

0 引言

平板DR实时成像检测技术已在医学领域得到长期而广泛的应用。随着闪烁体探测器和光电倍增器等技术的突破性发展，近些年来DR数字成像技术在工业检测领域被广泛尝试和推广，并取得了良好的检测效果。平板射线实时成像检测技术的最大优点是动态快速检测，可进行实时的质量评定[1]。

按射线检测工艺规程规定，需对某型机平尾大轴4个部位的圆周长度方向分别进行6次透照，平尾大轴的每次旋转角度为60°，每相邻两张胶片之间至少有10 mm搭接部分，如图1所示。采用传统的X射线拍片检测方法，检测周期长、效率低、耗材费用高、暗室处理时间长及底片成像影像质量不稳定，其检测结果受人为因素影响较大，严重约束了产能的提升，有可能延误生产周期。平板数字成像检测技术逐步取代传统的胶片拍片检测已成为必然的趋势。为此，优先在某型机平尾大轴的检测上开展基于DR检测技术的自动化检测研究。

1 X射线数字实现成像系统

X射线数字实时成像系统主要由数字平板探测器、X射线机、笔记本高性能工作站（图像采集和处理）等组成，如图2所示。

1.1 数字平板探测器

数字平板探测器为美国通用电器检测控制技术有限公司生产的DX- R250C-W型数字平板探测器（见图3）。该探测器基于非晶硅的光成像，使用了掺杂在加固型工业壳体中的优化Gadox闪烁体（GOS）。成像器的光学区域为8in×8in（20cm×20cm），其中单个像素大小为200μm。可在无线（802.11g）模式下或数据线（1GB）Ethernet模式下操作。图像动态范围10000∶1，通信数据I/F传输千兆以太网。

DXR250C-W型非晶硅探测器是一种间接转换辐射探测器。A/D转换位数可达14bit，检测单元小、A/D转换位数高，可以构成性能更好的检测系统。工作原理可以简单描述为：入射射线→荧光→电信号→存储电荷→数字图像信号，其基本构造和原理如图4所示。

1.2 X射线机

采用XYD-3010/3型金属陶瓷管工业X射线探伤机。最大管电压310kV，焦点尺寸范围（1.2/4.0）mm，X射线束圆锥角为40°，水循环冷却。

1.3 图像采集和处理系统

DXR250C-W型数字平板探测器的图像采集和处理系统的软件是经专门设计开发而成的X射线侦测系统（Rhythm RT）。Rhythm RT软件配套使用在GE开发的平板、碘化铯和硫氧化轧侦测器的成像装置中。与常规基于胶片或影像增强的射线照相相比，该软件强大的DICONDE查看器能提供高效的图像采集、分析、注释、评定和导出存档等功能；能对缺陷进行几何尺寸测量、尺寸标定、缺陷标记，并且具有一键优化的矢量滤镜功能，操作简洁方便，如图5所示。

2 平尾大轴自动化装置设计

每根平尾大轴需进行4个部位共计16次的X射线检测，为此，将平尾大轴放置在自动控制的工装，可实现最大化的检测效率。平尾大轴自动化装置由专用检测车和自动控制系统组成。

2.1 平尾大轴专用检测车

该系统由丝杠传动部分、底盘部分及旋转机构部分构成，如图6所示。

执行机构由滑动架及固定架两部分组成，滑动架用于安装大轴并可在固定架上平移，滑动架上装有滚轮，驱动大轴旋转。平移及旋转动作均通过伺服电机驱动。

利用零件两侧Φ40的外圆处安装大轴，每处用两个滚轮进行支持，通过伺服电机带动同步带，驱动大轴旋转，通过控制柜发出指令控制伺服电机的旋转角度，最终保证大轴均匀地旋转。两侧的大V形的支撑块能够引导零件快速安全地摆放到工作位置，如图7所示。

2.2 主控柜系统

控制系统主要包括电器系统、可编程序控制器（PLC）及扩展单元、触摸屏。

电器系统由主电控柜、连接线组成，主电控柜的内部安装着PLC及扩展单元、触摸屏和按钮，PLC与触摸屏之间通过网口连接通信，主电控柜和检测机器通过电缆连接。

PLC是综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。选用西门子公司的s1214型PLC，其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数与脉冲输出等功能于一身，指令丰富，引用功能块的编程方式使编程更加简便。

人机界面是在操作人员和机器设备之间进行双向沟通的桥梁。西门子触摸屏是专门面向PLC应用的，其功能强大、使用方便，控制器界面如图8所示。

3 现场检测应用

基于DR数字成像检测技术，实现平尾大轴自动化检测的现场操作步骤如下：推动工装车（执行机构）进入指定位置，放下支撑脚固定支撑；连接线路及电源（快插接头）；摆放零件到工作位置；操作控制柜并配合DR数字成像检测系统进行探伤工作；探伤结束后断电，升起支撑脚，推出工装车，完成探伤工作。

按表1和表2设定试验参数，采用DR数字成像技术和传统X射线拍片技术分别对某型机平尾大轴检测位点1和检测位点4进行检测，结果如图9和图10所示。

由图9可知，平尾大轴DR成像图应识别部位灰度值范围为9000～10800，符合GB/T35388-2017《X射线数字成像检测 检测方法》要求，双丝像质计可识别丝号为12号丝。由图10可知，底片中可识别11号丝，符合工艺要求；应识别部位中间位置黑度为2.3，底片两边沿部位成像质量较差，黑度低于1.7。由两图的对比可知，DR数字成像和传统胶片法进行平尾大轴射线探伤均能满足工艺要求，但DR成像的图像较为清晰，动态范围广，图像对比度高，捕获的质量信息更为全面。

4 结论

1）平尾大轴射线自动化检测系统实现了大轴探伤全过程的室外控制，减少了人员进入探伤室的时间，替代了人工翻转零件，在保证人员安全的同时提高了大轴探伤效率。某型机单架次平尾大轴探伤周期压缩200%以上。

2）平尾大轴DR成像图动态范围广，灰度空间大，锐度好，图像清晰，易于进行指标量化和自动评估；传统底片成像受操作人员工作状态影响较大，底片评定与损伤评估与工作经验息息相关。

參考文献

[1] 郑世才.射线实时成像检验技术[J].无损检测，2000，22（7）：328-336.

作者简介

汪荣华，助理工程师，主要从事无损检测技术的研究与应用。