RTIII级复试2010梁丽红讲稿.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,中国特种设备检测研究院,CHINA SPECIAL EQIPMENT INSPECTION AND RESEARCH,INSTITUTE,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,射线数字检测原理及应用,中国特种设备检测研究院,梁丽红,北京市朝阳区和平街西苑,2,号楼,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,射线数字检测概述,数字探测器,评价指标,射线数字检测应用,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,关于胶片照相,1,、工艺成熟，检测人员应用熟练，便捷、习惯，适合各种复杂工件；,2,、缺点：效率低，时间长、环境污染、查询统计难；,3,、研究人员一直以来致力于克服胶片照相的缺点的研究工作；,4,、计算机技术与数字探测器的发展，使得射线检测技术发生了质的飞跃。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,一、射线数字检测概述,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,1.1,组成,射线源,被检对象,数字成像器件（探测器）,机械传动,控制与处理,一、射线数字检测概述,射线源,成像器件,射线控制器,成像及控制中心,检测控制系统,检测工装,被检对象,控制器,射线数字成像系统组成框图,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,与胶片照相不同之处：,增加了硬件（机械支撑与传动）与软件（数据采集、控制、图像处理）；,减少了胶片暗室处理环节。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,1.2,特点,图像质量可以和,X,射线照相底片质量相媲美,降低了射线剂量、提高了检测效率,(,时间,),具有很大的宽容度,一次投入成本高,探测器不可以弯曲,具有两种成像方式,1.3,成像原理,射线透照物体后，由数字探测器接收，把射线光子转换成电信号，由软件采集，并在计算机屏幕上显示。,工业电视Tel:010-59068310 Email:liang-li-hong,射线数字成像方式,（采集帧频有关）：,（,1,）静态成像（静止）,基于数字成像技术的静态成像是指以一定采集幀频，对试件的同一部位进行曝光、成像。在指定的时间内，输出单幅、静止的图像。,类似于胶片照相，但数字成像技术在得到同样像质图像的时间要远远低于胶片照相的时间。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,（,2,）动态成像（实时）,基于数字成像技术的动态成像是指以一定幀频的采集速率实现快速成像。,被检试件通过机械扫描装置进行旋转或平移，射线源连续发射线，探测器对不同位置的试件进行连续曝光，实时的采集并显示不同检测位置的图像。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,二、数字探测器,2.1,发展历史,1975,年，薄膜掺杂成功；,1985,年开始有光电二极管与荧光材料耦合的研究报道，并开始应用于线阵探测器的,CT,成像。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,2.1,发展历史,二十世纪八十年代末和九十年代初，真正的二维探测器才有报道；,上世纪九十年代末，开始有关于平板探测器在医学领域应用的报道。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,2.1,发展历史,随着技术的不断成熟，本世纪开始了在工业检测领域应用的研究。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,数字探测器对检测信号的转换分为两种：,（,1,）直接转换,射线光子 电信号 数字图像,射线光子透照物体后，直接由后续电路把射线衰减信息转变为电信号，经计算机处理后以数字图像的形式显示。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,（,2,）间接转换,射线光子 可见光 电信号 数字图像,射线光子透照物体后，首先经过闪烁体屏（荧光屏）把射线光子转换为可见光，然后再由后续电路把可见光信息转变为电信号，经计算机处理后以数字图像的形式显示。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,2.2,数字探测器分类及工作原理,目前市场上有三类平板探测器：,非晶硒,非晶硅,CMOS,（,2,）工作原理,这类平板探测器有一厚的光电导层（典型的是用,200,500m,的非晶硒），光电导层两面的电极板间加有高电压，光电导层吸收,X-,射线光子，激发出电子,/,空穴对，并在所加电场下运动至相应电极。到达像元电极的电荷给存储电容充电，产生相应电荷的变化。电容中的累积电荷由,TFT,（,Thin Film Transistor,即薄膜场效应晶体管）进行控制，读出，经放大、,A/D,转换等处理形成数字化图像输出。,（,3,）特点,优点,：,此类探测器克服了转换屏的弥散，成像分辨率比较高，光电导膜层较厚，使转换效率比较高。像元尺寸是影响分辨率的主要因素。,缺点：,在图像边缘分辨率低；一般要求510,kV,的高电压；对环境温度敏感；抗震性能差；两次曝光的时间间隔较长。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,2.2.2,CMOS,平板探测器,（,1,）结构,定义：,CMOS,Complementary Metal Oxide,Silicon,，互补金属氧化硅半导体,。,组成：闪烁体屏,+CMOS,记忆芯片,（,2,）工作原理,当射线穿过被照体后，入射到探测器荧光层，产生与入射射线相对应的荧光（可见光）。光纤将这些可见光耦合到,CMOS,芯片上。再由,CMOS,芯片将光信号转换成电信号，并将这些电信号储存起来，从而捕获到所需要的图像信息。图像信息经放大、读出，送到图像处理系统进行处理。,（,3,）特点,寿命长,适应温度范围大,像素尺寸可达,80um,灵敏度高,成像速度慢,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,（,2,）工作原理,射线透照探测器，射线光子由闪烁体屏（常用的是,Gd,2,O,2,S,或,CsI,）转换为可见光，再由非晶硅光敏阵列转换为电信号，经放大、,A/D,转换输出。,射线经非晶硅探测器的成像过程,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,（,3,）特点,高对比度灵敏度,较高的空间分辨率,输出灰度范围：,12,14Bit,较大的成像面积,图像采集帧频：,0,7.5fps,，,10fps,、,30fps,探测器不可以弯曲，在役检测受到限制,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,2.2.3,线阵探测器,基于,CMOS,技术和基于非晶硅技术两种,各自的组成、工作原理都与上述的平板探测器一致。,不同之处在于：线阵探测器作为平板探测器的一个特例，它只有一行像素，一次成像输出一行。,（,1,）,CMOS,技术,非晶硅技术,Tel:[phone] Email:liangli-hong,线扫描,DR,工作原理,由于线阵列探测器接收到的,X,射线是一条线，为了获得完整的,DR,图像，就必须使被检工件与线阵列探测器之间作相对运动，将连续扫描获得的线信息重新组合成图像的面信息，从而完成整个的检测过程。因此，基于线阵列探测器数字成像系统的主要特点是被检工件必须在,X,射线源与线阵列探测器之间作相对匀速运动才能成像。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,特点,优点：像元间距可小到,0.08mm,，对于亚毫米级的闪烁体膜层，具有约,6lp/mm,的高空间分辨率（理论）；散射小。静态成像对比度可达到胶片照相,B,级。,缺点：线阵探测器的对机械传动要求高，成像速度慢，影响了检测效率；射线剂量要求高。,2.3,数字成像器件共同特性：,（,1,）组成探测器的各个像素尺寸决定了成像系统的空间分辨率，以及射线剂量；,（,2,）数字探测器都会有坏像素,(,包括坏点或坏行,),对此必须其进行校正。,（,3,）探测器的不一致性的校正是获得高像质图像的一个重要的技术环节。,（,4,）受环境的限制。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,2.4,主要的技术参数,(1),像素（像元,Pixel,）,数字图像都是由无数个点（敏感元器件）组成的，组成图像的每一个点就称为像素。,它是构成图像的最小的单位,。,Tel[phone] Email:liang-li-hong,（,2,）灰度（,Gray,）,定义：图像显示的亮度。相当于胶片底片的黑度。单位：,Bit,灰度等级：灰度的变化范围。,决定因素：模拟,/,数字（,A/D,）转换的位数。如：,8,位,A/D,转换，即,8Bit,。灰度等级为,2,8,=256,。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,（,3,）动态范围（,Dynamic Range,）,系统的动态范围被定义成最大输出灰度和暗电流噪声的比值。,如果系统的灰度输出范围为,12bit,，假设暗电流噪声为,2,，则其动态范围为：,1,：,2000,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,三、评价指标,胶片照相,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,三、评价指标,在线性系统中，任何一个成像系统的特性可利用它的调制传递函数,MTF,来描述。,MTF,综合反映了成像的对比度和空间分辨率情况，可用作单纯图像所包含信息量的评价指标。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,三、评价指标,对比度灵敏度、分辨率、信噪比,对比度灵敏度和空间分辨率是一对相互制约的关系，如何均衡是实现高信噪比、高像质成像的关键。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,3.1,对比度灵敏度,像质计灵敏度，利用像质计评定。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,3.2,分辨率,空间分辨率、密度分辨率,提出分辨率指标原因：,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,3.2,分辨率,空间分辨率,系统所能分辨的两个相邻细节间的最小距离。,单位：用,lp/mm,（线对,/,毫米）表示。,影响因素：成像器件固有特性、系统几何参数、,源焦点尺寸、转换屏厚度,测试：,不同空间分辨率成像比较,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,3.2,分辨率,密度分辨率,系统所能分辨的物体密度变化的能力。,单位：,%,，,CT,成像的一个重要评价指标,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,4.1,现状,国外掌握着数字探测器的核心技术，不但生产数字探测器，还生产整套数字检测系统。,1,、发展历史：,1975,年，随着,薄膜掺杂成功，为基于,半导体产品的开发开辟了道路。,1985,年开始有,四、应用,4.1,现状,国内科研院所、公司主要在系统集成和软件及图像处理方面进行研究，通过引进国际先进的数字成像探测器，进行整套系统的集成研发，降低设备成本。,4.2,应用现状,射线数字成像检测技术在工业各个领域都将有广泛的应用。例如在气瓶、锅炉、压力容器、压力管道、油气长输管道对接焊缝的无损检测；汽车轮毂、汽车,/,飞机轮胎等领域的无损检测；机械零件、航空航天部件的无损检测等。,4.3,应用特点,数字检测系统在开始检测时需要一定的预热时间（,20,30,分钟）,组成探测器的各个像素尺寸决定了成像系统的分辨率，以及射线剂量（选择）,4.3,应用特点,数字探测器都会有坏像素,(,包括坏点或坏行,),和不一致性，严重影响图像质量，对此必须其进行校正。,基准图像：暗场图像、亮场图像,4.3,应用特点,基准图像的建立的条件,（,1,）系统首先要预热；,（,2,）确定工作模式和成像输入条件；,（,3,）抑制噪声；,（,4,随时进行暗场图像的校正；,（,5,）当工作模式、成像系统物理参数、检测试件,等改变时，需要重做相应的基准图像。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,4.4,研究成果,4.4.1,多功能射线数字成像检测系统,该系统是一台集数字成像（动态成像、静态成像）、,CT,成像为一体的先进工业射线集成检测系统。,1,）系统硬件,系统硬件主要包括检测台和操作台。,检测台包括：射线源、,平板探测器、线阵探测器、图像增强器,、精密铸铁基座、四自由度扫描台、射线源支架、探测器支架、消散窗。,三种探测器是系统成像的核心部件，可切换进行工作。用于将进入其有效成像窗口的,X-,射线转换成电子图像，并完成数字采集。整个扫描系统基于先进的,6K,控制器进行控制，可实现对被检工件的高精度、快速定位和扫描运动。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,操作台包括：一套双,CPU,高档,PC,机；一套普通,PC,机；射线机控制单元；平板探测器命令处理器和图像增强器控制终端；系统辅助装置控制单元；检测室监视单元。,整个检测过程均通过操作台完成。,2,）系统软件,整个系统在专门开发的大型套装应用软件控制下进行工作。该软件基于,Windows XP,平台，以,VC+,语言编写，基于三个探测器的三个子软件。,软件包括硬件控制模块、动态成像、静态成像、,CT,成像模块以及图像处理模块。以上四大模块均由工作站统一调度管理。,3,）系统功能,系统动态成像用于工件整体质量快速检测；静态成像对动态成像检出的异常部位做高质量透照检测；,CT,基于锥束射线的圆轨迹扫描和图像重建，对静态成像检出缺陷做三维可视化层析，完成对工件内部结构、材质缺陷定量分析与诊断。,本系统实现了工件整体质量快速检测。,4,）系统特点,系统作为开发平台，可针对检测对象定制、开发适合的检测系统；,系统作为研究平台，实现各类新型材料的检测试验研究，基于不同探测器技术的成像系统性能测试研究；,系统作为试验平台，实现数字成像的最优化工艺条件的定制，数字成像标准的建立。,利用本平台可为用户提供一系列的检测方案和技术支持。,4.4,研究成果,4.4.2,管道焊缝,快速,射线数字成像检测,系统,依管径、透照方式,制造、生产线,4.4,研究成果,4.4.3,管道对接焊缝射线,数字,成像检测,系统,安装、在役,实 验,管道对接焊缝自动检测,图像采集,管道对接焊缝自动检测,工程应用,管道对接焊缝自动检测,4.4,研究成果,4.4.4,实时成像像质优化技术,噪声、提高对比度,原始图像,优化后图像,4.4.4,研制了,焊缝缺陷计算机成像,(,CR,),检测系统,射线数字成像检测系统选择原则,满足检测线的质量控制,（指标、,MTF,）,检测对象、场地,自身经济情况,考虑性价比,售后服务,6.3,相关标准,6.3.1,国外标准,实时成像、,CR,标准体系,DDA,标准发布,DR,标准,6.3,相关标准,6.3.2,国内标准,GB 17925-1999,气瓶对接焊缝,X,射线实时成像检测,修订中,GB/T 19293-2003,对接焊缝,X,射线实时成像检测法,6.3,相关标准,6.3.2,国内标准,标准名称：,X,射线数字成像检测,标准编号：,JB/T4730.11,工作组：中国特种设备检测研究院联合相关单位（如：仪器制造单位、技术研究单位、使用单位、检测单位、主管部门等）进行制定。,标准规定了承压设备金属材料受压元件的熔化焊对接接头的,X,射线数字成像技术，规定了承压设备对接焊接接头,X,射线数字成像无损检测的成像系统、检测环境、成像技术、图像评定、检测方法、焊缝缺陷等级评定及检测报告及图像保存等。,（,2,）标准特点,本标准首次就射线数字成像检测的名词、术语进行了规范的定义，特别是对有别于胶片照相的相关术语也进行了定义。,本标准与胶片照相对系统的评价区别在于，增加了空间分辨率指标，与对比度灵敏度指标一起评定系统质量性能。,Tel:[phone] Email:liang-li-hong,结 束,