1、X射线胶片得成像质量较高,能够准确地提供焊 缝中缺陷真实信息,但就是,该方法具有操作过程复杂、运行成本高、结果不易存放且查询携带不方便等缺点。由于电子技术得飞速发展,一种新型得X射线无损检测方法“X射线工业电视”已应运而生,并开始应用到焊缝质量得无损检测当中。X射线工业电视己经发展到由工业CCD摄像机取代原始X 实时显示探伤图）工业电视（并用监视器,射线无损探伤中得胶片像,这样不仅可以节省大量得X射线胶片,而且还可以在线实时检测,提高了X射线无损检测得检测效率。但现在得X射线工业电视大多还都采用人工方式进行在线检测与分析,而人工检测本身存在几个不可避免得缺点,如主观标准不一致、劳动强度大、检测
2、效率低等等。x射线无损探伤计算机辅助评判系统得原理可以用两个“转换”来概述:首先X射线穿透金属材料及焊缝区域后被图像增强器所接收,图像增强器把不可见得X射线检测信息转换为可视图像,并被CCD摄像机所摄取,这个过程称为“光电转换”;就信息量 得性质而言,可视图像就是模拟量,它不能被计算机所识别,如果要输入计算机进行处理,则需要将模拟量转换为数字量,进行“模/数转换”,即经过计算机处理后将可视图像转换为数字图像。其方法就是用高清晰度工业CCD摄像机摄取可视图像,输入到视频采集卡当中,并将其转换为数字图像,再经过计算机处理后,在显示器屏幕上显示出材料内部缺陷得性质、大小与位置等信息,再按照有关标准对
3、检测结果进行等级评定,从而达到焊缝焊接质量得检测与分析。二 X射线无损检测系统结构与原理 射线无损探伤缺陷自动检测系统得硬件组成与结构如图1所示。系统主要由三个部分组成:信号转换部分、图像处理部分及缺陷 位置得获取与传输部分。 图1系统结构图 信号转换部分主要由X光光源、螺旋钢管、传送车、图像增强器、反射器以及CCD摄像机组成,信号转换部分得主要功能就是完成从x射线到可见光得信息载体转换以及可见光到可视图像得光电转换。螺旋钢管首先被放置到传送车上,传送车在承载螺旋钢管前进得同时,车上得旋转滚轮带动螺旋钢管旋转,这样可以保证螺旋钢管得螺旋焊缝始终保持在CCD摄像机得正下方,CCD摄像机就可以始终
4、摄取到螺旋焊缝得探伤图像。由X光光源发出得X射线穿透螺旋钢管及焊缝区域后,被图像增强器接收,图像增强器将不可见得X射线探伤信息转换为可见光探伤信息,再通过反射镜反射到CCD摄像机当中,CCD摄像机再将光信号转换为电信并将探伤图像送入图像处理部分。,完成光电转换）,模拟数据（号在信号转换部分中,CCD摄像机将摄取到得探伤图像以帧得形式送入图像处理部分得视频采集卡当中,同时在图像处理部分中得监视器（工业电视）上实时显示这帧原始探伤图像（模拟图像）。如果在焊缝区域中存在气孔、夹渣或未焊透等缺陷时,由于与背景区域（焊缝区域）相比较,缺陷区域透过得X射线较多,所以在监视器（工业电视）上显示得探伤图像中就
5、会形成一个亮点或者一条亮线,图像处理部分也正就是利用这个特点来检测每一帧探伤图像中就是否存在缺陷得。图像处理部分中主要包括监视器（工业电视）,视频采集卡,计算机,计算机显示器等设备,图像处理部分得功能主要包括采集、显示、处理并存储所采集到得探伤图像数据。由CCD摄像机摄取到得探伤图像数据（模拟数据）首先被送入监视器,并在监视器上实时显示,同时该探伤图像数据被输入到视频采集卡当中,经过视频采集卡进行采样、量化与编码之后将其数字化。数字化后得探伤图像同样以帧得形式送入到计算机当中,在计算机中通过下述基于模糊识别准则得模糊缺陷检测算法来检测每一帧探伤图像中就是否存在缺陷（本文将在后续详细介绍该模糊缺
6、陷检测算法）,并在计算机显示器上实时显示检测结果,同时将检测结果存储到计算机得存储器当中,以备后续得查找与验证。缺陷位置得获取与传输部分主要由AT89C2051单片机、旋转编码缺陷位置,模块与传输线等组成4520一ADAM芯片、Max232器、得获取与传输部分得主要功能就是获取并传输缺陷得位置信息、系统利用AT89C2051单片机并通过日本欧姆龙公司生产得旋转编码器将位移信号转换为脉冲信号,通过脉冲信号得个数来一记录传送车得位移信号,再通过串行通信接口将位移信号传送给计算机进行处理,从而确定缺陷得位置信息。三 缺陷检测流程 在本文设计并实现得X射线无损探伤缺陷自动检测系统中,缺陷得自动检测与识
7、别部分就是系统得核心部分,该部分得程序流程可分为如下几个步骤:l）程序初始化:完成程序开始运行时,一些变量得定义与赋值以及视频采集卡得初始化工作;2）图像采集与串行通信接口初始化:利用视频采集卡采集X射线探伤图像,并同时初始化串行通信接口,完成串行通信得初始连接;3）图像预处理与获取位置信息:完成一些必要得图像预处理运算,从而保证模糊缺陷检测算法得有效检测;获取螺旋钢管前进得位置信息,以保证计算缺陷位置信息时使用:4）检测缺陷:应用模糊缺陷检测算法,检测当前X射线探伤图像中就是否有缺陷存在,并在探伤图像中标记检测到得缺陷;大小、个数与位置:如,计算缺陷得一些基本信息:缺陷得识别5）等信息,并按
8、照一定得标准,对检测到得缺陷进行统一得识别与判定;6）缺陷就是否超标:判断缺陷就是否超出标准,如果超出标准,则发送喷标信号,在螺旋钢管上标记超出标准得缺陷;如果没有缺陷超出标准,则程序返回到初始状态,准备下一帧X射线探伤图像得采集、检测与识别。缺陷自动检测与识别部分得程序流程框图如图2所示。图三 缺陷检测流程图 缺陷检测算法原理 四若在焊缝区域中存在气孔、夹渣以及未焊透等缺陷时,因为缺陷区域穿透得X射线较多,而相对来说周围背景区域X射线得透射量较少,所以在探伤图像中,缺陷区域就会形成一个亮点或者一条亮线。这样在视觉上就可以根据探伤图像中,某一个区域就是否比其周围背景区域更加明亮来判断该区域就是
9、否就是缺陷区域,而从图像处理得角度来瞧,可以根据探伤图像中像素灰度值得大小来判断一个区域就是否就是缺陷区域。首先从人类视觉得角度出发,观察一下缺陷检测人员就是如何判断一个区域就是否就是缺陷区域。如果一个区域比周围背景区域明亮,检测人员会认为这个区域可能就是缺陷区域,随着耐区域亮度差得继续加大,检测人员会一认为这个区域就是缺陷区域得可能性较大,甚至认为这个区域一定就是缺陷区域。反之,如果一个区域与周围背景区域得亮度差不多,那么检测人员就会认为这个区域不就是缺陷区域,而就是背景区域。在这里应该注意一个问题,人类视觉中得“亮度代或者说就是“明亮程度”,不仅仅就是指区域中像素得灰度平均值,而且还与区域
10、中像素得空间方差特性（一定区域内像素灰度值变化得剧烈程度）有关。也就就是说仅仅有着较高得灰度平均值还不够,或者说还不足以使缺陷检测人员确信这个区域就就是缺陷区域。举一个特殊得例子,如果一个区域内有几个灰度值极大得点（实际上就就是几个恶性得随机噪声）,它们仍然会使整个区域得灰度平均值较高,但这个区域却因为这个区,“明亮”瞧起来也不比其周围背景区域,不就是缺陷域只就是包含了几个恶性随机噪声得背景区域,而并非就是缺陷区域。所以人类视觉中得“亮度”指得就是,除了有着较高得空间对比度（即灰度平均值）之外,还需要有着较低得空间方差特性,也就就是说,瞧起来还要“亮”得比较“均匀”。在X射线探伤图像中,当缺陷
11、区域与噪声区域呈现相同得空间对比度特性时（区域得平均灰度值相同）,缺陷区域得方差特性显然要比噪声区域得空间方差特性低（区域得灰度值变化程度小）;而当缺陷区域与噪声区域呈现相同得空间方差特性时,缺陷区域得空间对比度又必然要比噪声区域得空间对比度高。所以在本文所采用得模糊缺陷检测算法中,对于具有相同空间对比度特性得区域来说,它得空间方差特性越小,就越有理由相信这个区域就是缺陷区域,其模糊隶属度得值就越高,反之就越低;而对于具有相同空间方差特性得区域来说,它得空间对比度特性越低,这个区域就是缺陷区域得可能性就越小,其模糊隶属度得值就越低,反之也就越高,这就就是模糊缺陷检测算法得基本原理,模糊缺陷检测
12、算法中采用得模糊规则就就是基于此而形成得。在本文采用得模糊缺陷检测算法中,一个重要得参数就是空间对比度参数中两个对比区域（检测区域与比较区域）之间得距离。距离得大小对空间对比度参数得可靠性影响很大,无论过大或过小均无法正确反映所要比较两个区域真实得空间对比度特性。一方对于较大得缺陷,当检测区域与比较区域之间得距离过小时,面来说,其反映得可能就是缺陷区域内部之间得空间对比度特性,并不就是所希望得到得缺陷区域与周围背景区域得空间对比度特性;另一方面,当检测区域与比较区域之间得距离过大又会失去缺陷区域与“周围”背景区域比较得意义,距离越大,两个区域之间得相关性就越小,空间对比度特性得意义也就越小。所
13、以检测区域与比较区域之间得距离大小应当适中,不易过大也不易过小,既要能准确反映出缺陷区域与其周围背景区域之间得对比度特性,又要能跳出较大得缺陷区域,防止缺陷区域内部之间得空间对比度得比较,具体情况如图4所示,其中,D为检测区域,E为比较区域,d为它们之间得距离。在程序实现方面上,本文在远区域与近区域各选取了一个比较区域,将远、近两个比较区域计算出来得灰度平均值相加后再平均,即取远、近两个比较区域得平均值,这样在一定程度上就可以减少上述现象得发生。 距离对检测效果得影响4 图在本文所介绍得X射线无损探伤缺陷自动检测系统中,采用得模糊缺陷检测算法就就是基于上述介绍得模糊准则而实现得,即通过模糊理论
14、来判断焊缝区域中就是否有缺陷存在。所有需要检测得灰度探伤图像均就是由CCD摄像机摄取,并由视频采集卡数字化,再经过计算机处理之后,将结果保存在计算机得硬盘中。灰度图像得灰度级为256,大小为768x576个像素。所得得灰度探伤图像首先经焊缝提取方法,将焊缝区域大致确定出来,然后在大致确定出来得焊缝区域中以过滤得形式应用模糊缺陷检测算法,便可以准确得检测出焊缝区域中得缺陷及其具体位置所在。由于各个X射线探伤系统得成像质量不尽相同,同时不同直径钢管得成像情况也有差别,所以产生得X射线探伤图像得质量差别比较大。X射线探伤图像得质量主要可以分为两大类:大噪声情况与小噪声情况。大噪声时探伤图像得成像质量
15、比较差,噪声较大,这时为了防止将较大得噪声错判断为缺陷,检测区域得大小应该适当放大;相反,小噪声时探伤图像得成像质量比较好,噪声较小,这时就可以将检测区域得大小适当缩小。5 缺陷信息得获取 5、1缺陷尺寸测量 对于每一帧包含缺陷得探伤图像来说,系统需要知道其中缺陷得个数、缺陷得尺寸以及缺陷得位置信息,从而可以按照一定得标本文采用灰度累积得方法来准判定其中得缺陷就是否超出标准。计算得到缺陷个数、尺寸以及位置信息。该方法简单而且有效,只需要将缺陷像素得个数累积到横轴上即可。灰度累积方法得具体步骤就是在检测区域得水平方向上（即横轴上）累积每一列中黑点像素得个数（黑点像素就是前述模糊缺陷检测算法检测出来得缺陷像素）。示意图如图5所示,横轴表示黑点像素得位置,纵轴表示 水平方向上黑点像素累积得个数。在将每列黑点像素得个数累积到横轴后,通过判断黑点像素个数得起始坐标与结止坐标X1、Xr以及
