气缸套缺陷的x射线自动检测装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及X射线无损检测技术，特别涉及一种气缸套缺陷的X射线自动检测装 置和方法。
【背景技术】
[0002] 气缸套作为汽车发动机的重要部件，生产批量大，质量要求高，然而在铸造、机械 加工过程中，由于材料本身内应力、夹紧力等作用容易引起微观裂纹和铸造过程中形成的 气孔、砂眼等内在缺陷，如果这些缺陷出现在高温高压工作条件下的发动机中，很容易引起 发动机的失效并导致安全事故。因此，对大批量气缸套的快速、高效、无损检测就尤为重要。
[0003] 当前比较先进的检测手段主要有涡流检测法与X射线检测法。涡流法只能检测到 气缸套表面或近表面缺陷，对深层缺陷难以探测；X射线法则是将气缸套置于X射线源与成 像器件之间，通过人眼反复观察工件在多个方位下的射线图像进而判断工件合格与否，一 方面对双层壁厚的探测会造成获取图像的分辨率下降，而且对于有外螺纹的气缸套影响更 大，另一方面判别结果受工人的经验及眼睛的疲劳程度影响，对于有缺陷的气缸套难以快 速确定该缺陷位于射线束穿透方向的前壁还是后壁。这种方法费用高、准确率低且费时，难 以满足大批量快速准确检测的生产要求。
[0004] 具体来讲，当前的气缸套缺陷X射线检测方法如图1，4为计算机，2为检测工作台， 3为X射线管，9为气缸套（待检测），6为面阵式成像器件。
[0005] 现有检测方法是人工打开铅房，把气缸套9放置在X射线管3与面阵式成像器件 6之间，射线源发出射线穿透工件后在成像器件上成像并送往计算机4,工人观察计算机屏 幕上的带有气缸套内部结构信息的X射线图像进而判别工件合格与否，而且一般需要转动 工件在多个角度下反复观察判别。这种人工检测方法弊端如下：
[0006] (1)人眼识别方法速度慢、效率低，难以满足大批量的高效快速检测要求，且识别 结果带有工人主观性而难免误检。
[0007] (2)为了提高检测速度而采用面阵式探测器，气缸套必须放置于射线源（X射线 管）与面阵式成像器件中间，双层壁厚的成像造成了实际图像分辨率的下降，气缸套有外 螺纹时由于前后壁螺纹的不规则交叉重叠成像影响更严重。此外，对于均匀壁厚的气缸套， 在实际成像时会产生与气缸套自身弧长有关的正弦效应，造成在射线束光路上实际穿透的 铸件壁厚中间薄两边厚，所成图像中间偏亮两边偏暗的灰度不一致，给识别带来困难，对于 识别出的缺陷也难以判别是前壁缺陷还是后壁缺陷。如图2所示为一平行X射线束10穿 透均匀壁厚气缸套某一截面11后所成图像的灰度分布图，由图可见，在x轴向上，1、5点的 灰度值f(x)最高，因为射线束与气缸套外圆相切，射线没有衰减直接打在成像屏上；2、4点 灰度值最低，因为射线束实际穿透的气缸套壁最厚，射线衰减也最多；中间点3点则最为真 实反映了射线束垂直穿透双层壁厚所成图像的灰度值。
【发明内容】
[0008] 本发明为解决目前气缸套等具有筒状结构的零部件在进行射线检测时采集到的 图像不能准确反映产品缺陷进而导致检测结果不准确的技术问题，提供一种气缸套缺陷的 X射线自动检测装置和方法。
[0009] 本发明所述的气缸套缺陷的X射线自动检测装置是采用以下技术方案实现的：一 种气缸套缺陷的X射线自动检测装置，包括计算机控制与图像处理单元、检测工作台和X射 线管；还包括与X射线管相配合的线阵式成像器件；所述线阵式成像器件通过探测器支撑 臂支撑并与计算机控制与图像处理单元相连接；所述检测工作台可上下升降以及360度自 由旋转并用于将气缸套顶起套在线阵式成像器件的外围，计算机控制与图像处理单元通过 机电控制模块控制检测工作台和探测器支撑臂的动作。
[0010] 本发明所采用的装置可以将气缸套套在线阵式成像器件的外围，通过转动气缸套 就可以获得气缸套一周的X射线图像，相当于将圆筒状的气缸套展开成一个平面，从而获 得气缸套的单壁成像，这样就避免了现有检测方法中存在的图像分辨率的下降导致检测结 果不准确的问题。检测工作台可以围绕旋转轴自由转动。
[0011] 本发明所述的气缸套缺陷的X射线自动检测方法是采用如下技术方案实现的：一 种气缸套缺陷的X射线自动检测方法，包括以下步骤：
[0012] 步骤1 :检测装置启动后，系统初始化：①确定检测的气缸套型号，根据其壁厚自 动确定需要的X射线管电压与管电流大小；②根据实际检测需要确定检测的气缸套缺陷类 型与缺陷尺寸，检测装置据此自动确定检测工作台围绕旋转轴做周向旋转的最大旋转步长 n°，n 能被 360 整除，N = 360/n ;
[0013]步骤2:计算机控制与图像处理单元发出指令，机电控制模块将批量气缸套工件 依次送到检测工作台位置；
[0014] 步骤3 :当检测工件到达检测工作台后，机电控制模块自动将载有气缸套的检测 工作台垂直向上顶起，使得气缸套完全套在线阵式成像器件外围，并且气缸套靠近X射线 管发射端一侧的前壁尽可能靠近线阵式成像器件的成像面；
[0015] 步骤4 :X射线管发出X射线束透照气缸套，线阵式成像器件获取紧靠它的气缸套 前壁的一列数据，记为X1:
[0016] Xj= (x n, x21, xM1)T (1)
[0017] 其中，&为11维列向量，表示线阵式成像器件在竖直方向上采集到的像元个数，符 号T表不转置；
[0018] 步骤5 :检测工作台带动气缸套以该型号气缸套对应的最大旋转步长n°做周向 间歇式匀速旋转并采集数据，与步骤4相同的方法获取以下N-1组M维数据：
[0019]
[0020] 步骤6 :将公式⑴和公式⑵中的N组M维列向量的数据统一整合为M行N列 的图像矩阵X:
[0021]
衡：
[0022] 其中，矩阵X即是相当于将气缸套周向展开后所成的单壁全景X射线图像，矩阵中 的元素 Xlj表示图像在第i行第j列的像素灰度值，图像大小为MXN ;
[0023] 步骤7 :对获得的单壁全景X射线图像进行判断；逐个完成对气缸套的检测。
[0024] 由于在成像过程中，气缸套的图像数据均是在射线源与探测器之间并贴近探测器 成像面的单壁垂直成像，这种成像方法在本质上相当于将气缸套展开成矩形面板后由线阵 探测器逐列扫描成像。对于一个均匀壁厚且没有缺陷的合格气缸套，忽略X射线的不一致 性与系统噪声等影响因素，理想情况下图像X的每一列数据对应元素，理论上都应该近似 完全相同，即上述公式（1)和公式（2)中，应该有：
[0025] Xi= X 2 =…=X .j =…=X N (7)
[0026] 也即在公式（3)中每一行的数据灰度值在理论上均应该相等，这样就避免了双层 壁面阵式成像时由于弧长引起的正弦效应。
[0027] 如图4所示为一平行X射线束10穿透均匀壁厚气缸套某一单层展开截面12后所 成图像的灰度分布图4。由图可见，在垂直于气缸套轴向某一断面处，沿着圆周方向上的气 缸套断面灰度值大小一致，克服了弧长引起的正弦效应。相比于双层壁成像，单壁成像法显 著提高了图像的分辨率，在气缸套有外螺纹情况下明显克服了在双层壁成像中前后壁螺纹 的不规则交叉干扰。
[0028] 实际成像检测中，由于X射线及其它外界因素的影响，公式（7)中所述的每一列数 据对应元素应该近似相等：
[0029] X产X产…~X产…~XN (8)
[0030] 对于所获得的单壁全景X射线图像，可以采用各种现有的检测方法进行检测；由 于获得了待测气缸套的单壁全景X射线图像，使得图像能够最大限度的反映出待测气缸套 的特征，从而为测量的精确性奠定了基础。
[0031] 进一步的，计算机控制与图像处理单元通过快速差影法对采集到单壁全景X射线 图像的气缸套进行检测，实现自动检测；所述快速差影法包括如下步骤：
[0032] 步骤a :由步骤1已知缺陷的类型与尺寸，假设所