專利名稱：用于操縱產(chǎn)品并用于處理所述產(chǎn)品的射線檢驗圖像從而獲得斷層圖像的裝置和方法及其用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于操縱產(chǎn)品特別是機器零件，并用于處理在射線檢驗設備中獲得的產(chǎn)品的圖像以便獲得產(chǎn)品的射線斷層圖像的裝置和方法。
背景技術：
在某些機械工業(yè)中，尤其是在汽車工業(yè)中，不斷研發(fā)新的零件和新的鑄造方法，需要提供非破壞性的檢驗裝置，以便評價通過新的設計生產(chǎn)的零件或者利用新的方法生產(chǎn)的零件。具體地說，需要對零件的材料進行定性和定量的檢查，以便確定是否具有任何缺陷，并需要在常規(guī)裝置不能進入的零件的區(qū)域例如零件內(nèi)部的腔體或溝槽內(nèi)進行尺寸和幾何形狀的檢查。
具體地說，在汽車生產(chǎn)中使用的鋁合金鑄件或者鑄鐵鑄件的情況下，例如汽缸頭、曲軸箱、曲軸或者轉(zhuǎn)向柱殼體，需要對使用新的設計或新的鑄造方法獲得的成批零件進行非破壞性的檢查或者尺寸檢查。
就鑄造而言，零件中存在的缺陷可以用X射線檢查儀器、伽馬射線檢查儀器或者超聲波檢查進行檢查。這些裝置給出在零件中是否存在缺陷的指示，但是零件的符合度及其材料的堅實度的判斷則完全是定性的。
當涉及檢查零件內(nèi)部的尺寸和形狀時，必須以破壞性的方式進行幾何形狀和尺寸的檢查。在這種情況下，從生產(chǎn)者取來的零件用這種方式被切開，使得暴露要被檢查的部分，并利用常規(guī)的尺寸測量工具例如卡尺或千分尺。
為了獲得機器零件的假想截面的圖像，已知的方法使用工業(yè)斷層成像裝置。這種裝置包括射線檢驗設備，其中例如使用X射線，用于使機器零件相對于射線檢驗設備相對移動的裝置，以及用于利用所述圖像獲得斷層圖像的裝置。這種裝置是非常昂貴的，并且難于被置于鑄造生產(chǎn)環(huán)境中。
所有的工業(yè)斷層成像方法都基于獲得并處理由射線檢驗獲得的零件的圖像的原理。
射線檢驗設備主要包括輻射源，例如X射線，其具有足夠的功率以便穿過機器零件，以及熒光屏，例如圖像增強器。零件以這種方式被插在輻射源和熒光屏之間，使得所述輻射可以穿過零件，當輻射穿過零件時，根據(jù)其穿過的材料的不透明性或密度，輻射的強度被衰減和調(diào)制。穿過零件的輻射和屏幕上產(chǎn)生一個圖像，其代表輻射穿過的材料。一般地說，模擬的或者數(shù)字的照相機使得能夠獲得在屏幕上形成的射線檢驗圖像。
為了沿著相互平行的截面獲得零件的假想的斷層截面，需要按照通過使零件圍繞一個垂直于斷層圖像的平面的軸線轉(zhuǎn)動而獲得的大量的連續(xù)的方位來獲得零件的射線檢驗圖像。
數(shù)字形式的射線檢驗圖像在一個計算器中被處理，所述計算器使用基于相同原理的一些算法，包括利用零件圖像的濾波的后方投影進行Radon變換，根據(jù)所述變換進行圖像的重構，以便獲得斷層截面。
對于在零件和射線檢驗設備之間的每個相對的單元轉(zhuǎn)動產(chǎn)生至少一個圖像，接著對所述圖像進行處理，以便獲得一個合成圖(synogram)，這個中間圖像然后被重構，以便獲得構成斷層截面的虛擬圖像。
借助于對應于產(chǎn)生斷層視野的截面并置圖像的行來獲得合成圖。
可以沿著垂直于截面的方向?qū)诹慵牟糠值倪B續(xù)的截面用這種方式產(chǎn)生幾個斷層視野，使得能夠重構三維的零件形狀。
使得能夠通過人體或者通過物體獲得截面圖像的掃描射線檢驗方法用于工業(yè)領域和醫(yī)學領域。
在用于醫(yī)學領域的掃描儀的情況下，使整個射線檢驗裝置圍繞病人轉(zhuǎn)動，以便產(chǎn)生連續(xù)的圖像，這些圖像被用來重構斷層截面。
在用于工業(yè)中檢驗零件的情況下，零件一般被固定在用于調(diào)節(jié)零件的位置并且用于使零件轉(zhuǎn)動的操縱器上。
在所有的情況下，需要使用昂貴的和笨重的設備，這些設備一般被永久地固定在用于檢驗的建筑物內(nèi)。
在需要檢驗從制造者得到的試樣的鑄件的情況下，這種笨重的、昂貴的并被永久固定的裝置是不合適的。
在另一方面，常規(guī)的射線檢驗設備一般在生產(chǎn)零件的車間中是可以得到的，以便檢查來自制造者的零件試樣的缺陷。
這種設備具有有限的性能，特別是不能檢查穿過零件的截面中的構成零件的材料的堅實度。
同樣，常規(guī)的射線檢驗方法不能進行零件內(nèi)部的尺寸和幾何形狀的檢查。
更一般地說，在生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品例如零件或其它產(chǎn)品的生產(chǎn)線上，通常沒有能夠進行產(chǎn)品的斷層截面檢查的實用的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于操縱產(chǎn)品并用于處理產(chǎn)品的圖像以便在射線檢驗設備中獲得虛擬的斷層截面的裝置，包括具有足夠的功率以便穿過所述產(chǎn)品的輻射源，輻射敏感的熒光屏，用于使設置在所述輻射源和所述熒光屏之間的產(chǎn)品移動的操縱器，以及用于獲取在所述熒光屏上形成的射線檢驗圖像的照相機，其中多用途的并且相對成本低的所述裝置可以用這種方式通過簡單而快速的操作和任何工業(yè)射線檢驗設備相連，使得獲得產(chǎn)品的斷層截面，并且可以在測試運行之后被移走，以便在另一個射線檢驗設備上使用，還可以在另一個工業(yè)現(xiàn)場使用。
為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的操縱和處理裝置以一種可被集成在任何的射線檢驗設備中的組件的形式被制造，包括-用于使被固定在操縱器上的產(chǎn)品圍繞垂直于要獲得的斷層截面的平面的軸線轉(zhuǎn)動的裝置，所述操縱器具有用于精確地調(diào)節(jié)所述產(chǎn)品的轉(zhuǎn)動軸線，使其相對于由所述熒光屏和照相機構成的檢測器位于中心的裝置，-用于控制所述產(chǎn)品的移動，使得所述產(chǎn)品能夠圍繞所述轉(zhuǎn)動軸線以高精度的角位置轉(zhuǎn)動移動的控制單元，-用于獲取和處理圖像的單元，其具有用于在產(chǎn)品的轉(zhuǎn)動移動期間獲取并存儲產(chǎn)品的斷層圖像的自動裝置，所述自動裝置和照相機以及用于控制零件的轉(zhuǎn)動移動的裝置相連，以及自動計算裝置，用于處理數(shù)字形式的射線檢驗圖像，并使用一種用于計算和標記產(chǎn)品的轉(zhuǎn)動軸線的位置的算法構成斷層截面。


為了幫助理解本發(fā)明，現(xiàn)在結合附圖以舉例方式說明按照本發(fā)明的操縱和處理裝置及其使用，以便獲得汽車零件特別是汽缸頭的虛擬的斷層截面。
圖1A是呈掃描的射線檢驗設備形式的用于形成零件的斷層截面的設備的操作的示意圖；圖1B是按照本發(fā)明的操縱和處理裝置的示意圖；圖2A是和按照本發(fā)明的操縱和處理裝置相連的射線檢驗設備的示意圖；圖2B是在標記零件的轉(zhuǎn)動軸線之前的階段期間按照本發(fā)明的裝置的正視圖；圖2C是圖2B的C方向的示意的平面圖；圖3表示圖2所示的設備的元件的一部分，以及它們在機器零件的斷層圖像獲取期間的操作；圖4是使用按照本發(fā)明的裝置進行獲取、處理和重構斷層圖像的操作的功能示意圖；圖5是在按照本發(fā)明的用于轉(zhuǎn)動移動的裝置上安裝的汽車的汽缸頭的正視圖；圖6是在使用圖2所示的裝置的方法的獲取階段形成的汽缸頭的射線檢驗圖像；圖7是對應于在要被形成的斷層的層面上射線檢驗圖像的行的汽缸頭的合成圖；圖8A是在按照本發(fā)明的裝置的處理單元的屏幕上重構的虛擬斷層圖像；圖8B是表示在汽缸頭中的缺陷的斷層圖像的部分圖像；圖9是在預先形成的斷層附近切開汽缸頭的平面的照片；以及圖10是和按照本發(fā)明的裝置有關的用于零件的移動的裝置的正視圖和軸向局部截面圖。
具體實施例方式
圖1A示出了常規(guī)類型的用于射線檢驗機器零件的設備，其包括X射線源1，操縱器裝置2，熒光屏3和照相機4。
機器零件5被固定在操縱器上，所述操縱器使得能夠調(diào)整零件5的位置，并且使得零件5能夠圍繞軸線5a轉(zhuǎn)動。
X射線源1產(chǎn)生光子束1a，光子束具有這樣的方向，使得能夠穿過機器零件5，機器零件5按照輻射通過的區(qū)域的密度或多或少地使所述輻射衰減。
在輻射束1a通過零件5之后，其在熒光屏3，其例如由圖像增強器構成，上形成射線檢驗圖像，所述圖像可以全部或者部分地由照相機4獲取。
操縱器2具有用于設置使零件連續(xù)地轉(zhuǎn)動或者步進地轉(zhuǎn)動的裝置，這使得能夠在不同的方位獲得零件的連續(xù)的圖像。例如通過利用一個小角度的步幅(例如1度)，可以在一轉(zhuǎn)或半轉(zhuǎn)上以在零件的轉(zhuǎn)動過程中改變的方位角獲得連續(xù)的圖像6a，…，6n-1，6n。
例如，在使零件轉(zhuǎn)動一整圈并在所有的角度上都產(chǎn)生射線檢驗圖像的情況下，n＝360，具有360個連續(xù)的圖像被形成，如圖1的下部標號6a-6n所示。
6a-6n的每個圖像被數(shù)字化，并用這種方式被引入計算器，使得能夠進行如圖1中的箭頭7表示的圖像處理。
零件的射線檢驗圖像對應于沿垂直軸線方向5a的元件的切片。要產(chǎn)生的零件的斷層截面的平面，其是垂直于零件的軸線5a的橫斷面，位于在圖像6a-6n中以不同的方位表示的切片內(nèi)部的某個高度。
圖像6a-6n按照其高度具有某個行數(shù)，所述行數(shù)限定射線檢驗圖像的銳度。
圖像的一行對應于零件5的截面的射線檢驗表示。在零件轉(zhuǎn)動期間，形成總是由圖像6a-6n的同一行表示的截面的視野。
圖像處理7包括取和并列對應于每個圖像6a-6n上的截面的行，以便獲得合成圖8，其具有n行例如360行，每個由一個圖像的特定的行例如行288構成。
根據(jù)合成圖8實現(xiàn)零件圖像的重構，以便獲得圖像10，其是零件的虛擬橫斷層截面。
圖1所示的掃描射線檢驗設備是一種復雜的設備，除去圖1所示的元件之外，其還包括用于處理照相機的圖像以便進行由箭頭7表示的處理，并且根據(jù)合成圖8重構零件的斷層截面10的裝置。
利用使用濾波的后方投影進行Radon變換的算法進行基于合成圖的圖像重構，這就是說，對圖像的投影進行變換，然后進行圖像濾波和反變換，以便實現(xiàn)圖像元素的散布和重構虛擬的斷層截面。
圖1B表示按照本發(fā)明用于操縱零件和用于處理圖像的裝置，其在整體上用標號12表示，并被制成模塊的形式，其可以用幾分鐘的時間便可裝入常規(guī)的工業(yè)射線檢驗設備中，以便獲得零件的斷層截面。
裝置12包括移動裝置14，用于轉(zhuǎn)動地移動固定在其轉(zhuǎn)臺14a上的零件，單元15，用于控制轉(zhuǎn)臺和零件的轉(zhuǎn)動，以及微型計算機16。
轉(zhuǎn)臺14a由設置在移動裝置14的管狀殼體14b中的電動機驅(qū)動而轉(zhuǎn)動。控制單元15可以以電氣設備盒的形式提供。
下面參照圖2A和圖4詳細說明構成按照本發(fā)明的裝置12的元件，尤其是關于所述元件的功能。
電氣設備盒15例如通過第一電纜15a和電子模塊相連，用于控制移動裝置的電動機，并例如通過電纜15b和微型計算機16相連。
微型計算機16也具有連接元件16a，例如一個具有連接器的電纜，使得微型計算機能夠和射線檢驗設備的檢測器相連。
微型計算機16借助于電氣設備盒15確保圖像處理和移動裝置的轉(zhuǎn)臺14a的轉(zhuǎn)動移動的控制。
如圖1B所示，裝置12被制成模塊的形式，并可以在幾分鐘內(nèi)被安裝和連接到工業(yè)射線檢驗設備上。
圖2A表示能夠?qū)C器零件進行掃描射線檢驗的裝置，其中使用常規(guī)的射線檢驗設備以及按照本發(fā)明的操縱和處理裝置，如圖1B所示。這個裝置被制成多用途的組件的形式，其可以和任何類型的對零件進行射線檢驗的設備相連，以便產(chǎn)生機械零件的虛擬的斷層截面。
和按照本發(fā)明的裝置相連的用于射線檢驗機器零件的常規(guī)的設備具有在任何射線檢驗設備中使用的元件，這些元件用和圖1A所示的掃描射線檢驗設備的元件相同的標號表示。
具體地說，這些元件包括X射線源1，用于產(chǎn)生光子束1a，操縱器2，用于移動零件5，熒光屏3，例如圖像增強器，和照相機，例如數(shù)字照相機。
操縱器2可以由終端11用這種方式控制，使得能夠沿水平平面的X、Y兩個方向并且可以沿垂直方向Z移動零件5，并且能夠相對于X射線源1的射線束1a調(diào)節(jié)零件的位置。
具體地說，這樣設置零件的位置使得能夠沿零件的垂直方向5a獲得零件5的切片的圖像。按照本發(fā)明，由終端11控制的由操縱器2實現(xiàn)的零件的移動還能夠使零件的軸線5a相對由熒光屏3和照相機4構成的檢測器對準中心，必須使零件圍繞軸線轉(zhuǎn)動一圈或轉(zhuǎn)動一圈的一部分，以便獲得不同的射線檢驗圖像，用這種方式，使得把按照本發(fā)明的裝置集成在射線檢驗設備中。
射線檢驗設備13包括輻射源1，操縱器2，熒光屏3和照相機4，這使得根據(jù)照相機4的類型能夠獲得模擬或數(shù)字形式的至少零件5的切片的射線檢驗圖像。
這種常規(guī)的射線檢驗設備13例如使得能夠以非破壞的方式檢查機械零件中的制造缺陷。
對于射線檢驗設備的唯一的要求是X射線源的功率應當足夠大，以便可以獲得能夠穿過零件5的光子束1a。
在射線檢驗設備13被用于產(chǎn)生機械零件例如汽車汽缸頭的斷層截面的情況下，例如使用260-450kV的功率的輻射源。常規(guī)射線檢驗設備中當前使用的這個功率使得能夠獲得可以被容易地處理并用來重構虛擬的斷層圖像的圖像。
用于非破壞地檢查制造過程中的零件分射線檢驗設備，例如射線檢驗設備13不包括能夠獲得連續(xù)的射線檢驗圖像、處理這些連續(xù)的圖像并重構斷層圖像的裝置，如圖1A所示的設備那樣，其中未示出用于進行掃描射線檢驗所需的裝置。以固定的元件的形式被集成在設備中的這些裝置是復雜而昂貴的。
圖2A按照本發(fā)明的用于操縱和處理圖像的裝置，在整體上用標號12表示，其包括一個多用途的部件，所述部件可以和其中X射線源1具有足夠的功率的任何常規(guī)的射線檢驗設備相連。按照本發(fā)明的裝置12，其和圖1B所示的裝置類似，包括用于使零件5圍繞軸線5a轉(zhuǎn)動移動的裝置14，用于借助于驅(qū)動裝置14控制零件5的轉(zhuǎn)動的控制單元15，以及由適用于處理和重構斷層圖像的類型的微機組成的計算器16。
按照本發(fā)明的裝置12還可以包括顯示屏17，用于使和微機16相連的零件5的射線檢驗圖像可視化。
具體地說，用于轉(zhuǎn)動移動零件5的驅(qū)動裝置包括轉(zhuǎn)臺14a，零件5可被固定在其上的一個可調(diào)節(jié)的位置上，以及轉(zhuǎn)矩電動機30，其以這樣的方式被設置在管狀殼體14b的內(nèi)部，使得和轉(zhuǎn)臺14a接合，以便使轉(zhuǎn)臺圍繞垂直的轉(zhuǎn)動軸線5a轉(zhuǎn)動，零件5的轉(zhuǎn)動軸線沿著所述垂直轉(zhuǎn)動軸線5a設置。
射線檢驗設備的操縱器2由能夠作十字運動的升降臺構成，包括水平的上板，在其上固定著用于支撐驅(qū)動裝置14的支撐，用于通過驅(qū)動實現(xiàn)轉(zhuǎn)動移動。
在裝置的事先調(diào)整階段，這將參照圖2B，2C進行說明，轉(zhuǎn)臺14a的轉(zhuǎn)軸被精確地標在由屏幕3和射線檢驗設備的檢測器的照相機4獲得的圖像上。
實際上，用于重構要被產(chǎn)生的斷層截面的算法需要知道轉(zhuǎn)臺14a和零件5的轉(zhuǎn)動的物理軸線5a相對于重構的斷層圖像的中心的位置，所述算法被在本發(fā)明的框架中使用，并且借助于和常規(guī)的工業(yè)射線檢驗設備相連的按照本發(fā)明的裝置，所述算法使得能夠產(chǎn)生斷層截面。
如圖2B和2C所示，一個由非常致密(就X射線的吸收而論)的材料制成的桿40，例如由黃銅制成的，具有沿著轉(zhuǎn)臺14a的軸線5a(在沒有零件5時)以這樣的方式固定的尖端40a，使得桿的尖端40a位于軸線5a上。
將X射線束1a引向桿40，因而在檢測器(屏幕3和檢測器4)上產(chǎn)生桿的射線檢驗圖像。如圖2C所示，沿水平方向X，在射線檢驗圖像上的尖端40a的投影離開原點O的距離的值L(用像素表示，以大約一個像素的精度)被記錄。所述原點O可以是參考標記的原點或中心，根據(jù)所述參考標記進行用于重構斷層圖像的計算。值L作為用于計算斷層截面的重構的代碼的輸入數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，如圖10所示，用于轉(zhuǎn)動地移動零件5的裝置14可以由轉(zhuǎn)矩電動機30構成，該裝置必須能夠?qū)崿F(xiàn)小步幅的逐步地移動，其具有極精確的角位置標記，所述電動機的轉(zhuǎn)子30具有永久磁體，定子30b具有繞組，所述繞組在電子控制下被供電，以便獲得所需的轉(zhuǎn)臺14a的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臺14a的精確的方位位置由和電動機30相連的高精度的編碼器31測量，設置在移動裝置14的管狀支撐14b的內(nèi)部。
轉(zhuǎn)矩電動機30的轉(zhuǎn)子30a具有管形的轉(zhuǎn)子支撐33，在轉(zhuǎn)子支撐上固定著永久磁體34。定子30b的繞組被固定在定子支撐上，所述定子支撐和用于驅(qū)動而轉(zhuǎn)動的裝置14的管狀支撐14a形成一個整體，其和永久磁體相對，使得提供一個間隙。
用于驅(qū)動而轉(zhuǎn)動的裝置14的轉(zhuǎn)臺14a被剛性地連接到轉(zhuǎn)子支撐33上，其借助于第一輪緣35被固定到轉(zhuǎn)子支撐上。用這種方式在轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)臺1a之間獲得直接的轉(zhuǎn)矩傳動，并且避免使用機械傳動裝置，所述機械傳動裝置在工作一段時間之后將具有一些游隙。這改善了轉(zhuǎn)臺14a的轉(zhuǎn)動移動條件及其連續(xù)的位置的精度。轉(zhuǎn)臺14a被這樣安裝，使得借助于一個滾珠軸承36在管狀支撐14b上轉(zhuǎn)動，所述滾珠軸承的內(nèi)環(huán)被固定在轉(zhuǎn)子支撐33和第一輪緣35之間，外環(huán)被固定在第二輪緣37和管狀支撐14b之間，使得軸承36和電動機30同軸。編碼器31的轉(zhuǎn)動部分借助于聯(lián)軸器32和轉(zhuǎn)子支撐33相連。
定子30b的繞組由變速器15的電子裝置以這種方式供電，使得轉(zhuǎn)子30a和轉(zhuǎn)臺14a步進地或連續(xù)地轉(zhuǎn)動。編碼器31也和變速器電氣相連，并通過變速器和微機16相連。編碼器31的每一轉(zhuǎn)具有極多的測量位置(例如每轉(zhuǎn)具有36000個位置)，其在一方面使得能夠以非常高的精度確定轉(zhuǎn)臺14a以及機械零件5的角位置，在另一方面使得能夠借助于具有調(diào)節(jié)環(huán)的向定子繞組供電的變速器15限定轉(zhuǎn)臺14a的停止位置。
轉(zhuǎn)臺14a具有分布在其表面上的螺紋孔38，使得能夠固定各種形狀的零件5。
管狀支撐14b被制成兩個部分，以便使得能夠安裝用于驅(qū)動轉(zhuǎn)動的裝置14。
用于控制轉(zhuǎn)矩電動機并用于測量轉(zhuǎn)臺14a的位置的電子裝置借助于由光纖構成的環(huán)路18以這種方式和微機16相連，使得微機能夠調(diào)節(jié)零件5的轉(zhuǎn)動移動條件，并使借助于也和微機16相連的照相機4進行的射線檢驗拍攝和圍繞以精確的方式限定并標記的軸線5a轉(zhuǎn)動的零件5的位置同步。
在照相機4是數(shù)字照相機的情況下，圖像的數(shù)字數(shù)據(jù)被直接傳遞給微機16，在照相機4是模擬照相機的情況下，則使用和微機16的輸入相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。
圖3表示用于獲取熒光屏3上的射線檢驗圖像的照相機4、顯示屏17和在其上固定著具有轉(zhuǎn)臺14a的用于轉(zhuǎn)動移動的裝置14的操縱器2。
圖3還用圓圈20，21，22和23的形式表示在微機16的控制下在獲取零件5的射線檢驗圖像期間由照相機4、顯示屏17和操作臺2的轉(zhuǎn)動移動的裝置14執(zhí)行的功能。
所述功能如下20在零件轉(zhuǎn)動期間由照相機4采集連續(xù)的圖像6a，...，6n；21在顯示屏17上顯示圖像；22和拍攝射線檢驗圖像同步控制操縱器2的轉(zhuǎn)動移動裝置；23由微機16計算對應于在零件5的一個角度方位的位置取的連續(xù)拍攝的數(shù)字圖像。
重要的是，平均在每個確定的角度位置產(chǎn)生的至少兩個圖像，以便消除隨機的或周期類型的圖像干擾。
圖4以矩形6，7，9的形式表示由按照本發(fā)明的裝置執(zhí)行的掃描射線檢驗的方法的不同的步驟，它們分別對應于用于獲取圖像的步驟6和用于處理圖像的步驟7，以及用于重構斷層圖像的步驟9，這些步驟在表示任何掃描射線檢驗設備的使用的圖1中用箭頭表示。
獲取步驟6參照圖3進行了說明，圖3涉及由在按照本發(fā)明的設備的框架內(nèi)的設備的不同元件執(zhí)行的功能。
處理步驟7包括由對應于要被產(chǎn)生的斷層圖像的圖像6a，...，6n的行產(chǎn)生合成圖7，步驟9是按照上述的Radon變換進行重構的步驟。
矩形24表示微機16的用戶接口，其可以由所述方法分操作者使用，以便設置所述方法的參數(shù)和控制所述不同的步驟。
為了構成合成圖8而進行的圖像6a，...，6n的處理可以在獲取圖像之后和獲取下一個圖像之前立即進行，合成圖8是在零件的轉(zhuǎn)動期間例如在一整圈內(nèi)逐漸地獲得的。
零件的轉(zhuǎn)動可以被步進地或連續(xù)地進行。
一般地說，斷層圖像的獲取和重構可以被實時地或者延期地進行，或者只使圖像的重構延期地進行。
為了獲得零件的切片的3D表示，根據(jù)射線檢驗圖像形成幾個合成圖，它們對應于切片的幾個斷面，并且零件的斷層圖像被重構，所述斷層圖像可以被并置以便提供3D表示。
一般地說，對于零件的每個切片，在不同的高度形成多個合成圖和多個斷層圖像。
操作者25也使用顯示屏17，以便檢查零件轉(zhuǎn)動的進展，和在圖像獲取期間進行拍攝。
圖5表示零件5的轉(zhuǎn)動移動裝置14，其包括支撐圓柱體14b和由設置在管狀支撐14b的內(nèi)部的被控轉(zhuǎn)矩電動機30驅(qū)動轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺14a。
被固定在轉(zhuǎn)臺14a上的要對其產(chǎn)生斷層圖像的零件5是一個汽缸頭，其被垂直地放置在轉(zhuǎn)臺14a上，即使其長度方向和垂直設置的電動機的柱面平行。
以這種方式進行在轉(zhuǎn)臺上的汽缸頭5的位置的調(diào)節(jié)，使得汽缸頭圍繞和轉(zhuǎn)臺的軸線重合的軸線5a的轉(zhuǎn)動確保能夠獲得要被觀察的汽缸頭的區(qū)域的完整的射線檢驗圖像。
實際上，根據(jù)由射線檢驗設備的熒光屏和照相機構成的檢測器的尺寸，可以拍攝汽缸頭的整個截面，或者相反，只拍攝截面的一部分?？捎^察的汽缸頭的截面的尺寸基本上等于檢測器的獲取區(qū)域的尺寸。
實際上，在位于汽缸頭圍繞軸線5a的步進轉(zhuǎn)動期間拍攝的每個連續(xù)圖像上的汽缸頭的區(qū)域的外部，存在這樣一個區(qū)域，所述區(qū)域只位于在汽缸頭的步進轉(zhuǎn)動期間拍攝的圖像的一部分上，這是由于所述汽缸畢竟沒有圍繞軸線5a轉(zhuǎn)動的形狀。
這些外部區(qū)域在斷層圖像上可以用比中心區(qū)域較小的銳度表示。在所有情況下，裝在微機16中的用于處理圖像的軟件使得能夠產(chǎn)生零件的局部的斷層截面，并且通過并置局部的截面重構完整的截面。
圖6表示在汽缸頭的轉(zhuǎn)動期間獲得的汽缸頭的一個射線檢驗圖像6i，這個圖像對應于沿著汽缸頭的垂直軸線5a的切片，并且在行230和330之間大約包括100行的圖像。
圖6還用實線表示行228，其位于以產(chǎn)生斷層圖像的高度上。
按照本發(fā)明的操縱和處理裝置使得能夠產(chǎn)生大量的例如6i個圖像，每個圖像對應于汽缸頭圍繞其軸線5a的一個圖像獲取位置，例如在汽缸頭的一轉(zhuǎn)期間可以產(chǎn)生360個圖像，每個圖像相對于前一個圖像具有1度的偏移。更一般地說，可以在被檢查的零件或產(chǎn)品的許多連續(xù)的位置獲取圖像，兩個連續(xù)的位置之間的角度具有任何固定的值。
每個位置可以借助于轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動移動裝置的編碼器用很高的精度被限定。同樣可以在一轉(zhuǎn)期間進行大于360的步進數(shù)量，例如3600步，每步具有0.1度的步幅。
同樣，可以使汽缸頭轉(zhuǎn)動半圈或者轉(zhuǎn)動圓圈的一部分而不轉(zhuǎn)動一整圈來形成斷層圖像。
如上所述，可以在一個確定的角度位置產(chǎn)生汽缸頭的一個圖像，或者，此外，至少產(chǎn)生兩個圖像，對其進行平均，以便消除干擾。
在每個圖像例如圖6所示的圖像6i上，取其關于一行(例如行288)的數(shù)字數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生如圖7所示的合成圖8，其對應于在汽缸頭轉(zhuǎn)動圓圈的期間取的每個360行的射線檢驗圖像6i的288行。
如上所述，可以根據(jù)合成圖8通過重構獲得斷層圖像10，可以對合成圖濾波，以便提高斷層截面的某個方面的精度。
濾波也可以在對應于圖像的投影的第一變換之后，在重構步驟中進行。
在圖8A中，可以看到按使用掃描射線檢驗設備的操作者的要求在微機16的顯示屏16a上顯示的斷層圖像10。
圖8B表示汽缸頭的斷層圖像的一部分，示出了缺陷26a，26b，26c，26d，26e，26f，26g，它們由在汽缸頭的金屬內(nèi)部的不同尺寸的空腔構成。
利用按照本發(fā)明的方法，借助于產(chǎn)生零件的虛擬的斷層截面，可以檢查尺寸非常小的缺陷，例如數(shù)量級為1/10毫米的缺陷。
重構圖像的尺寸分辨率主要由輻射以及輻射檢測裝置的性質(zhì)決定。因而預計可以檢測數(shù)量級為幾微米的缺陷。
同樣，利用例如圖8B所示的斷層圖像，可以測量根本不能接近的零件的部分的尺寸，例如具有非常高的精度的在零件內(nèi)部的溝槽或腔體的尺寸。在斷層圖像上測量的尺寸和實際尺寸之間的比例可以借助于使用在元件的斷層圖像上測量的長度被給出，所述長度可以在零件上被直接測量。
按照現(xiàn)有技術，必須通過機加工切開零件，才能檢查沿著截面分布的內(nèi)部缺陷，或者測量零件的內(nèi)部尺寸。由圖9可見，該圖表示通過在射線檢驗之后在虛擬斷層圖像10的平面的區(qū)域內(nèi)切開汽缸頭5而產(chǎn)生的截面的照片，其中缺陷以類似的方式出現(xiàn)在虛擬截面和實際的截面上。
借助于按照本發(fā)明的裝置和方法，能夠使射線檢驗的應用領域容易地擴展到幾何檢驗，并把通過這個檢驗獲得的結果和由CAD裝置提供的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。例如其能夠根據(jù)斷層圖像的記錄實現(xiàn)零件的自動繪圖，或者用于進行實際部分和用CAD描繪的部分之間的比較。
因此，使用按照本發(fā)明的裝置產(chǎn)生斷層圖像的方法使得能夠-以非破壞的方式檢測和定量地測定制成機械零件的材料的缺陷；-進行用常規(guī)裝置不能進入的區(qū)域的非破壞幾何測量；-借助于經(jīng)常的非破壞的檢驗較好地知道機械零件的生產(chǎn)情況；-借助于避免切開零件進行破壞性檢驗來提高生產(chǎn)率；-和CAD硬件與軟件相結合將射線檢驗的應用領域擴展到幾何檢驗。
按照本發(fā)明的裝置完全獨立于要被檢驗的零件或產(chǎn)品的性質(zhì)，其附帶條件是將其和具有足夠功率的輻射源以便發(fā)射能夠穿過零件或產(chǎn)品的光子通量的射線檢驗設備相關。
所述裝置還獨立于產(chǎn)品的尺寸，當產(chǎn)品的射線檢驗投影的尺寸大于使用的檢測器的尺寸時是尤其有用的。在這種情況下，在檢測器內(nèi)在投影的內(nèi)切圓內(nèi)部實現(xiàn)虛擬的斷層截面的重構。
用于操縱產(chǎn)品和處理射線檢驗圖像的裝置可以借助于簡單的改裝操作被集成在任何射線檢驗設備中。
特別是，所述裝置可以和位于工業(yè)射線檢驗環(huán)境例如鑄造廠中的射線檢驗設備結合使用。
本發(fā)明不嚴格地限于所述的實施例。
因而，用于轉(zhuǎn)動移動產(chǎn)品的裝置可以和已經(jīng)說明的由轉(zhuǎn)矩電動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)臺不同。用于確保產(chǎn)品移動的操縱器可以只包括用于使零件轉(zhuǎn)動移動的裝置。用于處理和重構斷層圖像的裝置可以使用任何類型的自動計算機器和任何類型的軟件。
本發(fā)明不僅應用于在汽車結構中使用的零件，例如利用鋁合金或鑄鐵生產(chǎn)的汽缸頭、轉(zhuǎn)向柱殼體、曲軸箱或曲軸的射線檢驗，而且也適用于需要進行幾何或尺寸檢驗甚至是材料的定性檢驗的任何產(chǎn)品。不過，按照本發(fā)明的裝置和方法尤其適用于新型的或者利用新的方法制造的零件或產(chǎn)品的設計框架內(nèi)。
按照本發(fā)明的裝置使得其不僅能夠配備X射線檢驗設備，而且能夠配備其它的使用任何類型的輻射的或者任何檢驗設備的射線檢驗設備，例如使用中子通量的檢驗設備。特別是，按照本發(fā)明的裝置可被集成在一個同步加速器單元中。
如果射線檢驗設備的操縱器已經(jīng)具有用于轉(zhuǎn)動地進行機械移動的裝置，便可以在實施本發(fā)明的期間應用所述裝置來移動產(chǎn)品，因而不需利用專用于本發(fā)明的的裝置代替。然后，把所述移動裝置集成在按照本發(fā)明的裝置中。
一般地說，射線檢驗設備的輻射源是發(fā)射X射線、中子或其它類型的輻射的輻射源，所述輻射在通過檢測的產(chǎn)品時可以被衰減。
權利要求
1.一種用于操縱產(chǎn)品并用于處理圖像以便在射線檢驗設備中獲得產(chǎn)品的虛擬斷層截面的裝置，包括具有足夠功率以便穿過產(chǎn)品(5)的輻射源，所述射線檢驗設備(13)包括對輻射敏感的熒光屏(3)，用于使被設置在輻射源和熒光屏(3)之間的產(chǎn)品(5)移動的操縱器(2)，以及用于獲取在熒光屏(3)上形成的射線檢驗圖像的照相機(4)，其特征在于，其以一種可被集成在任何的射線檢驗設備(13)中組件(12)的形式被制造，包括-用于使被固定在操縱器(2)上的產(chǎn)品(5)圍繞垂直于要獲得的斷層截面的平面的軸線(5a)轉(zhuǎn)動地移動的裝置(14)，所述操縱器(2)具有用于精確地調(diào)節(jié)所述產(chǎn)品的轉(zhuǎn)動軸線(5a)，使其相對于由所述熒光屏(3)和照相機(4)構成的檢測器位于中心的裝置，-用于控制所述產(chǎn)品(5)的移動，使得所述產(chǎn)品能夠圍繞所述轉(zhuǎn)動軸線以高精度的角位置轉(zhuǎn)動移動的控制單元(15，16)，-用于獲取和處理圖像的單元(16)，其具有用于在產(chǎn)品(5)的轉(zhuǎn)動移動期間獲取并存儲產(chǎn)品(5)的斷層圖像的自動裝置，所述自動裝置和照相機(4)以及用于控制零件(5)的轉(zhuǎn)動移動的裝置相連，以及自動計算裝置(16)，用于處理數(shù)字形式的射線檢驗圖像，并使用一種用于計算和標記所述產(chǎn)品(5)的轉(zhuǎn)動軸線(5a)的位置的算法構成所述斷層截面。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述操縱器(2)是一個能夠作十字運動的升降臺，用于借助于終端(11)的控制沿水平平面的兩個方向(X，Y)使產(chǎn)品(5)移動，以便使被固定在移動裝置(14)上的產(chǎn)品(5)的轉(zhuǎn)動軸線(5a)對準中心。
3.按照權利要求1和2任何一個所述的裝置，其特征在于，所述輻射源(1)是發(fā)射X射線、中子或其它任何輻射的輻射源，所述輻射在穿過產(chǎn)品時被衰減。
4.按照權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述輻射源(1)是X射線發(fā)生器。
5.按照權利要求1-4任何一個所述的裝置，其特征在于，所述用于轉(zhuǎn)動地移動機械零件(5)的裝置(14)由一個轉(zhuǎn)臺(14a)構成，所述轉(zhuǎn)臺被這樣安裝在一個管狀支撐(14b)上，使得借助于一個軸承(36)圍繞軸線轉(zhuǎn)動，并被一個轉(zhuǎn)矩電動機(30)轉(zhuǎn)動地驅(qū)動，所述電動機的具有永久磁體的轉(zhuǎn)子(30a)直接和所述轉(zhuǎn)臺(14a)相連，用于轉(zhuǎn)動地驅(qū)動的裝置(14)的控制單元由電子單元構成，所述電子單元用于控制用于轉(zhuǎn)動地驅(qū)動的裝置(14)的轉(zhuǎn)矩電動機(30)，所述驅(qū)動裝置和編碼器(31)相連，所述編碼器用于測量轉(zhuǎn)子(30a)以及轉(zhuǎn)臺(14a)的角度位置，以便調(diào)節(jié)電動機(30)的轉(zhuǎn)子(30a)和轉(zhuǎn)臺(14a)的停止位置，或者調(diào)節(jié)圖像的獲取位置。
6.按照權利要求1-5任何一個所述的裝置，其特征在于，所述用于獲取和處理圖像的單元包括和照相機(4)相連的微型計算機(16)，用于接收數(shù)字形式的射線檢驗圖像(6a，...，6n-1，6n)，并包括計算軟件，用于處理數(shù)字形式的圖像(6a，...，6n-1)，以便根據(jù)每個射線檢驗圖像(6a，...，6n-1)的至少一行畫出至少一個合成圖(8)，并根據(jù)至少一個合成圖(8)借助于利用Radon變換的計算算法重構至少一個斷層截面(10)。
7.按照權利要求6所述的裝置，其特征在于，其中所述微型計算機(16)和用于轉(zhuǎn)動地驅(qū)動產(chǎn)品(5)的裝置(14)的變速器(15)相連，以便使由攝像機(4)進行的熒光屏(3)上的射線檢驗圖像的拍攝和產(chǎn)品(5)的步進移動同步，使得在產(chǎn)品(5)的每個相鄰的轉(zhuǎn)動移動步之間進行至少一次拍攝。
8.按照權利要求6和7任何一個所述的裝置，其特征在于，還包括和微型計算機(16)相連的顯示屏(17)，用于顯示射線檢驗圖像(6a，...，6n，6n-1)。
9.一種用于操縱機械零件并用于處理產(chǎn)品的射線檢驗圖像以便獲得產(chǎn)品(5)的斷層截面(10)的方法，其中使用射線檢驗設備(13)，所述射線檢驗設備包括具有足夠功率以便穿過產(chǎn)品(5)的輻射源(1)，對輻射敏感的熒光屏(3)，被設置在輻射源(1)和熒光屏(3)之間的操縱器(2)，用于使產(chǎn)品(5)移動，以及用于獲取在熒光屏(3上)形成的射線檢驗圖像的照相機(4)，其特征在于，產(chǎn)品(5)的轉(zhuǎn)動軸線(5a)的位置以精確的方式被標記，使得相對于由熒光屏(3)和拍攝照相機(4)構成的檢測器設置所述軸線，以及使產(chǎn)品(5)圍繞垂直于要被產(chǎn)生的斷層圖像的平面的軸線(5a)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)品(5)圍繞軸線(5a)具有高精度的角度位置，對于產(chǎn)品(5)的轉(zhuǎn)動中的每個連續(xù)的位置，進行至少一次射線檢驗獲取，以便以數(shù)字形式獲得所述產(chǎn)品的射線檢驗圖像，在轉(zhuǎn)動中的產(chǎn)品(5)的連續(xù)的位置獲得的每個數(shù)字圖像被處理，以便提取射線檢驗圖像的至少一行，并根據(jù)從產(chǎn)品(5)的數(shù)字圖像(6a，...，6n-1，6n)提取的行構成至少一個合成圖(8)，以及由所述至少一個合成圖(8)借助于重構形成產(chǎn)品(5)的至少一個斷層圖像。
10.按照權利要求9所述的方法，其特征在于，為了相對于照相機(4)和熒光屏(3)標記產(chǎn)品(5)的旋轉(zhuǎn)軸線(5a)的位置，用這種方式沿著用于轉(zhuǎn)動地移動產(chǎn)品(5)的轉(zhuǎn)臺(14)的轉(zhuǎn)動軸線設置具有尖端(40a)的用致密材料制成的桿(40)，使得尖端(40a)位于產(chǎn)品(5)的轉(zhuǎn)動的軸線(5a)上，產(chǎn)生桿的射線檢驗圖像，并記錄桿(40)的尖端(40a)在射線檢驗圖像上的投影相對于參考點(O)的距離(L)，所述距離(L)被用作用于重構斷層截面的計算的代碼的輸入數(shù)據(jù)。
11.按照權利要求9和10任何一個所述的方法，其特征在于，對于機械零件(5)的轉(zhuǎn)動中每個連續(xù)的獲取位置實現(xiàn)至少兩個射線檢驗圖像的獲取，并且根據(jù)在產(chǎn)品(5)的每個角度獲取位置獲得的至少兩個射線檢驗圖像，計算平均圖像。
12.按照權利要求9-11任何一個所述的方法，其特征在于，從沿著軸線(5a)延伸的產(chǎn)品的切片中的每個射線檢驗圖像(6a，...，6n，6n-1)提取多行，以便獲得多個合成圖(8)，并且根據(jù)多個合成圖(8)的每個合成圖(8)用這種方式重構所述產(chǎn)品(5)的切片的多個斷層截面，使得獲得產(chǎn)品(5)的切片的三維表示。
13.按照權利要求9-12任何一個所述的方法，其特征在于，使所述產(chǎn)品(5)圍繞軸線(5a)轉(zhuǎn)動一整圈或者轉(zhuǎn)動一整圈的一部分，并在產(chǎn)品(5)的多個圖像獲取位置的每個位置進行拍攝。
14.按照權利要求13所述的方法，其特征在于，在兩個連續(xù)獲取位置(5)之間的角度具有預定的恒定的值。
15.按照權利要求9-14任何一個所述的方法，其特征在于，在產(chǎn)品(5)的每個連續(xù)的獲取位置，進行產(chǎn)品(5)的一部分的射線檢驗圖像的獲取，所述產(chǎn)品(5)的一部分的每個圖像具有由熒光屏(3)和照相機(4)構成的圖像檢測器的最大獲取尺寸，
16.按照權利要求1-8任何一個所述的裝置或者按照權利要求9-15任何一個所述的裝置的用途，用于檢查產(chǎn)品(5)的材料中的缺陷。
17.按照權利要求1-8任何一個所述的裝置或者按照權利要求9-15任何一個所述的方法的用途，用于進行產(chǎn)品(5)的從外部不能進入的部分的幾何形狀或尺寸的檢驗。
18.按照權利要求1-8任何一個所述的裝置或者按照權利要求9-15任何一個所述的裝置的用途，用于檢驗下述類型之一的機械零件汽車工業(yè)中的鑄件，汽缸頭，曲軸箱，曲軸，轉(zhuǎn)向柱殼體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以組件形式生產(chǎn)的裝置，其可以被集成在任何用于產(chǎn)品的射線檢驗的設備(13)中，包括用于驅(qū)動產(chǎn)品(5)圍繞垂直于要獲得的斷層圖像的平面的軸線(5a)轉(zhuǎn)動的裝置(14)，用于控制驅(qū)動產(chǎn)品(5)轉(zhuǎn)動的裝置(14)的單元(15，16)，用于驅(qū)動產(chǎn)品(5)圍繞軸線(5a)轉(zhuǎn)動，以及圖像獲取和處理單元(16)，包括用于在產(chǎn)品(5)轉(zhuǎn)動時以數(shù)字形式獲取并存儲產(chǎn)品(5)的射線檢驗圖像的裝置，以及用于處理所述數(shù)字圖像并使用一種計算算法構成斷層圖像的計算裝置。本發(fā)明的裝置使得能夠進行汽車工業(yè)的機械零件例如汽缸頭的缺陷控制或幾何形狀和尺寸的控制。
文檔編號G01N23/02GK1547665SQ02806342
公開日2004年11月17日 申請日期2002年2月13日 優(yōu)先權日2001年2月14日
發(fā)明者弗朗西斯·J·M·羅伊, 奧利維爾·維格南, 爾 維格南, 弗朗西斯 J M 羅伊 申請人:標致雪鐵龍汽車股份有限公司