Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методики исследования внутренней структуры объекта методом многоракурсной микрофокусной рентгенографии

Сведения об участнике
ФИО
Староверов Николай Евгеньевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования ""Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)” (СПбГЭТУ ""ЛЭТИ"")
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Приборостроение. Радиотехника и электроника
Тема
Разработка методики исследования внутренней структуры объекта методом многоракурсной микрофокусной рентгенографии
Резюме
Настоящая работа посвящена разработке методики определения про-странственного расположения дефектов и визуализации структуры объекта с помощью микрофокусной рентгенографии. Предложенная методика позволя-ет получать изображения сечений контролируемых объектов, определять глубину залегания различных дефектов. Проведенные эксперименты под-твердили возможность создания экспериментальной установки для реализа-ции предложенной методики.
Ключевые слова
Микрофокусная рентгенография,
Цели и задачи
Целью работы было создание методики определения глубины залегания дефектов по нескольким снимкам с различным коэффициентом увеличения изображения.
Введение

Восстановление внутренней структуры объекта – исключительно важная задача для многих областей науки и техники. Одним из наиболее информативных методов исследования внутренней структуры  является томография.Томография — получение послойного изображения внутренней структуры объекта. Ввиду большой сложности алгоритмов и высокой стоимости оборудования для классической томографии, в настоящее время существует тенденция создания упрощенных методов томографии, работающих только для определенного класса объектов (например, пузырьков воздуха в сварных соединениях), но требующих  использования более простых алгоритмов и более дешевого оборудования, нежели классическая томография.

 

 

 

Методы и материалы

В работе был использован метод микрофокусной рентгенографии.Для реализации микрофокусной рентгенографии используется источник рентгеновского излучения с точечным фокусным пятном. Размер фокусного пятна необходимо выбирать так, чтобы его можно было считать точечным источником, для большинства применений диаметр фокусного пятно должен быть меньше 100 мкм. Объект съемки располагается на определенном расстоянии, как от источника излучения, так и от приемника изображения. Соотношение этих расстояний определяет коэффициент увеличения изображения объекта.Независимо от того, в каком положении находится объект съемки в пространстве между фокусным пятном источника и плоскостью приемника, резкость полученного изображения будет сохраняться. Экспериментальные исследования проводились на рентгенодиагностическом комплексе «Орел». Комплекс состоит из рентгенозащитной камеры, источника излучения (рентгеновский аппарат), системы его перемещения и приемника изображения. Управление установкой осуществляется с помощью ПЭВМ. В установке используется микрофокусный рентгеновский аппарат РАП150М, размер фокусного пятна аппарата составляет 20 мкм, диапазон анодных напряжений 40…150 кВ, анодный ток 100 мкА.Регистрация изображения производится с помощью приемника типа «экран-оптика-ПЗС» на основе люминесцентного экрана и ПЗС-матрицы. Рабочее поле приемника имеет размер 300х400 мм.

Описание и обсуждение результатов

В результате выполнения работы был разработам метод определения местоположения дефекта а так же алгоритм для реализации данного метода.

Проведенные экспериментальные исследования показали возможность реализации данной методики. Был разработан алгоритм обработки полученных снимков и расчета глубины залегания и точных размеров дефекта. Алгоритм состои из следующих шагов:

Первый шаг алгоритма восстановления состоит в получении двух изображений с различными коэффициентами увеличения, их фильтрации и коррекции фона.

Второй шаг –выделение границ дефекта. В описываемом алгоритме для выделения границ используется оператор Собела. Оператор использует ядра размера 3x3 с которыми сворачивается изображение.

Третий шаг  – сегментация изображения

Четвертый шаг – распознавание дефектов. Каждый объект на изображении  выделяется в отдельный класс. Класс можно описать набором дескрипторов. Дескрипторы это некоторый набор признаков объекта. Основные дескрипторы это площадь, периметр и коэффициенты формы объекта, длины максимальной и минимальной осей инерции объекта.

Пятый шаг проверка дефектов на двух изображениях на соответствие друг другу. Далее производится поиск объектов этого класса на изображениях, полученных с другим коэффициентом увеличения. Проверка на соответствие проводится с помощью поиска корреляции между классами объектов и частями анализируемого изображения.

Шестой шаг– вычисление периметров дефектов. Для вычисления коэффициента увеличения дефектов одного класса на разных снимках можно воспользоваться значениями их периметров.

Седьмой шаг– визуализация. После вычисления глубины залегания дефектов в соответствие каждому дефекту ставится его глубина залегания в случае плоских объектов это число в случае неплоских – массив чисел.

В ходе проведенных исследований были получены серии снимков тест-объектов, снимки были обработаны, согласно описанному алгоритму.  На основании расчетов были построены зависимости погрешности определения положения дефекта от его глубины залегания, погрешности от контрастности снимка и погрешности от размеров дефекта.

По результатам проведенных исследований можно сформулировать следующие выводы:

Для точного определения глубины залегания дефекта необходимо делать снимки с как можно большим коэффициентом увеличения. Это особенно важно для определения глубины залегания дефектов имеющих малые размеры.

Для распознавания дефектов и определения их глубины залегания с ошибкой менее 10% контрастность снимка должна быть не менее 35-40%. Перед работой оператора выделения границ необходимо увеличивать контрастность изображения.

Используемые источники
1) Лихачев А. В. Алгоритмы томографической реконструкции: Учебное пособие. Новосибирск Изд-во НГУ, 2013 117 с.
2) Баранов В.А. Методы цифрового томосинтеза для неразрушающего контроля. Диссертация к.т.н., ТПУ, Томск, 2007 – 121с.
3) Капранов Б.И. Разработка метода и средств реконструктивной комптоновской томографии. Диссертация д.т.н., ТПУ, Томск, 2000 – 257с.
4) Потрахов Н.Н. Метод и особенности формирования теневого рентгеновского изображения микрофокусными источниками излучения // Вестник новых медицинских технологий, 2007.
5) Потрахов Н.Н. Исследование и разработка методов микрофокусной рентгенографии в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Диссертация д.т.н., СПбГЭТУ, Санкт-Петербург, 2008 – 217с.
6) Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений.
7) Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB.
Information about the project
Surname Name
Staroverov Nicolay
Project title
The development of research techniques the internal structure of an object by multi-view microfocus X-ray.
Summary of the project
The present work is devoted to development of methods for determining the spatial location of defects in the object and visualization the structure of object with using microfocus X-ray. The developed method has allowed getting a cross-section controlled objects, and determining the depth of various defects. The experiments confirmed the possibility of setting up a pilot-plant for the implementation of the developed technique.
Keywords
Microfocus x-ray, nondestructive inspection