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1、X光实时连锁检测在铸件零缺陷战略中的应用陆 斌陆斌（1968），男，江苏泰兴人，高级工程师，主要从事汽车轻合金车轮的研究开发和标准化工作。通讯地址：江苏省南京市浦珠中路298号 邮编：210031 电话：025-58851226/013952002463 传真：025-58851842 E-mail： （南京戴卡华舜轮毂有限公司，江苏南京 210031）摘要：本文提出了一种采用X光实时成像全自动缺陷识别的新方法：多级修正中值过滤，通过X光连锁检测进行缺陷预防和铸造过程修正。该图像分析方法使在很复杂的图案识别领域使用数据图像处理成为可能，X光自动缺陷识别系统能取代人工观察，无须中断工作也不会导致
2、疲劳，通过零缺陷战略提高了铸造生产率，最后对应用半自动和全自动X光实时在线检测系统相关的完整解决方案详细作了介绍。关键词：铸件；X光检测；零缺陷Application of Real-Time X-Ray in the Loop to Improve Casting Zero Defect StrategyLu Bin(Nanjing Dicastal Huashun Aluminum Wheels Co., Ltd. Nanjing 210031, Jiangsu, China)Abstract：This paper presents a new approach to fully auto
3、matic defect recognition (ADR) using real-time x-ray images: multistage modified median filtering as well as defect prevention using x-ray in the loop, and casting process tune-up. This new image analysis method makes it possible to use digital image processing in the very complex field of pattern r
4、ecognition. X-ray ADR systems replace human observers, work non-stop and dont get tired. By Zero Defect Strategy, Productivity in casting plants is improved. And finally a complete solution to application of semi and fully automated real-time on-line x-ray inspection systems is particularized.Key wo
5、rds：Casting; Radiography; Zero Defect0、引言由于铸造方法具有成本低廉、一次成形以及可以制造复杂结构大型件等优点，被广泛应用于工业生产的众多领域，为保证产品质量及节省成本，在生产流程的早期阶段及时检测出缺陷是很必要的，而X光检测由于可避免材料浪费和提高生产效率，成为铸件缺陷检测的首选方法。但传统旧式工业X射线技术供应商未能解决其客户的实质问题：生产中通过预防缺陷代替发现缺陷来提高生产率。靠检验来保证质量的观点是不适合的，其结果只能是低质量和高成本。“零缺陷”战略就是通过识别和调整铸造生产过程、关注引起缺陷的原因，来预防缺陷和保证质量，即采用X射线设备的反馈信
6、息，将铸造机制造的产品缺陷调整到越来越少（如图1所示）。图1 21世纪的车轮铸造工厂Figure 1: Wheel casting plant for 21st Century21、生产率和X光连锁实时检测1.1 生产率定义生产率（P） = 当输出低、输入高时，生产率偏低：P = 提高质量可使状态反转，输出增加、输入降低，生产率迅速提高：P = 与诸如采用自动化等方法来提高生产率相比，提高产品质量是一种较经济的方法。因为采用自动化时，虽然输出的自动化程度提升了，但同时也得为输入的自动化付出代价，即使最终生产率提高了，其增长的幅度也很有限。1.2 X光实时检测和自动缺陷识别的优势与超声波、涡流法
7、等无损检测相比，X光实时检测有其优势，它能获得缺陷的完整信息，而不仅仅是其表面直接可见的瑕疵。基于可用的信息，采用X光实时检测所获得的（空间位置、产品类型、几何形状、大小和方向等）信息完好。另外，对工厂基础管理的其它方面也很重要，诸如自动化（自动缺陷识别Automatic Defect Recognition 简称：ADR，无需人工检验）程度提高、实时缺陷显示和评估、易于操作、与制造过程同步、可靠性强、实施简单等等。1.3 X光图像采用ADR的两点理由1.自动找到铸件里的缺陷，将好、坏铸件分类（降低成本和提高质量）。在一般开环模式下ADR的用途就是节省了连续生产过程中（每周工作7天，每天24小
8、时）的人力资源成本。2. 采用X光机的反馈信息，铸造机能被调整到生产时几乎没有缺陷（压铸时调整制造过程）。在这种闭环模式下ADR的用途是提高良品率（如：将废品率从40%降低到5%）。不合格铸件的X光图像被光纤传到铸造机终端，供铸造操作手进行分析，基于所观察到的缺陷及其趋势，铸造参数就能及时得到调整。2 问题定义采用X光实时成像，我们将发现一些不规则的结构诸如气孔、针孔、疏松和异物等被测零件（汽车铸件、焊缝等）中不允许有的相貌特征。图像中的缺陷小而亮，被包围在较大较黑的图像区域。如图2所示，包含缺陷的图像区域有一些细微结构，而不含缺陷的区域呈白色粗糙质地。在检测时细微结构被识别，而粗糙质地被忽略
9、。但也有一些介于测量和实际动态尺寸之间的不确定情况，例如下列这些在车轮X光图像中与发现缺陷有联系的难点：图2 X光图像中的细微组织是缺陷Figure 2: Fine structures in the x-ray image are faults缺陷位置：在车轮的某一部位，多个缺陷会出现在看似相同的地方，这些缺陷会相互叠加。缺陷对比度：缺陷探测的方法是基于找到局部的密度差异。图像输入系统（摄像机照相时的图像增强链）必须提交足够的对比度，即要求的是有对比度的图像。缺陷类型：图像中的大量不同缺陷和它们的典型变化，导致不能按预设的参考图片进行直接探测。图像结构：车轮的X光图像包括一些图像结构（如：车
10、轮不规则的表面和形状、重复增强部位），看似缺陷，但却不是。这些（伪缺陷）能导致图像分析程序产生误判。3 问题解决3.1 X光连锁检测原理4图3 X光连锁检测原理图Figure 3: Schematic of Radioscopic Chain 如图3所示，X光发射管产生的射线透过铸件在探测器上产生一衰减图像，图像增强器把衰减图像转变成可视的X光检测图像；传输链（镜头+摄像机照相+监视器）给屏幕提供一可视图像，供操作者观察；同时数字化能将传播的图像加工成供（ADR软件）处理和评估的图像。3.2 多级修正中值过滤自动缺陷识别（ADR）图像处理系统分为图象预处理（图象分割和降低噪音）、缺陷探测（探测
11、所有可能的缺陷）、真伪核实（实际缺陷与伪缺陷的区别）和质量标准核实（将缺陷与用户定义的质量标准对比）等几个阶段，多级修正中值过滤正是一种简化了的解决方法。图4 车轮原始X光图像Figure 4: Original x-ray image of the wheelA. 从原始X光图象（图4）生成完美参考图象（图5）图5 车轮参考（自由缺陷）X光图像Figure 5: Reference (defect free) x-ray image of the wheelB. 从原始X光图象产生的参考衰减（图6）图6车轮的不同X光图像Figure 6: Difference x-ray image of
12、the wheelC、进行边界探测（图7），高灰度值的地方即是轮廓边界。图7 边界探测（勾边）Figure 7: Detection of the edgesD、包含角落（图8）在内的探测：内角亮灰，外角暗灰。图8 角落探测Figure 8: Detection of the cornersE. 测量缺陷区域的尺寸和密度并与用户定义的质量标准（特殊）对比。图9显示了通过多级修正中值过滤探测到的缺陷区域。8上部缺陷（绿色）1.2 mm和下部缺陷（红色）2.2 mm.图9 缺陷方向和大小测量Figure 9: Defect detection and defect size measurement
13、s系统未采用任何来自自适应运算法则的先天信息，从实际X光图象直接生成了完美参考图象，无需精确的操作系统，能快速导入新例，也能重复使用已有的参数。4、应用实践4.1 ADR软件的使用11TP：良品接收（标识） FN：废品拒收 TN：良品拒收 FP：废品接收（报警）图10 无损检测后的4种结果Figure 10: The four cases of NDT-diagnosis图10所示的基于接收操作特性的统计评估，这与常规信号探测理论有所区别，试验发生在工厂的生产线上，采用的是批量生产过程中的车轮铸件。在所提供的一批100只车轮中，有82只良品，18只废品。18只废品在这之前经多位检验员检测过，所
14、有检测人员都一致认为这些车轮的确是废品。然后让这批车轮依次通过3个检测站进行检验，每个检测站有不同的检验员，最后再采用自动缺陷识别检验。让检验人员事先知道他们的检测将与ADR检测对比，促使他们尽可能将工作做到最好。试验时他们未受到其他干扰，操作也未被中断。随着时间的推移，操作手未能够正确地识别所有废品。随着批量检测时间的延长，废品被接收的数量增多（报警）。没有一个检验员能发现所有废品，3名检验员至少误判46件废品。而ADR软件找到了所有的废品，检测时测量缺陷的大小并与程序中预设的规范对比，其和人工检测主观性判断的对比结果见表1。ADR软件通过测量缺陷来发现其真实尺寸，而人工检验员试图看到的缺陷
15、比实际的要小。这种影响随检验时间的延长和检测数量的增多而加剧。表1人工操作与ADR软件比较Table 1: Operator vs. ADR software检验员1检验员2检验员3ADR正确分类废品接收缺陷发现率%良品拒收批量检测时间96477.801002.4h94666.701002.3h94666.701002.5h100010001002.4h4.2 X光实时连锁检测图10 MAXIwheel XTREME Figure 10: MAXIwheel XTREME如图10所示的MAXIwheel XTREME系统由下列主要的独立操作模块组成：A.辐射防护附件（最大160kV，10mA）B.操纵器：六轴 AC无摩擦辅助马达驱动C. X光源：160 kV CP高稳定X光设备D. X光快门E.图像系统：9”-6”-4” 三维图像增强器1,024 x 1,024像素高分辨率CCD相机21黑白监视器F.观察相机G.控制柄H.操作界面I.备份装置J.车轮高度测量装置K.输入链L.合格/废品输出链M.实时
