摘要:由于现在应用最广泛的钢丝绳电磁检测仪器的灵敏度随着钢丝绳缺陷相对于钢丝绳表面深度的增加而降低,因此文章研究和探索了X射线检测方法。文章首先介绍了X射线检测原理,接着对检测系统进行了设计。

　　1　引言

　　钢丝绳作为物料搬运设备中的关键部件广泛应用于工矿和交通,尤其是矿山提升、舰船码头及旅游索道等各个领域。在钢丝绳使用过程中,其完好程度直接关系到人身及设备安全,所以它的安全性是非常重要的,因此准确可靠地实时监视牵引钢丝绳断丝状况和承载能力具有十分重要的经济和社会效益[1]。钢丝绳损坏的重要原因是由于疲劳和磨损而导致出现断丝,断丝和局部锈蚀造成金属断面积的突变,称为“局部损伤”,而大面积的锈蚀和磨损造成金属面积的“较均匀”的变化,称为“断面损失”。由于“局部损伤”和“断面损失”的表现不同,其检测方法也就不同。世界各国均以钢丝绳的断丝情况作为钢丝绳报废标准的主要指标。为了预防事故的发生,很多国家早就针对钢丝绳的使用问题制订了相应的行业安全规程和国家检测标准。但是,近几十年来因钢丝绳破断而造成的事故仍然时有发生,例如: 1990年前苏联第比利斯登山索道钢丝绳断裂,造成55人伤亡;1999年10月贵州马岭河客运索道特大事故,一次死亡14人,伤22人,是目前国内客运索道最严重的一起事故;1990年武昌造船厂一大型浮吊船因系泊钢丝绳断裂而失控,下漂撞至武汉长江大桥4号墩,造成大桥局部损伤的长期隐患。发生这些原因主要是因为对钢丝绳监测方法存在缺陷,监测仪器的可靠性和准确性都不高造成的[2]。

　　全世界每年用于更换钢丝绳的费用非常的可观,而同时钢丝绳浪费现象非常严重。1988年,美国曾对8000多个从钢丝绳试验室和应用现场获取的记录进行统计分析,结果表明,已被更　换下来的钢丝绳中,70%以上仅有很少甚至没有强度损耗。日本的统计结果也表明,更换的钢丝绳中,50%以上其强度可达新钢丝绳的90%以上,还有些能达到100%。我国也对此进行过统计研究,研究表明:如果加强钢丝绳状态检测和适时报废,每年至少可节约钢丝绳用量的12~30%,节省用于进口钢丝绳的外汇20~30%。从上面的论述可以看出,研制先进的钢丝绳无损探伤检测仪器是非常必要的。

　　国内外都投入了一定的人力和物力对钢丝绳的无损检测进行了研究,努力使钢丝绳尽可能延长使用寿命,又要确保在钢丝绳发生破断之前及时的更换下来,希望能够最大限度的减少人民生命财产的损失,但是由于近年来,人们对钢丝绳结构型式、制造工艺和材料的深入研究,钢丝绳的结构变得越来越复杂,性能越来越好,制造工艺越来越先进,缺陷状态也表现为多样性和复杂性,增加了损伤检测的技术难度,因此到目前为止,几乎没有一种检测方法或仪器装置完全满足实际检测使用要求。但是相对而言,国内外现阶段公认的最可靠、最实用的方法是漏磁检测方法。但是这种方法依然存在一定的局限性和缺陷,现归纳如下:

　　①仅限于检测铁磁性钢丝绳;②无法检测钢丝绳端部和铁磁性接头处的缺陷;③对单纯的金属性能(如硬脆性、疲劳)变化不容易识别;④给定的检测头仅适合于一定绳径范围内的钢丝绳;⑤检测仪器的灵敏度随着钢丝绳缺陷相对于钢丝绳表面深度的增加而降低;⑥检测仪器不能区分出丝径很细的断丝、间隙小的断丝和在空间密集的多层断口,也不能从点蚀中区分断丝。

　　因此,对钢丝绳断丝检测新技术的研究是有相当大的空间供后来的科学工作者去探索的。在本文中,作者研究了一种比较新颖的钢丝绳检测方法---X射线检测方法对电磁检测方法的这些缺点进行补充。

　　2　X射线检测原理

　　用射线检测时,若被检工件内存在缺陷,缺陷与工件材料不同,其对射线的衰减程度不同,且透过厚度不同,透过后的射线强度则不同。如图1所示,若射线强度为J0,透过工件和缺陷后的射线强度分别为Jδ和Jx.胶片接受的射线强度不同,冲洗后可明显的反映出黑度差部位,即能辨别出缺陷的形态、位置等。

　　e———自然对数的底。

　　可见沿射线透照方向的缺陷尺寸x越大,衰减系数μ越大,则有无缺陷的强度差越大,Jx/Jδ值越大,在胶片上的黑度越大,越易发现缺陷所在[3]。我们利用X射线得到钢丝绳的图像后(如图2示),就可以根据图像黑度的不同利用图像处理的方法进行判别,找出有缺陷的钢丝绳[4]。

3　检测系统设计

　　由于通过射线图像可以无损地获取被检测对象内部结构的二维投影图像,人们可根据图像信息对被检测对象进行诊断和评估,经过百年来的发展,特别是在二次大战之后,许多新技术的发明,如照相技术、射线可见光转换技术、光电技术、计算机技术和信息科学技术,尤其是70年代之后,数字图像处理技术在射线成像检测领域的应用和推广,使得X射线成像检测技术发展到了一个全新的时代。在射线照相(Radiography)和射线透视成像(Radio-scopy)检测基础上发展起来的射线数字成像(Digi-tal Radioscopy简称DR)技术己经成为当今工业无损检测领域中的重要检侧技术和质量评估手段[8]。

　　在DR成像检测系统中(如图3示),检测对象内部结构和状态信息的载体是图像,人们是根据射线图像信息和检测标准进行判别和评估的,因此,检测系统成像质量好坏直接影响检测的精度,而检测灵敏度是衡量检测系统检测质量的重要指标,常用空间分辨率和密度分辨率进行量化。在DR成像检测系统的图像采集系统中,影响DR图像灵敏度的因素是多方面的,如图像采集系统的空间分辨率和动态范围即量化等级与噪声,这些影响都将导致图像对比度降低和边缘模糊。噪声影响主要反映在随机空间位置上图像灰度随机起伏,是图像质量降低的重要因素之一。

　　噪声的主要来源有:

　　①射线源的量子噪声:

　　②图像传感器的热噪声;

　　③1/f噪声即偏置电流噪声;

　　④数字化的量化噪声。

　　其中X射线源产生的量子起伏噪声是最基本的噪声源,由于它的存在,图像传感器接受到的信号实际上是偏离的、具有量子起伏的图像信号,从而导致了检测灵敏度的下降。图像传感器是产生噪声的另一来源,常用的图像传感器是CCD摄像机,其噪声主要是来自前置放大器和光电子转换及电子器件的热噪声。因为CCD像敏器是由控制耗尽区的大小而工作的,所以硅晶格的热振动不断产生电子———空穴对,其中少数载流子流向电势能量小的地方,并集中在那里,形成暗电流。

　　暗电流在整个器件上不是完全均匀的,由于其非均匀性使图像上出现固定暗电流噪声,极大地降低了CCD摄像机的信噪比。在CCD传感器的工作过程中,需要加一偏置电压,因而有一定的偏置电流通过。但实际上,并不是单纯的直流电流通过,而是在直流上迭加一些微小的电流起伏,这些微小的电流起伏是随时间变化的。实验发现,这些微小电流起伏的大小与CCD　　的尺寸、偏置电压、频率和带宽等因素有关,通常称为1/f噪声或偏置电流噪声。

　　CCD相机输出的视频信号需经过图像处理系统量化为数字信号。在此过程中,行同步脉冲的抖动噪声,造成行与行之间的象素错位,从而引起图像模糊;同时,模数转换过程中也产生量化噪声。

　　故而,降低噪声、扩大采集系统的动态范围、提高图像的信噪比是提高图像检测灵敏度的重要环节,也是在射线成像条件优化设计以后,射线数字成像系统中数据采集模块设计的中心任务。

　　正如前面所述,射线图像是检测对象信息的载体,是进行诊断和评估的依据,而降低噪声、扩大图像采集系统的动态范围、提高图像的信噪比是提高图像检测灵敏度、获得高品质图像的重要手段。为了能够客观准确地评估被检测对象,下面给出了图像采集系统的原理框图(如图4所示)[5]。根据所需要的技术精度要求,仔细选取每一步所需的仪器,我们可以得到令人满意的钢丝绳图像,再利用图像检测的方法就可以识别出有缺陷的钢丝绳.

　　4　结束语

　　随着我国工业的快速发展,钢丝绳的运用将变得越来越广泛,而同时钢丝绳材料的也越来越复杂,这就为钢丝绳检测技术的发展提供了广阔的空间,因此投入到这项工作中来是会大有　可为的,而这项技术的进步也将取得巨大的经济效益和社会效益,大大减少人民生命财产的损失。本文所研究的X射线检测方法是一项比较新颖的方法,它如果能够走出实验室投入到真　　正的工业应用中去,将会和电磁检测方法相辅相成,使钢丝绳检测方法更加准确和全面[6][7]。

　　5　参考文献:

　　[1]　宋大雷,等.钢丝绳无损检测技术的历史、现状及趋势[J].无损检测,1999,21(5):220-222

　　[2]　武新军,等.无损检测在役钢丝绳标准的研究[J].起重运输机械,1999,(2):33-36

　　[3]　杨瑞峰,等. X射线成像检测中图像采集系统的设计研究[J].仪器仪表,2002,(11):23-25

　　[4]　顾必冲,等.钢丝绳缺陷数据采集系统的设计与实现[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2002,26(1):8-10

　　[5]　GAO HB, YANG SZ,YANG KC et al. A neural network-basedtechNIque for quantitative wire rope inspection[J]. NDT&E International,1993,26(l):31-33

　　[6]　王俊峰,等.钢丝绳无损检测方法与装置的研究[J].建筑机械,1995,(1):23-25

　　[7]　武新军,等.钢丝绳无损检测技术的研究现状[J].煤炭科学技术,2002,(11):22-24

　　[8]　程耀瑜,等.高质量X射线检测数字化成像及图像采集[J].光学精密工程,2002,10(4):359-363

　　作者简介:阮炜(1979-),男,湖北武汉人,2001年毕业于武汉理工大学自动化学院,现工作于中国船舶重工集团第七一九研究所,任助理工程师,从事船舶设计研究工作。

上一篇 : 暂无             下一篇 : 烤地瓜机 烤地瓜机烤地瓜的原理