CN108769454A - 一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备及其扫描驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊缝底片数字化扫描技术领域，具体涉及一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备及其扫描驱动方法，数字化扫描设备包括光源、底片、镜头、相机、进片机构和计算机。本发明解决目前底片数字化扫描设备存在的技术问题，通过采用位置可变的非通轴驱动轮，位置可变的导轨和高度可调整的相机架体，解决了现有通轴辊驱动方式容易引起的底片磨损问题，保持了底片的原貌，确保扫描图像的真实性，此外通过传感器和计算机程序自动调整光源的全局亮度、局部亮度、镜头光圈尺寸、镜头焦点位置，在提高图像质量的同时降低人工劳动强度。

Description

一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备及其扫描驱动方法

技术领域

本发明属于焊缝底片数字化扫描技术领域，具体涉及一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备及其扫描驱动方法。

背景技术

油气输送管道和压力容器一般需要大量的焊接，焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。为了评估焊缝质量的好坏，有无缺陷，需要施工时和服役时对焊缝进行无损检测。X射线具有较强的穿透能力，可以检测焊缝内部缺陷，在焊缝检测中应用广泛。

焊缝X射线无损检测一般采用拍片的形式，底片在X射线下曝光后，冲洗后呈现焊缝的透射图像。国家安全监管部门针对不同的工程项目要的底片保存七年以上、十年以上或终生保存。由于拍片量巨大，企业需要建设专门储存室存放底片。底片保存有很大的难度,需要恒温，湿度对底片保存影响很大，保存不好就会出现氧化、损毁。底片保存、管理一直是困扰企业的难题。

底片数字化扫描设备通过扫描实现底片图像数字化共享和存档。数字化影像文件只需要存在光盘、硬盘甚至网络云盘里，不用担心温度，湿度控制不当以及灰尘，沙尘给底片造成刮伤，损毁，不必占用大量保存空间。

目前底片数字化扫描设备存在以下技术问题：

(1)采用通轴辊驱动方式，容易引起底片磨损，造成不可挽回的损失，同时磨损痕迹也会成像，导致图像假像，干扰缺陷判别；(2)焊缝底片有不同的型号，每种型号宽度不同，扫描不同宽度的底片，需要配备不同的驱动机构，包括导轨和驱动轮，现场使用非常不方便。

此外底片一般在施工或使用现场拍摄，由于光源空间不均匀、光源随时间波动、拍摄空间有限，时间紧张，底片固定位置和光源摆放位置受限，被检查物体厚度变换大等情况，往往不能拍摄出黑度比较均匀的效果，会出现一段亮一段暗的效果，或者同一段焊缝两侧灰度变化比较大的情况。由于底片比较薄，加之保存环境不佳，会出现间断不平整的情况，扫描过程中采用固定焦点位置，容易出现一段清晰一段模糊的效果。还存在如下问题：

(1)不能适应区间或区域黑度的变化，容易造成图像忽明忽暗的情况，降低的动态范围，不利于数字化评片工作；(2)扫描镜头的焦距依靠人工调整，主观性强，有时候存在模糊情况，不能获得最大信息量，特别是细节信息。

发明内容

本发明提供了一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备及其扫描驱动方法。保留数字化扫描优势的同时，解决目前底片数字化扫描设备存在的技术问题，通过采用位置可变的非通轴驱动轮，位置可变的导轨和高度可调整的相机架体，解决了现有通轴辊驱动方式容易引起的底片磨损问题，保持了底片的原貌，确保的扫描图像的真实性；驱动轮和导轨的位置可变，可以方便适应不同宽度的底片，通过计算机控制电机调整导轨和驱动轮的位置，操作方便，定位精度也比较高；改变导轨和驱动轮位置后，通过计算机控制电机自动调整相机架体高度，从而改变相机下端镜头的位置，是视场覆盖整个底片的范围，同时调整镜头焦点位置，使底片图像处于正焦状态。此外通过传感器和计算机程序自动调整光源的全局亮度、局部亮度、镜头光圈尺寸、镜头焦点位置，在提高图像质量的同时降低人工劳动强度。

具体技术方案如下：

一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备，包括工作平面，在扫描入口位置和出口位置之间为相机架，还包括光源、辅助光源、底片、相机、进片机构、亮度传感器阵列和计算机；

所述进片机构包括非通轴驱动轮和导轨，上下两根非通轴驱动轮为一组，一共有两组非通轴驱动轮，分别在入口位置和出口位置，下面两根非通轴驱动轮位于工作平面下方的空腔内；每根非通轴驱动轮包括金属轴和两个橡胶层，两个橡胶层之间无橡胶层部分的间距小于底片的宽度；

所述导轨限制底片的位置和移动路径，底片在非通轴驱动轮的驱动下，沿导轨做直线运动，实现前进、后退、停止和速度调节；所述底片在非通轴驱动轮的带动下沿导轨在工作平面上做直线运动；

在两组非通轴驱动轮中央，从下到上依次垂直布置有光源、待扫描的底片和相机；所述光源1位于工作平面以下；所述相机安装在相机架上，内部安装镜头，镜头光圈大小和焦点位置可由计算机程序调整；相机通过电缆与计算机相连传送数据，相机的参数由计算机程序设置；在相机近入口一侧布置辅助光源，辅助光源上部布置亮度传感器阵列，每个亮度传感器由一组排列成线阵列的光电二级管组成。

所述导轨的内侧均匀设置半圆形凸起的定位块，所述定位块材料为硅橡胶。

所述进片机构由驱动电机控制，相机的运动由相机驱动电机控制，所述进片机构驱动电机和相机驱动电机的偏移量和方向通过计算机调整。

所述光源由LED光源模组组合而成，光源模组数量与光电二极管数量相同，可通过计算机单独调整每个模组的亮度。

两组非通轴驱动轮可以沿底片进给方向调整距离，每根非通轴驱动轮的两个橡胶层可以沿底片宽度方向调整距离；

所述橡胶层和导轨硬连接，通过电机同时控制二者的位置。

还包括拨叉电机和拨叉，拨叉有两个叉，分别位于非通轴驱动轮的内侧和导轨外侧，拨叉电机运动，带动两个叉运动，两个叉带动非通轴驱动轮和导轨沿轴向运动，满足不同宽度底片的要求，所述拨叉电机由计算机控制。

一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备的扫描驱动方法，辅助光源发出的光线穿透底片后进入亮度传感器阵列，亮度传感器由一组排列成线阵列的光电二级管组成，光电二极管数量与光源模组数量相同，分别测量不同位置的光强度，计算机程序根据不同位置的光强度，设置光源模组的强度和镜头光圈大小；

光源发出的光线穿透底片后进入镜头，通过镜头聚焦后进入相机，转换成图像后传输到计算机中，先设置底片宽度，再驱动拨叉电机、相机驱动电机、自动调整非通轴驱动轮和导轨位置；然后调整相机高度，使覆盖底片进入全部视场；开始扫描，底片连续运动，相机连续采集，每次采集一列数据，多列数据列数据逐列排布成一幅二维图像。

采集之前，可以使用自动对焦算法，通过计算机程序控制焦点位置，使图像达到最清晰的状态，采集过程中，实时微调焦点位置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

现有技术中采用的驱动轮结构，驱动轮采用通轴结构，轴是两层结构的，里面一层是金属轴，外面一层是橡胶，金属轴负责动力，橡胶负责与纸张或底片接触，橡胶层覆盖整根金属轴，摩擦面覆盖底片全部范围，如图3所示，容易对底片中间有效区域造成磨损。而且驱动轮和导轨尺寸固定，只能适用一种宽度的底片，需要扫描其他宽度底片时，需要拆下现有的驱动轮和导轨，换上与之配套的驱动轮和导轨，同时需要准备多套驱动轮和导轨，并携带到野外施工现场。

本发明的智能调节焊缝底片扫描驱动方法，解决目前底片数字化扫描设备存在的技术问题，通过采用位置可变的非通轴驱动轮，将橡胶层中间部分去掉，只留下两端的部分，只有两侧有摩擦面，中间没有摩擦面，不会对底片中间有效区域造成磨损。

本发明通过位置可变的导轨和高度可调整的相机架体，解决了现有通轴辊驱动方式容易引起的底片磨损问题，保持了底片的原貌，确保的扫描图像的真实性。本发明的智能调节焊缝底片扫描驱动方法，驱动轮和导轨的位置可变，可以方便适应不同宽度的底片，通过计算机控制电机调整导轨和驱动轮的位置，操作方便，定位精度也比较高；改变导轨和驱动轮位置后，通过计算机控制电机自动调整相机架体高度，从而改变相机下端镜头的位置，使视场覆盖整个底片的范围，同时调整镜头焦点位置，使底片图像处于正焦状态。本发明采用的智能调节结构。驱动轮采用非通轴结构，两侧有摩擦面，中间没有摩擦面，不会对底片中间有效区域造成磨损。摩擦面两侧可以移动，可以适应不同宽度的底片，更换不同宽度底片时，在计算机程序中设置不同参数即可。计算机控制拨叉电机，驱动拨叉，移动驱动轮和导轨的位置，实现智能调整。此外，本发明的摩擦面只接触底片两侧，不接触底部中中间，由于底片两侧为空白区域，故这个设计不会划伤底片中间有效部分。此外，由于底片边缘不整齐、存在变形情况，不能完全保存匀速直线运动状态，导轨的内侧均匀设置半圆形凸起的硅橡胶材料的定位块，当底篇沿导轨运动发生歪斜时，可以矫正底片，使之回正。此外，底片宽度改变后，相机的视场大小也发生了变化，为了覆盖全部视场，相机的高度可以通过电机调整，以适应不同宽度的底片。

本发明进片机构由驱动电机控制，相机的运动由相机驱动电机控制，所述进片机构驱动电机和相机驱动电机的偏移量和方向通过计算机调整。电机采用步进电机，精确定位，每次运行多少步是设定好的，每步多少角度也是固定的，所以偏移量也是固定的，保证整个扫描过程稳定。

本发明可以克服底片不能适应区间或区域黑度的变化的情况，通过智能算法调整光源模块和镜头光圈，适用黑度变换情况。在相机近入口侧布置辅助光源，辅助光源上部布置亮度传感器阵列，辅助光源发出的光线穿透底片后进入亮度传感器阵列，亮度传感器由一组排列成线阵列的光电二级管组成，光电二极管数量与光源模组数量相同，可以分别测量底片不同位置的光强度。计算机程序根据不同位置的光强度，设置光源模组的强度，尽量让底片上不同黑度的区域都呈现对比度最佳的图像，使整个图像基本亮度一致。如果调整光源模组效果不理想，可进一步调整光圈的大小。局部亮度不均匀，调整光源模组的对应模块；整体亮度差别较大，调整光圈大小，以获得满意的图像。

本发明可以克服底片变形，不平坦造成的不能准确对焦的情况，能根据底片情况调整焦点位置，是图像更清晰。采集之前，可以使用自动对焦算法，通过计算机程序控制焦点位置，使图像达到最清晰的状态；采集过程中，由于底片不平坦，可以实时微调焦点位置，适应底片不平坦带来的物距变换。

附图说明

图1为本发明智能调节焊缝底片数字化扫描设备立体结构示意图；

图2为本发明智能调节焊缝底片数字化扫描设备侧视图；

图3为目前采用的通轴驱动轮平面结构示意图；

图4为本发明采用的非通轴驱动轮平面结构示意图；

图5为本发明采用的非通轴驱动轮立体结构示意图；

图6为本发明扫描工作示意图；

图7为本发明拨叉电机和拨叉安装位置示意图；

图8为光源结构图；

图9为亮度传感器阵列结构图；

图10为本发明工作流程图。

图中，1—光源；2—镜头；3—相机；4—相机驱动电机；5—底片；6—导轨；7—非通轴驱动轮；8—拨叉；9—拨叉电机；10—橡胶层；11—金属轴；12—定位块；13—相机架；14—工作台；15—辅助光源；16—亮度传感器阵列；17—光源模组；18—光电二极管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受附图所限。

图1为本发明智能调节焊缝底片数字化扫描设备立体结构示意图，图2为本发明智能调节焊缝底片数字化扫描设备侧视图，图4为本发明采用的非通轴驱动轮平面结构示意图，图5为本发明采用的非通轴驱动轮立体结构示意图，图6为本发明扫描工作示意图，如图所示，一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备，包括工作平面14，在扫描入口位置和出口位置之间为相机架13，还包括光源1、辅助光源15、底片5、相机3、进片机构、亮度传感器阵列16和计算机；

进片机构包括非通轴驱动轮7和导轨6，上下两根非通轴驱动轮7为一组，一共有两组非通轴驱动轮7，分别在入口位置和出口位置，下面两根非通轴驱动轮7位于工作平面14下方的空腔内；每根非通轴驱动轮7包括金属轴11和两个橡胶层10，两个橡胶层10之间无橡胶层部分的间距小于底片5的宽度；

导轨6限制底片5的位置和移动路径，底片在非通轴驱动轮的驱动下，沿导轨6做直线运动，实现前进、后退、停止和速度调节；底片5在非通轴驱动轮7的带动下沿导轨6在工作平面14上做直线运动；

图8为光源结构图，图9为亮度传感器阵列结构图，如图所示，在两组非通轴驱动轮7中央，从下到上依次垂直布置有光源1、待扫描的底片5和相机3；光源1位于工作平面14以下；相机3安装在相机架13上，内部安装镜头2，镜头2光圈大小和焦点位置可由计算机程序调整；相机3通过电缆与计算机相连传送数据，相机的参数由计算机程序设置；在相机3近入口一侧布置辅助光源15，辅助光源15上部布置亮度传感器阵列3，每个亮度传感器由一组排列成线阵列的光电二级管18组成。导轨的内侧均匀设置半圆形凸起的定位块12，所述定位块12材料为硅橡胶。

进片机构由驱动电机控制，相机3的运动由相机驱动电机4控制，进片机构驱动电机和相机驱动电机4的偏移量和方向通过计算机调整。

光源由LED光源模组17组合而成，光源模组17的数量与光电二极管18数量相同，可通过计算机单独调整每个光源模组17的亮度。

两组非通轴驱动轮7可以沿底片5进给方向调整距离，每根非通轴驱动轮7的两个橡胶层10可以沿底片宽度方向调整距离；橡胶层10和导轨6硬连接，通过电机同时控制二者的位置。

图7为本发明拨叉电机和拨叉安装位置示意图，如图所示，本发明还包括拨叉电机9和拨叉8，拨叉8有两个叉，分别位于非通轴驱动轮7的内侧和导轨6外侧，拨叉电机9运动，带动两个叉运动，两个叉带动非通轴驱动轮7和导轨6沿轴向运动，满足不同宽度底片5的要求，所述拨叉电机9由计算机控制。

{图10为本发明工作流程图，如图所示使用时，辅助光源发出的光线穿透底片后进入亮度传感器阵列，亮度传感器由一组排列成线阵列的光电二级管组成，光电二极管数量与光源模组数量相同，可以分别测量不同位置的光强度。计算机程序根据不同位置的光强度，设置光源模组的强度和镜头光圈大小；

光源发出的光线穿透底片后进入镜头，通过镜头聚焦后进入相机，转换成图像后传输到计算机中，先设置底片宽度，再驱动拨叉电机、相机驱动电机、自动调整非通轴驱动轮和导轨位置；然后调整相机高度，使覆盖底片进入全部视场；开始扫描，底片连续运动，相机连续采集，每次采集一列数据，多列数据列数据逐列排布成一幅二维图像具体包括如下步骤：

先设置底片宽度，再驱动拨叉电机、相机驱动电机、自动调整非通轴驱动轮和导轨位置；然后调整相机高度，使覆盖底片进入全部视场；使用自动对焦算法，通过计算机程序控制焦点位置，使图像达到最清晰的状态；采集过程中，实时微调焦点位置。开始扫描，底片连续运动，光源发出的光线穿透底片后进入镜头，通过镜头聚焦后进入相机，转换成图像后传输到计算机中。相机连续采集，每次采集一列数据，多列数据列数据逐列排布成一幅二维图像。

底片5在连续运动过程中，由于其黑度不均匀，导致扫描得到的图像明暗不均，底片5比较暗的位置由于光源1亮度不足，细节部分曝光不足，不能被完全显示，底片5比较亮的位置由于光源1亮度过度，细节部分曝光过度，不能被完全显示。本发明通过使用辅助光源2和亮度传感器3，在扫描前实时监测底片5的黑度情况，如整体比较黑，即通过计算机程序调高光源1的亮度；如整体比较白，即通过计算机程序调低光源1的亮度；如整体调整超过光源1的工作范围，则通过计算机程序调整镜头7中光圈的位置；如果底片5局部比较黑，调高光源1中对应模块的亮度，如局部比较白，调低光源1中对应模块的亮度。

扫描过程中，实时监测对焦情况，如发现对焦有偏离，通过调整镜头7中的焦点位置，纠正偏离情况。

此外，如果底片5宽度改变，相机3的视场大小也发生了变化，为了覆盖全部视场，可以通过程序自动控制相机驱动电机4，把相机3移动到合适位置。

Claims (9)

1.一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备，包括工作平面，在扫描入口位置和出口位置之间为相机架，其特征在于：还包括光源、辅助光源、底片、相机、进片机构、亮度传感器阵列和计算机；

所述进片机构包括非通轴驱动轮和导轨，上下两根非通轴驱动轮为一组，一共有两组非通轴驱动轮，分别在入口位置和出口位置，下面两根非通轴驱动轮位于工作平面下方的空腔内；每根非通轴驱动轮包括金属轴和两个橡胶层，两个橡胶层之间无橡胶层部分的间距小于底片的宽度；

所述导轨限制底片的位置和移动路径，底片在非通轴驱动轮的驱动下，沿导轨做直线运动，实现前进、后退、停止和速度调节；所述底片在非通轴驱动轮的带动下沿导轨在工作平面上做直线运动；

在两组非通轴驱动轮中央，从下到上依次垂直布置有光源、待扫描的底片和相机；所述光源1位于工作平面以下；所述相机安装在相机架上，内部安装镜头，镜头光圈大小和焦点位置可由计算机程序调整；相机通过电缆与计算机相连传送数据，相机的参数由计算机程序设置；在相机近入口一侧布置辅助光源，辅助光源上部布置亮度传感器阵列，每个亮度传感器由一组排列成线阵列的光电二级管组成。

2.根据权利要求1所述的智能调节焊缝底片数字化扫描设备，其特征在于：所述导轨的内侧均匀设置半圆形凸起的定位块，所述定位块材料为硅橡胶。

3.根据权利要求1所述的智能调节焊缝底片数字化扫描设备，其特征在于：所述进片机构由驱动电机控制，相机的运动由相机驱动电机控制，所述进片机构驱动电机和相机驱动电机的偏移量和方向通过计算机调整。

4.根据权利要求1所述的智能调节焊缝底片数字化扫描设备，其特征在于：所述光源由LED光源模组组合而成，光源模组数量与光电二极管数量相同，可通过计算机单独调整每个模组的亮度。

5.根据权利要求1所述的智能调节焊缝底片数字化扫描设备，其特征在于：两组非通轴驱动轮可以沿底片进给方向调整距离，每根非通轴驱动轮的两个橡胶层可以沿底片宽度方向调整距离。

6.根据权利要求1所述的智能调节焊缝底片数字化扫描设备，其特征在于：所述橡胶层和导轨硬连接，通过电机同时控制二者的位置。

7.根据权利要求1所述的智能调节焊缝底片数字化扫描设备，其特征在于：还包括拨叉电机和拨叉，拨叉有两个叉，分别位于非通轴驱动轮的内侧和导轨外侧，拨叉电机运动，带动两个叉运动，两个叉带动非通轴驱动轮和导轨沿轴向运动，满足不同宽度底片的要求，所述拨叉电机由计算机控制。

8.一种智能调节焊缝底片数字化扫描设备的扫描驱动方法，其特征在于：辅助光源发出的光线穿透底片后进入亮度传感器阵列，亮度传感器由一组排列成线阵列的光电二级管组成，光电二极管数量与光源模组数量相同，分别测量不同位置的光强度，计算机程序根据不同位置的光强度，设置光源模组的强度和镜头光圈大小；

光源发出的光线穿透底片后进入镜头，通过镜头聚焦后进入相机，转换成图像后传输到计算机中，先设置底片宽度，再驱动拨叉电机、相机驱动电机、自动调整非通轴驱动轮和导轨位置；然后调整相机高度，使覆盖底片进入全部视场；开始扫描，底片连续运动，相机连续采集，每次采集一列数据，多列数据列数据逐列排布成一幅二维图像。

9.根据权利要求8所述的智能调节焊缝底片数字化扫描设备的扫描驱动方法，其特征在于：采集之前，可以使用自动对焦算法，通过计算机程序控制焦点位置，使图像达到最清晰的状态，采集过程中，实时微调焦点位置。