CN1275033C - 操纵产品并处理产品的射线检验图像的装置和方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以组件形式生产的装置，其可以被集成在任何用于产品的射线检验的设备(13)中，包括用于驱动产品(5)围绕垂直于要获得的断层图像的平面的轴线(5a)转动的装置(14)，用于控制驱动产品(5)转动的装置(14)的单元(15，16)，用于驱动产品(5)围绕轴线(5a)转动，以及图像获取和处理单元(16)，包括用于在产品(5)转动时以数字形式获取并存储产品(5)的射线检验图像的装置，以及用于处理所述数字图像并使用一种计算算法构成断层图像的计算装置。本发明的装置使得能够进行汽车工业的机械零件例如汽缸头的缺陷控制或几何形状和尺寸的控制。

Description

操纵产品并处理产品 的射线检验图像的装置和方法及用途

技术领域

本发明涉及一种用于操纵产品特别是机器零件，并用于处理在射线检验设备中获得的产品的图像以便获得产品的射线断层图像的装置和方法。

背景技术

在某些机械工业中，尤其是在汽车工业中，不断研发新的零件和新的铸造方法，需要提供非破坏性的检验装置，以便评价通过新的设计生产的零件或者利用新的方法生产的零件。具体地说，需要对零件的材料进行定性和定量的检查，以便确定是否具有任何缺陷，并需要在常规装置不能进入的零件的区域例如零件内部的腔体或沟槽内进行尺寸和几何形状的检查。

具体地说，在汽车生产中使用的铝合金铸件或者铸铁铸件的情况下，例如汽缸头、曲轴箱、曲轴或者转向柱壳体，需要对使用新的设计或新的铸造方法获得的成批零件进行非破坏性的检查或者尺寸检查。

就铸造而言，零件中存在的缺陷可以用X射线检查仪器、伽马射线检查仪器或者超声波检查进行检查。这些装置给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坚实度的判断则完全是定性的。

当涉及检查零件内部的尺寸和形状时，必须以破坏性的方式进行几何形状和尺寸的检查。在这种情况下，从生产者取来的零件用这种方式被切开，使得暴露要被检查的部分，并利用常规的尺寸测量工具例如卡尺或千分尺。

为了获得机器零件的假想截面的图像，已知的方法使用工业断层成像装置。这种装置包括射线检验设备，其中例如使用X射线，用于使机器零件相对于射线检验设备相对移动的装置，以及用于利用所述图像获得断层图像的装置。这种装置是非常昂贵的，并且难于被置于铸造生产环境中。

所有的工业断层成像方法都基于获得并处理由射线检验获得的零件的图像的原理。

射线检验设备主要包括辐射源，例如X射线，其具有足够的功率以便穿过机器零件，以及荧光屏，例如图像增强器。零件以这种方式被插在辐射源和荧光屏之间，使得所述辐射可以穿过零件，当辐射穿过零件时，根据其穿过的材料的不透明性或密度，辐射的强度被衰减和调制。穿过零件的辐射和屏幕上产生一个图像，其代表辐射穿过的材料。一般地说，模拟的或者数字的照相机使得能够获得在屏幕上形成的射线检验图像。

为了沿着相互平行的截面获得零件的假想的断层截面，需要按照通过使零件围绕一个垂直于断层图像的平面的轴线转动而获得的大量的连续的方位来获得零件的射线检验图像。

数字形式的射线检验图像在一个计算器中被处理，所述计算器使用基于相同原理的一些算法，包括利用零件图像的滤波的后方投影进行Radon变换，根据所述变换进行图像的重构，以便获得断层截面。

对于在零件和射线检验设备之间的每个相对的单元转动产生至少一个图像，接着对所述图像进行处理，以便获得一个合成图(synogram)，这个中间图像然后被重构，以便获得构成断层截面的虚拟图像。

借助于对应于产生断层视野的截面并置图像的行来获得合成图。

可以沿着垂直于截面的方向对应于零件的部分的连续的截面用这种方式产生几个断层视野，使得能够重构三维的零件形状。

使得能够通过人体或者通过物体获得截面图像的扫描射线检验方法用于工业领域和医学领域。

在用于医学领域的扫描仪的情况下，使整个射线检验装置围绕病人转动，以便产生连续的图像，这些图像被用来重构断层截面。

在用于工业中检验零件的情况下，零件一般被固定在用于调节零件的位置并且用于使零件转动的操纵器上。

在所有的情况下，需要使用昂贵的和笨重的设备，这些设备一般被永久地固定在用于检验的建筑物内。

在需要检验从制造者得到的试样的铸件的情况下，这种笨重的、昂贵的并被永久固定的装置是不合适的。

在另一方面，常规的射线检验设备一般在生产零件的车间中是可以得到的，以便检查来自制造者的零件试样的缺陷。

这种设备具有有限的性能，特别是不能检查穿过零件的截面中的构成零件的材料的坚实度。

同样，常规的射线检验方法不能进行零件内部的尺寸和几何形状的检查。

更一般地说，在生产工业产品例如零件或其它产品的生产线上，通常没有能够进行产品的断层截面检查的实用的装置。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种用于操纵产品并用于处理产品的图像以便在射线检验设备中获得虚拟的断层截面的装置，包括具有足够的功率以便穿过所述产品的辐射源，辐射敏感的荧光屏，用于使设置在所述辐射源和所述荧光屏之间的产品移动的操纵器，以及用于获取在所述荧光屏上形成的射线检验图像的照相机，其中多用途的并且相对成本低的所述装置可以用这种方式通过简单而快速的操作和任何工业射线检验设备相连，使得获得产品的断层截面，并且可以在测试运行之后被移走，以便在另一个射线检验设备上使用，还可以在另一个工业现场使用。

为实现上述目的，按照本发明的操纵和处理装置以一种可被集成在任何的射线检验设备中的组件的形式被制造，包括：

-用于使被固定在操纵器上的产品围绕垂直于要获得的断层截面的平面的轴线转动的装置，所述操纵器具有用于精确地调节所述产品的转动轴线，使其相对于由所述荧光屏和照相机构成的检测器位于中心的装置，

-用于控制所述产品的移动，使得所述产品能够围绕所述转动轴线以高精度的角位置转动移动的控制单元，

-用于获取和处理图像的单元，其具有用于在产品的转动移动期间获取并存储产品的断层图像的自动装置，所述自动装置和照相机以及用于控制零件的转动移动的装置相连，以及自动计算装置，用于处理数字形式的射线检验图像，并使用一种用于计算和标记产品的转动轴线的位置的算法构成断层截面。

附图说明

为了帮助理解本发明，现在结合附图以举例方式说明按照本发明的操纵和处理装置及其使用，以便获得汽车零件特别是汽缸头的虚拟的断层截面。

图1A是呈扫描的射线检验设备形式的用于形成零件的断层截面的设备的操作的示意图；

图1B是按照本发明的操纵和处理装置的示意图；

图2A是和按照本发明的操纵和处理装置相连的射线检验设备的示意图；

图2B是在标记零件的转动轴线之前的阶段期间按照本发明的装置的正视图；

图2C是图2B的C方向的示意的平面图；

图3表示图2所示的设备的元件的一部分，以及它们在机器零件的断层图像获取期间的操作；

图4是使用按照本发明的装置进行获取、处理和重构断层图像的操作的功能示意图；

图5是在按照本发明的用于转动移动的装置上安装的汽车的汽缸头的正视图；

图6是在使用图2所示的装置的方法的获取阶段形成的汽缸头的射线检验图像；

图7是对应于在要被形成的断层的层面上射线检验图像的行的汽缸头的合成图；

图8A是在按照本发明的装置的处理单元的屏幕上重构的虚拟断层图像；

图8B是表示在汽缸头中的缺陷的断层图像的部分图像；

图9是在预先形成的断层附近切开汽缸头的平面的照片；以及

图10是和按照本发明的装置有关的用于零件的移动的装置的正视图和轴向局部截面图。

具体实施方式

图1A示出了常规类型的用于射线检验机器零件的设备，其包括X射线源1，操纵器装置2，荧光屏3和照相机4。

机器零件5被固定在操纵器上，所述操纵器使得能够调整零件5的位置，并且使得零件5能够围绕轴线5a转动。

X射线源1产生光子束1a，光子束具有这样的方向，使得能够穿过机器零件5，机器零件5按照辐射通过的区域的密度或多或少地使所述辐射衰减。

在辐射束1a通过零件5之后，其在荧光屏3，其例如由图像增强器构成，上形成射线检验图像，所述图像可以全部或者部分地由照相机4获取。

操纵器2具有用于设置使零件连续地转动或者步进地转动的装置，这使得能够在不同的方位获得零件的连续的图像。例如通过利用一个小角度的步幅(例如1度)，可以在一转或半转上以在零件的转动过程中改变的方位角获得连续的图像6a，...，6n-1，6n。

例如，在使零件转动一整圈并在所有的角度上都产生射线检验图像的情况下，n＝360，具有360个连续的图像被形成，如图1的下部标号6a-6n所示。

6a-6n的每个图像被数字化，并用这种方式被引入计算器，使得能够进行如图1中的箭头7表示的图像处理。

零件的射线检验图像对应于沿垂直轴线方向5a的元件的切片。要产生的零件的断层截面的平面，其是垂直于零件的轴线5a的横断面，位于在图像6a-6n中以不同的方位表示的切片内部的某个高度。

图像6a-6n按照其高度具有某个行数，所述行数限定射线检验图像的锐度。

图像的一行对应于零件5的截面的射线检验表示。在零件转动期间，形成总是由图像6a-6n的同一行表示的截面的视野。

图像处理7包括取和并列对应于每个图像6a-6n上的截面的行，以便获得合成图8，其具有n行例如360行，每个由一个图像的特定的行例如行288构成。

根据合成图8实现零件图像的重构，以便获得图像10，其是零件的虚拟横断层截面。

图1所示的扫描射线检验设备是一种复杂的设备，除去图1所示的元件之外，其还包括用于处理照相机的图像以便进行由箭头7表示的处理，并且根据合成图8重构零件的断层截面10的装置。

利用使用滤波的后方投影进行Radon变换的算法进行基于合成图的图像重构，这就是说，对图像的投影进行变换，然后进行图像滤波和反变换，以便实现图像元素的散布和重构虚拟的断层截面。

图1B表示按照本发明用于操纵零件和用于处理图像的装置，其在整体上用标号12表示，并被制成模块的形式，其可以用几分钟的时间便可装入常规的工业射线检验设备中，以便获得零件的断层截面。

装置12包括移动装置14，用于转动地移动固定在其转台14a上的零件，单元15，用于控制转台和零件的转动，以及微型计算机16。

转台14a由设置在移动装置14的管状壳体14b中的电动机驱动而转动。控制单元15可以以电气设备盒的形式提供。

下面参照图2A和图4详细说明构成按照本发明的装置12的元件，尤其是关于所述元件的功能。

电气设备盒15例如通过第一电缆15a和电子模块相连，用于控制移动装置的电动机，并例如通过电缆15b和微型计算机16相连。

微型计算机16也具有连接元件16a，例如一个具有连接器的电缆，使得微型计算机能够和射线检验设备的检测器相连。

微型计算机16借助于电气设备盒15确保图像处理和移动装置的转台14a的转动移动的控制。

如图1B所示，装置12被制成模块的形式，并可以在几分钟内被安装和连接到工业射线检验设备上。

图2A表示能够对机器零件进行扫描射线检验的装置，其中使用常规的射线检验设备以及按照本发明的操纵和处理装置，如图1B所示。这个装置被制成多用途的组件的形式，其可以和任何类型的对零件进行射线检验的设备相连，以便产生机械零件的虚拟的断层截面。

和按照本发明的装置相连的用于射线检验机器零件的常规的设备具有在任何射线检验设备中使用的元件，这些元件用和图1A所示的扫描射线检验设备的元件相同的标号表示。

具体地说，这些元件包括X射线源1，用于产生光子束1a，操纵器2，用于移动零件5，荧光屏3，例如图像增强器，和照相机，例如数字照相机。

操纵器2可以由终端11用这种方式控制，使得能够沿水平平面的X、Y两个方向并且可以沿垂直方向Z移动零件5，并且能够相对于X射线源1的射线束1a调节零件的位置。

具体地说，这样设置零件的位置使得能够沿零件的垂直方向5a获得零件5的切片的图像。按照本发明，由终端11控制的由操纵器2实现的零件的移动还能够使零件的轴线5a相对由荧光屏3和照相机4构成的检测器对准中心，必须使零件围绕轴线转动一圈或转动一圈的一部分，以便获得不同的射线检验图像，用这种方式，使得把按照本发明的装置集成在射线检验设备中。

射线检验设备13包括辐射源1，操纵器2，荧光屏3和照相机4，这使得根据照相机4的类型能够获得模拟或数字形式的至少零件5的切片的射线检验图像。

这种常规的射线检验设备13例如使得能够以非破坏的方式检查机械零件中的制造缺陷。

对于射线检验设备的唯一的要求是X射线源的功率应当足够大，以便可以获得能够穿过零件5的光子束1a。

在射线检验设备13被用于产生机械零件例如汽车汽缸头的断层截面的情况下，例如使用260-450kV的功率的辐射源。常规射线检验设备中当前使用的这个功率使得能够获得可以被容易地处理并用来重构虚拟的断层图像的图像。

用于非破坏地检查制造过程中的零件分射线检验设备，例如射线检验设备13不包括能够获得连续的射线检验图像、处理这些连续的图像并重构断层图像的装置，如图1A所示的设备那样，其中未示出用于进行扫描射线检验所需的装置。以固定的元件的形式被集成在设备中的这些装置是复杂而昂贵的。

图2A按照本发明的用于操纵和处理图像的装置，在整体上用标号12表示，其包括一个多用途的部件，所述部件可以和其中X射线源1具有足够的功率的任何常规的射线检验设备相连。按照本发明的装置12，其和图1B所示的装置类似，包括用于使零件5围绕轴线5a转动移动的装置14，用于借助于驱动装置14控制零件5的转动的控制单元15，以及由适用于处理和重构断层图像的类型的微机组成的计算器16。

按照本发明的装置12还可以包括显示屏17，用于使和微机16相连的零件5的射线检验图像可视化。

具体地说，用于转动移动零件5的驱动装置包括转台14a，零件5可被固定在其上的一个可调节的位置上，以及转矩电动机30，其以这样的方式被设置在管状壳体14b的内部，使得和转台14a接合，以便使转台围绕垂直的转动轴线5a转动，零件5的转动轴线沿着所述垂直转动轴线5a设置。

射线检验设备的操纵器2由能够作十字运动的升降台构成，包括水平的上板，在其上固定着用于支撑驱动装置14的支撑，用于通过驱动实现转动移动。

在装置的事先调整阶段，这将参照图2B，2C进行说明，转台14a的转轴被精确地标在由屏幕3和射线检验设备的检测器的照相机4获得的图像上。

实际上，用于重构要被产生的断层截面的算法需要知道转台14a和零件5的转动的物理轴线5a相对于重构的断层图像的中心的位置，所述算法被在本发明的框架中使用，并且借助于和常规的工业射线检验设备相连的按照本发明的装置，所述算法使得能够产生断层截面。

如图2B和2C所示，一个由非常致密(就X射线的吸收而论)的材料制成的杆40，例如由黄铜制成的，具有沿着转台14a的轴线5a(在没有零件5时)以这样的方式固定的尖端40a，使得杆的尖端40a位于轴线5a上。

将X射线束1a引向杆40，因而在检测器(屏幕3和检测器4)上产生杆的射线检验图像。如图2C所示，沿水平方向X，在射线检验图像上的尖端40a的投影离开原点O的距离的值L(用像素表示，以大约一个像素的精度)被记录。所述原点O可以是参考标记的原点或中心，根据所述参考标记进行用于重构断层图像的计算。值L作为用于计算断层截面的重构的代码的输入数据。

优选地，如图10所示，用于转动地移动零件5的装置14可以由转矩电动机30构成，该装置必须能够实现小步幅的逐步地移动，其具有极精确的角位置标记，所述电动机的转子30具有永久磁体，定子30b具有绕组，所述绕组在电子控制下被供电，以便获得所需的转台14a的转动，转台14a的精确的方位位置由和电动机30相连的高精度的编码器31测量，设置在移动装置14的管状支撑14b的内部。

转矩电动机30的转子30a具有管形的转子支撑33，在转子支撑上固定着永久磁体34。定子30b的绕组被固定在定子支撑上，所述定子支撑和用于驱动而转动的装置14的管状支撑14a形成一个整体，其和永久磁体相对，使得提供一个间隙。

用于驱动而转动的装置14的转台14a被刚性地连接到转子支撑33上，其借助于第一轮缘35被固定到转子支撑上。用这种方式在转子和转台1a之间获得直接的转矩传动，并且避免使用机械传动装置，所述机械传动装置在工作一段时间之后将具有一些游隙。这改善了转台14a的转动移动条件及其连续的位置的精度。转台14a被这样安装，使得借助于一个滚珠轴承36在管状支撑14b上转动，所述滚珠轴承的内环被固定在转子支撑33和第一轮缘35之间，外环被固定在第二轮缘37和管状支撑14b之间，使得轴承36和电动机30同轴。编码器31的转动部分借助于联轴器32和转子支撑33相连。

定子30b的绕组由变速器15的电子装置以这种方式供电，使得转子30a和转台14a步进地或连续地转动。编码器31也和变速器电气相连，并通过变速器和微机16相连。编码器31的每一转具有极多的测量位置(例如每转具有36000个位置)，其在一方面使得能够以非常高的精度确定转台14a以及机械零件5的角位置，在另一方面使得能够借助于具有调节环的向定子绕组供电的变速器15限定转台14a的停止位置。

转台14a具有分布在其表面上的螺纹孔38，使得能够固定各种形状的零件5。

管状支撑14b被制成两个部分，以便使得能够安装用于驱动转动的装置14。

用于控制转矩电动机并用于测量转台14a的位置的电子装置借助于由光纤构成的环路18以这种方式和微机16相连，使得微机能够调节零件5的转动移动条件，并使借助于也和微机16相连的照相机4进行的射线检验拍摄和围绕以精确的方式限定并标记的轴线5a转动的零件5的位置同步。

在照相机4是数字照相机的情况下，图像的数字数据被直接传递给微机16，在照相机4是模拟照相机的情况下，则使用和微机16的输入相连的模数转换单元。

图3表示用于获取荧光屏3上的射线检验图像的照相机4、显示屏17和在其上固定着具有转台14a的用于转动移动的装置14的操纵器2。

图3还用圆圈20，21，22和23的形式表示在微机16的控制下在获取零件5的射线检验图像期间由照相机4、显示屏17和操作台2的转动移动的装置14执行的功能。

所述功能如下：

20：在零件转动期间由照相机4采集连续的图像6a，...，6n；

21：在显示屏17上显示图像；

22：和拍摄射线检验图像同步控制操纵器2的转动移动装置；

23：由微机16计算对应于在零件5的一个角度方位的位置取的连续拍摄的数字图像。

重要的是，平均在每个确定的角度位置产生的至少两个图像，以便消除随机的或周期类型的图像干扰。

图4以矩形6，7，9的形式表示由按照本发明的装置执行的扫描射线检验的方法的不同的步骤，它们分别对应于用于获取图像的步骤6和用于处理图像的步骤7，以及用于重构断层图像的步骤9，这些步骤在表示任何扫描射线检验设备的使用的图1中用箭头表示。

获取步骤6参照图3进行了说明，图3涉及由在按照本发明的设备的框架内的设备的不同元件执行的功能。

处理步骤7包括由对应于要被产生的断层图像的图像6a，...，6n的行产生合成图7，步骤9是按照上述的Radon变换进行重构的步骤。

矩形24表示微机16的用户接口，其可以由所述方法分操作者使用，以便设置所述方法的参数和控制所述不同的步骤。

为了构成合成图8而进行的图像6a，...，6n的处理可以在获取图像之后和获取下一个图像之前立即进行，合成图8是在零件的转动期间例如在一整圈内逐渐地获得的。

零件的转动可以被步进地或连续地进行。

一般地说，断层图像的获取和重构可以被实时地或者延期地进行，或者只使图像的重构延期地进行。

为了获得零件的切片的3D表示，根据射线检验图像形成几个合成图，它们对应于切片的几个断面，并且零件的断层图像被重构，所述断层图像可以被并置以便提供3D表示。

一般地说，对于零件的每个切片，在不同的高度形成多个合成图和多个断层图像。

操作者25也使用显示屏17，以便检查零件转动的进展，和在图像获取期间进行拍摄。

图5表示零件5的转动移动装置14，其包括支撑圆柱体14b和由设置在管状支撑14b的内部的被控转矩电动机30驱动转动的转台14a。

被固定在转台14a上的要对其产生断层图像的零件5是一个汽缸头，其被垂直地放置在转台14a上，即使其长度方向和垂直设置的电动机的柱面平行。

以这种方式进行在转台上的汽缸头5的位置的调节，使得汽缸头围绕和转台的轴线重合的轴线5a的转动确保能够获得要被观察的汽缸头的区域的完整的射线检验图像。

实际上，根据由射线检验设备的荧光屏和照相机构成的检测器的尺寸，可以拍摄汽缸头的整个截面，或者相反，只拍摄截面的一部分。可观察的汽缸头的截面的尺寸基本上等于检测器的获取区域的尺寸。

实际上，在位于汽缸头围绕轴线5a的步进转动期间拍摄的每个连续图像上的汽缸头的区域的外部，存在这样一个区域，所述区域只位于在汽缸头的步进转动期间拍摄的图像的一部分上，这是由于所述汽缸毕竟没有围绕轴线5a转动的形状。

这些外部区域在断层图像上可以用比中心区域较小的锐度表示。在所有情况下，装在微机16中的用于处理图像的软件使得能够产生零件的局部的断层截面，并且通过并置局部的截面重构完整的截面。

图6表示在汽缸头的转动期间获得的汽缸头的一个射线检验图像6i，这个图像对应于沿着汽缸头的垂直轴线5a的切片，并且在行230和330之间大约包括100行的图像。

图6还用实线表示行228，其位于以产生断层图像的高度上。

按照本发明的操纵和处理装置使得能够产生大量的例如6i个图像，每个图像对应于汽缸头围绕其轴线5a的一个图像获取位置，例如在汽缸头的一转期间可以产生360个图像，每个图像相对于前一个图像具有1度的偏移。更一般地说，可以在被检查的零件或产品的许多连续的位置获取图像，两个连续的位置之间的角度具有任何固定的值。

每个位置可以借助于转台的转动移动装置的编码器用很高的精度被限定。同样可以在一转期间进行大于360的步进数量，例如3600步，每步具有0.1度的步幅。

同样，可以使汽缸头转动半圈或者转动圆圈的一部分而不转动一整圈来形成断层图像。

如上所述，可以在一个确定的角度位置产生汽缸头的一个图像，或者，此外，至少产生两个图像，对其进行平均，以便消除干扰。

在每个图像例如图6所示的图像6i上，取其关于一行(例如行288)的数字数据，并产生如图7所示的合成图8，其对应于在汽缸头转动圆圈的期间取的每个360行的射线检验图像6i的288行。

如上所述，可以根据合成图8通过重构获得断层图像10，可以对合成图滤波，以便提高断层截面的某个方面的精度。

滤波也可以在对应于图像的投影的第一变换之后，在重构步骤中进行。

在图8A中，可以看到按使用扫描射线检验设备的操作者的要求在微机16的显示屏16a上显示的断层图像10。

图8B表示汽缸头的断层图像的一部分，示出了缺陷26a，26b，26c，26d，26e，26f，26g，它们由在汽缸头的金属内部的不同尺寸的空腔构成。

利用按照本发明的方法，借助于产生零件的虚拟的断层截面，可以检查尺寸非常小的缺陷，例如数量级为1/10毫米的缺陷。

重构图像的尺寸分辨率主要由辐射以及辐射检测装置的性质决定。因而预计可以检测数量级为几微米的缺陷。

同样，利用例如图8B所示的断层图像，可以测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内部的沟槽或腔体的尺寸。在断层图像上测量的尺寸和实际尺寸之间的比例可以借助于使用在元件的断层图像上测量的长度被给出，所述长度可以在零件上被直接测量。

按照现有技术，必须通过机加工切开零件，才能检查沿着截面分布的内部缺陷，或者测量零件的内部尺寸。由图9可见，该图表示通过在射线检验之后在虚拟断层图像10的平面的区域内切开汽缸头5而产生的截面的照片，其中缺陷以类似的方式出现在虚拟截面和实际的截面上。

借助于按照本发明的装置和方法，能够使射线检验的应用领域容易地扩展到几何检验，并把通过这个检验获得的结果和由CAD装置提供的数据联系起来。例如其能够根据断层图像的记录实现零件的自动绘图，或者用于进行实际部分和用CAD描绘的部分之间的比较。

因此，使用按照本发明的装置产生断层图像的方法使得能够：

-以非破坏的方式检测和定量地测定制成机械零件的材料的缺陷；

-进行用常规装置不能进入的区域的非破坏几何测量；

-借助于经常的非破坏的检验较好地知道机械零件的生产情况；

-借助于避免切开零件进行破坏性检验来提高生产率；

-和CAD硬件与软件相结合将射线检验的应用领域扩展到几何检验。

按照本发明的装置完全独立于要被检验的零件或产品的性质，其附带条件是将其和具有足够功率的辐射源以便发射能够穿过零件或产品的光子通量的射线检验设备相关。

所述装置还独立于产品的尺寸，当产品的射线检验投影的尺寸大于使用的检测器的尺寸时是尤其有用的。在这种情况下，在检测器内在投影的内切圆内部实现虚拟的断层截面的重构。

用于操纵产品和处理射线检验图像的装置可以借助于简单的改装操作被集成在任何射线检验设备中。

特别是，所述装置可以和位于工业射线检验环境例如铸造厂中的射线检验设备结合使用。

本发明不严格地限于所述的实施例。

因而，用于转动移动产品的装置可以和已经说明的由转矩电动机驱动的转台不同。用于确保产品移动的操纵器可以只包括用于使零件转动移动的装置。用于处理和重构断层图像的装置可以使用任何类型的自动计算机器和任何类型的软件。

本发明不仅应用于在汽车结构中使用的零件，例如利用铝合金或铸铁生产的汽缸头、转向柱壳体、曲轴箱或曲轴的射线检验，而且也适用于需要进行几何或尺寸检验甚至是材料的定性检验的任何产品。不过，按照本发明的装置和方法尤其适用于新型的或者利用新的方法制造的零件或产品的设计框架内。

按照本发明的装置使得其不仅能够配备X射线检验设备，而且能够配备其它的使用任何类型的辐射的或者任何检验设备的射线检验设备，例如使用中子通量的检验设备。特别是，按照本发明的装置可被集成在一个同步加速器单元中。

如果射线检验设备的操纵器已经具有用于转动地进行机械移动的装置，便可以在实施本发明的期间应用所述装置来移动产品，因而不需利用专用于本发明的的装置代替。然后，把所述移动装置集成在按照本发明的装置中。

一般地说，射线检验设备的辐射源是发射X射线、中子或其它类型的辐射的辐射源，所述辐射在通过检测的产品时可以被衰减。

Claims (16)

1.一种用于操纵产品并用于处理图像以便在射线检验设备中获得产品的虚拟断层截面的装置，包括具有足够功率以便穿过产品(5)的辐射源，所述射线检验设备(13)包括对辐射敏感的荧光屏(3)，用于使被设置在辐射源和荧光屏(3)之间的产品(5)移动的操纵器(2)，以及用于获取在荧光屏(3)上形成的射线检验图像的照相机(4)，所述装置以一种可被集成在任何的射线检验设备(13)中组件(12)的形式被制造并包括：

-被固定在操纵器(2)上的用于使产品(5)围绕垂直于要获得的断层图像的平面的轴线(5a)转动地移动的装置(14)，

-用于控制所述产品(5)的移动，使得所述产品(5)能够围绕所述转动轴线(5a)以高精度的角位置转动移动的单元(15)，

-用于获取和处理图像的单元，其具有用于在产品(5)的转动移动期间获取并存储产品(5)的断层图像的自动装置，所述自动装置和照相机(4)以及用于控制产品(5)的转动移动的单元(15)相连，以及自动计算装置(16)，用于处理数字形式的射线检验图像，并使用一种用于计算和标记所述产品(5)的转动轴线(5a)的位置的算法构成所述断层图像，其特征在于，所述操纵器(2)是一个能够作十字运动的升降台，用于借助于终端(11)的控制沿水平平面的两个方向(X，Y)使产品(5)移动，以便使被固定在移动装置(14)上的产品(5)的转动轴线(5a)相对于由荧光屏(3)和照相机(4)构成的检测器对准中心。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐射源(1)是发射X射线、中子或其它任何在穿过产品时被衰减的辐射的辐射源。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述辐射源(1)是X射线发生器。

4.按照权利要求1-3任何一个所述的装置，其特征在于，所述用于转动地移动产品(5)的装置(14)由一个转台(14a)构成，所述转台借助于一个轴承(36)围绕一个轴线转动地安装在一个管状支撑(14b)上，并被一个转矩电动机(30)转动地驱动，所述电动机的具有永久磁体的转子(30a)直接和所述转台(14a)相连，用于转动地驱动的装置(14)的控制单元由电子单元构成，所述电子单元用于控制用于转动地驱动的装置(14)的转矩电动机(30)，所述驱动装置和编码器(31)相连，所述编码器用于测量转子(30a)以及转台(14a)的角度位置，以便调节电动机(30)的转子(30a)和转台(14a)的停止位置，或者调节图像的获取位置。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用于获取和处理图像的单元包括和照相机(4)相连的微型计算机(16)，用于接收数字形式的射线检验图像(6a，...，6n-1，6n)，并包括计算软件，用于处理数字形式的图像(6a，...，6n-1)，以便根据每个射线检验图像(6a，...，6n，6n-1)的至少一行画出至少一个合成图(8)，并根据至少一个合成图(8)借助于利用Radon变换的计算算法重构至少一个断层图像(10)。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，其中所述微型计算机(16)和用于转动地移动产品(5)的装置(14)的变速器(15)相连，以便使由照相机(4)进行的荧光屏(3)上的射线检验图像的拍摄和产品(5)的步进移动同步，使得在产品(5)的每个相邻的转动移动步之间进行至少一次拍摄。

7.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括和微型计算机(16)相连的显示屏(17)，用于显示射线检验图像(6a，...，6n，6n-1)。

8.一种用于操纵产品并用于处理产品的射线检验图像以便获得产品(5)的断层截面(10)的方法，其中使用射线检验设备(13)，所述射线检验设备包括具有足够功率以便穿过产品(5)的辐射源(1)，对辐射敏感的荧光屏(3)，被设置在辐射源(1)和荧光屏(3)之间用于使产品(5)移动的操纵器(2)，以及用于获取在荧光屏(3)上形成的射线检验图像的照相机(4)，被固定在操纵器(2)上的能够使产品(5)围绕轴线(5a)转动的用于使产品移动的装置(14)，所述操纵器(2)是一个能够作十字运动的升降台，用于借助于终端(11)的控制沿水平平面的两个方向(X，Y)使产品(5)移动，以便使被固定在移动装置(14)上的产品(5)的转动轴线(5a)对准中心，其中使产品(5)围绕垂直于要被产生的断层截面的平面的轴线(5a)转动，产品(5)围绕轴线(5a)具有高精度的角度位置，对于产品(5)的转动中的每个连续的位置，进行至少一次射线检验获取，以便以数字形式获得所述产品的射线检验图像，在转动中的产品(5)的连续的位置获得的每个数字图像被处理，以便提取射线检验图像的至少一行，并根据从产品(5)的数字图像(6a，...，6n-1，6n)提取的行构成至少一个合成图(8)，以及由所述至少一个合成图(8)借助于重构形成产品(5)的至少一个断层截面，其特征在于，在使产品(5)转动之前，沿着用于转动地移动产品(5)的转台(14)的转动轴线设置包括具有尖端(40a)的用致密材料制成的杆(40)的一个第一产品，使得尖端(40a)位于产品(5)的转动的轴线(5a)上，产生杆的射线检验图像，并记录杆(40)的尖端(40a)在射线检验图像上的投影相对于参考点(O)的距离(L)，所述距离(L)被用作用于重构断层图像的计算的代码的输入数据。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，对于产品(5)的转动中每个连续的获取位置实现至少两个射线检验图像的获取，并且根据在产品(5)的每个角度获取位置获得的至少两个射线检验图像，计算平均图像。

10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，从沿着轴线(5a)延伸的产品的切片中的每个射线检验图像(6a，...，6n，6n-1)提取多行，以便获得多个合成图(8)，并且根据多个合成图(8)的每个合成图(8)重构所述产品(5)的切片的多个断层图像，使得获得产品(5)的切片的三维表示。

11.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，使所述产品(5)围绕轴线(5a)转动一整圈或者转动一整圈的一部分，并在产品(5)的多个图像获取位置的每个位置进行拍摄。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，在两个连续获取位置(5)之间的角度具有预定的恒定的值。

13.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在产品(5)的每个连续的获取位置，进行产品(5)的一部分的射线检验图像的获取，所述产品(5)的一部分的每个图像具有由荧光屏(3)和照相机(4)构成的图像检测器的最大获取尺寸，

14.按照权利要求8所述的方法，用于检查产品(5)的材料中的缺陷。

15.按照权利要求8-13所述的方法，用于进行产品(5)的从外部不能进入的部分的几何形状或尺寸的检验。

16.按照权利要求8所述的方法，用于检验为下述类型之一的机械零件的产品：汽车工业中的铸件，汽缸头，曲轴箱，曲轴，转向柱壳体。

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