CN1707251B - 可自适应调整x射线源的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可自适应调整X射线源的检测装置及其检测方法，该装置包括X射线屏蔽室、控制室，所述控制室包括上位机，所述X射线屏蔽室由下位机、X射线源、光学镜头、CCD摄像机和控制电路组成。所述方法是上位机根据工件的面积和厚度值确定X射线源与工件之间的距离以及X射线源的电流、电压值；上、下位机采用串口异步通信方法；下位机对被测工件、X射线源的位置实施调整，同时对X射线源的强度实施调整；对被测工件进行缺陷检测；上位机接收并将检测结果进行存储、打印。本装置通过自适应调整，实现远程控制，安全、准确、可靠、检测效率高。

Description

可自适应调整X射线源的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种智能控制检测设备，具体是指一种可自适应调整X射线源的检测装置及其检测方法。

背景技术

工业中广泛用X射线技术来发现工件内部存在的缺陷，以分析缺陷成因及规律，改进产品设计或工艺，例如检测铸造产品、焊接产品以及陶瓷产品等等。工业产品射线检测利用X射线对材料具有一定的穿透能力，及其在穿透材料过程中对不同物资和不同物体结构衰减程度的不同，使缺陷在照相软片或电视荧光屏上形成影像，以判断工件内部的结构情况和质量优劣。在实际X射线探伤中，波长较长的X射线光被物质吸收，波长较短的X射线则穿透物质，因此，射入物质表面的X射线衰减系数要比穿透物质时的衰减系数大些，即随着射线穿透物质的厚度增加，衰减随之减少。但射线的强度变化与物质厚度之间不呈直线关系，随着物质厚度的增加，射线强度曲线的斜率逐渐减小。因此，当被检测工件的形状、厚度改变时，需通过外电路来控制和调整射线管电流和管电压，改变X射线的强度和硬度以调整其穿透物质的能力；还需通过调整X射线源的位置使检测面覆盖工件的全部结构。现有技术是通过手动调整工件位置以适应X射线源的照射，或者是依靠实际经验手动调整X射线源的位置；同样，目前射线管电流或电压的调整方法，也是按照工件的厚度，根据经验或工艺规程手动调整。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种准确性和可靠性高，使用安全，可进行自适应调整X射线源的检测装置。

本发明的另一个目的是提供实现上述装置的检测方法。

本发明的目的通过下述方案实现：本可自适应调整X射线源的检测装置，包括X射线屏蔽室、控制室组成，所述控制室包括上位机，所述X射线屏蔽室包括下位机、X射线源、光学镜头、CCD摄像机和控制电路组成，所述上位机分别通过远程线缆与下位机、X射线源相连接，所述X射线源通过位置调整组件与下位机相连接，且通过X射线转换屏、折射器与光学镜头、CCD摄像机光路连接，所述CCD摄像机通过信号处理电路、A/D转换器与下位机连接，所述控制电路分别与CCD摄像机、下位机相连接。

为更好地实现本发明，减少网络连线和提高通信的可靠性，上、下位机之间采用串口异步通信方式；因为电缆电容、时钟频率的畸变以及噪声、地电位差对本地连接、远程信号传输的影响，在波特率为9600波特时，若采用串行通信接口RS-232C接口，其通信传输距离只能达到30m，且传输速率小于30kb/s，若采用串行通信接口RS-422接口，在传输速率小于100kb/s，其通信传输距离达到2000m。因此，所述上位机与下位机通过串行通信接口RS-422连接，上、下位机之间还设有RS-232C/RS-422接口转换板、RS-422/RS-232C接口转换板，所述上位机与RS-232C/RS-422接口转换板之间、下位机与RS-422/RS-232C接口转换板之间分别设有信号发送线、信号接收线、地线各一组，所述上、下位机之间设有两组信号发送线、信号接收线以及一组地线。

所述上位机的接口板上还连接有可编程的异步收发器，其作用是把字符的并行代码变换为串行代码发送出去，并能接受各种格式的串行代码，变换为相应并行代码。所述异步收发器包括中断标识寄存器、中断允许寄存器、Modem状态寄存器、Modem控制寄存器、发送保持寄存器、线状态寄存器、波特率分频器H、波特率分频器L、线控制寄存器、接收缓冲寄存器组成，所述各个寄存器分别与上位机的内部数据总线相连接，所述接收缓冲寄存器通过接收移位寄存器、接收定时与控制电路与线状态寄存器连接，所述线控制寄存器通过发送定时与控制电路、发送移位寄存器与发送保持寄存器连接，所述线状态寄存器通过发送定时与控制电路、波特率产生器与波特率分频器H、波特率分频器L分别连接，所述Modem控制寄存器通过Modem控制逻辑电路与Modem状态寄存器连接，所述中断允许寄存器通过中断控制逻辑电路与中断标识寄存器连接。

所述可自适应调整X射线源的检测方法，采用本发明所述可自适应调整X射线源的检测装置实现，其步骤包括：

(1)将工件的面积和厚度大小输入上位机，上位机根据工件的面积和厚度大小计算确定X射线源与工件之间的距离以及X射线源的电流、电压值；

(2)上、下位机采用串口异步通信方法，上位机通过串行通信接口RS-422定时向下位机发送通讯命令，将X射线源或工件的位置控制信号以及X射线源的强度控制信号发送给下位机；

(3)下位机接收并校核命令，然后上传上位机发送的位置控制信号、强度控制信号，控制模块根据位置控制信号、强度控制信号，通过控制大、小工作台对工件、X射线源的位置实施调整，同时对X射线源的强度实施调整；

(4)X射线源发出X射线对工件进行缺陷检测，X射线穿过工件后在X射线转换屏上被接收，然后经过折射器、光学镜头将X射线信号传给CCD摄像机，再经过信号处理模块、A/D转换器以及控制电路发送给下位机；

(5)上位机采用中断方式同时接收下位机发送的检测结果数据，并发送到存储和打印模块，将检测结果进行存储、打印。

所述串口异步通信方法是通过对异步收发器直接编程实现，其编程步骤包括：

(1)将异步收发器的线控制寄存器的位7置1，然后设置波特率；

(2)初始化异步收发器的线控制寄存器；

(3)初始化异步收发器的Modem控制寄存器；

(4)初始化异步收发器的中断允许寄存器；

(5)进行收发通讯。

本发明相对于现有技术具有如下优点及效果：

(1)可对X射线源、工件的位置和X射线源的电流、电压进行实时的在线自适应调整；

(2)实现X射线检测工件缺陷的远程实施和控制过程，最大可能消除X射线对人体的损害；

(3)提高X射线检测的自动化程度以及检测的准确性和可靠性，提高X射线检测效率，降低劳动强度，为计算机集成制造提供技术手段。

附图说明

图1是本发明可自适应调整X射线源的检测装置的结构示意图；

图2是图1所示上、下位机的连接结构示意图；

图3是图1所示上位机的异步收发器的内部结构示意图；

图4是图1所示上位机主流程示意图；

图5是图1所示上位机接收流程示意图；

图6是图1所示上位机发送流程示意图；

图7是图1所示下位机串口中断服务流程示意图；

图8是图1所示下位机接收流程示意图；

图9是图1所示下位机发送流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本可自适应调整X射线源的检测装置包括X射线屏蔽室、控制室组成，控制室包括上位机，X射线屏蔽室包括下位机、X射线源、光学镜头3、CCD摄像机和控制电路组成，上位机分别通过远程线缆与下位机、X射线源相连接，X射线源通过位置调整组件与下位机相连接，且通过X射线转换屏1、折射器2与光学镜头3、CCD摄像机光路连接，CCD摄像机通过信号处理电路、A/D转换器与下位机连接，控制电路分别与CCD摄像机、下位机相连接。

上位机是PC机，可选用研华公司的MOXA-C102A、C103A，下位机是STD总线工控机，具体是CPU模板采用8031单片机的STD5000系列工控机，其实时性好，对环境的适应性和抗干扰能力都很强，其模块标准化且通用性和灵活性好，易于进行功能扩展和更新。为了减少网络连线和提高通信的可靠性，上下位机之间采用串口异步通信方式，PC、工控机通过串行通信接口RS-422连接。

如图2所示，PC、工控机均自带有RS-232C接口，PC机、工控机之间还设有RS-232C/RS-422接口转换板STD5630、RS-422/RS-232C接口转换板5P60，RS-232C/RS-422转换板STD5630实现RS-232电平到RS-422电平的转换，采用RS-422串行数据通信标准；RS-422/RS-232C接口转换板5P60实现RS-422电平到RS-232电平的转换。这样，当波特率为9600波特时，通信传输距离可达2000m。

RS-422之间的硬件连线有5条，图中用波浪号中断的连线表示远程连接，除地线GND外，另外两组不同的线路TXD+、TXD-和RXD+、RXD-通过两对双绞线分别进行信号发送和接受，互不影响。PC机与RS-232C/RS-422接口转换板STD5630之间、工控机与RS-422/RS-232C接口转换板5P60之间分别设有信号发送线TXD、信号接收线RXD、地线GND各一组。

PC机的接口板上直接配有可编程的异步收发器INS8250，如图3所示，异步收发器INS8250包括中断标识寄存器、中断允许寄存器、Modem状态寄存器、Modem控制寄存器、发送保持寄存器、线状态寄存器、波特率分频器H、波特率分频器L、线控制寄存器、接收缓存寄存器；各个寄存器分别与上位机的内部数据总线相连接，内部数据总线通过数据总线缓冲器与D0～D7地址线连接；接收缓存寄存器通过接收移位寄存器、接收定时与控制模块与线状态寄存器连接，且接收定时与控制模块与接收缓存寄存器、线控制寄存器分别连接，线控制寄存器通过发送定时与控制模块、发送移位寄存器与发送保持寄存器连接，线状态寄存器通过发送定时与控制模块、波特率产生器与波特率分频器H、波特率分频器L分别连接，Modem控制寄存器通过Modem控制逻辑模块与Modem状态寄存器连接，中断允许寄存器通过中断控制逻辑模块与中断标识寄存器连接。

PC机为端口提供的地址为Base+0到Base+7，其端口内部寄存器的I/O地址分配有其固定方式，Base为端口基址，可指定值为3F8H、2F8H、3E8H、2E8H，分别称为异步通讯口1、异步通讯口2、异步通讯口3和异步通讯口4，INS8250内部寄存器I/O地址如表1所示，由于INS8250的10个寄存器公用7个I/O地址，存在着两个或三个寄存器公用一个地址的情况，公用地址的寄存器的区分由线控制寄存器的位7来控制。因此，在INS8250初始化时，要先将线控制寄存器的位7置1，以便设置波特率参数；波特率设置时，要用OUT指令将波特率的分频系数分两次置入。

I/O	寄存器名称	输入/输出
			Base+0*	发送保持寄存器	输出
Base+0*	接收缓冲寄存器	输入
			Base+0**	波特率分频器L	输出
Base+1**	波特率分频器H	输出
			Base+1*	中断允许寄存器	输出
Base+2	中断标识寄存器	输入
			Base+3	线控制寄存器	输出
Base+4	Modem控制寄存器	输出
			Base+5	线状态寄存器	输入
Base+6	Modem状态寄存器	输入
			Base+7	发送/接收移位寄存器	输入

表1

本发明中，PC机、工控机之间串口异步通信方法是通过对异步收发器直接编程实现，其编程步骤包括：首先将线控制寄存器的位7置1，然后设置波特率；初始化线控制寄存器；初始化Modem控制寄存器；初始化中断允许寄存器；进行收发通讯；接收时对接收数据寄存器执行IN指令，使已经接收到接口的数据输入到8031单片机的AL寄存器；发送时，对发送保持寄存器执行OUT指令，把要输出的字符代码从8031单片机中发送到保持寄存器，然后由接口逻辑操作把字符代码按规定格式串行发送。

本可自适应调整X射线源的检测方法，其步骤包括：

(1)将工件的面积和厚度值输入上位机，上位机根据工件的面积和厚度值确定X射线源与工件之间的距离以及X射线源的电流、电压值；

(2)上、下位机采用串口异步通信方法，上位机通过串行通信接口RS-422定时向下位机发送通讯命令，将X射线源或被测工件的位置控制信号以及X射线源的强度控制信号发送给下位机；

(3)下位机接收并校核命令，然后上传上位机发送的位置控制信号、强度控制信号，控制电路根据位置控制信号、强度控制信号，对被测工件、X射线源的位置实施调整，同时对X射线源的强度实施调整；

(4)X射线源发出X射线对被测工件进行缺陷检测，X射线穿过被测工件后在X射线转换屏上被接收，然后经过折射器、光学镜头将X射线信号传给CCD摄像机，再经过信号处理电路、A/D转换器以及控制电路发送给下位机；

(5)上位机采用中断方式同时接收下位机发送的检测结果数据，并将检测结果进行存储、打印。

PC机、工控机之间采用串口异步通信方法包括PC机通信和工控机通信。

如图4所示，PC机通信具体为：键入文件标识符；建立文件；初始化INS8250；发送呼号信号；调接收子流程，并将数据顺序写入文件，检查是否写入成功，并得到结束标志，如是，则关闭文件返回；如否，则在屏幕上进行显示，重新调接收子流程等直至得到结束标志；如检查到写入不成功，则显示出错信息，返回文件头。

如图5所示，PC机在其主流程中通过串行通讯接口板向下位机发送通讯命令，其发送呼号信号具体为：保护现场；读线状态寄存器；检查发送保持器状态，如果不为空，则返回重读线状态寄存器；如果发送保持器状态为空，则将数据写入发送保持寄存器；如数据发送成功，则将现场恢复到原有状态，如果数据发送不成功，则重新运行发送子流程。

在将发送方式切换到接收方式时，必须先测试INS8250中的发送移位寄存器的状态是否已空闲，以防丢失前一次发送的数据。并且，因硬件逻辑功能无法瞬间完成切换，需有一定的操作等待时间，才能发送或接收数据。

如图6所示，PC机接收信号具体为：在对现场进行保护后，检查是否已准备好接收数据，直至做好准备。然后开始接收数据，检查所接收的数据正确与否，没有错误，回送通讯成功的标志并恢复现场；如果校验接收的数据时发现错误，且校验到的错误在5次以上，通知系统显示错误信息；如果校验到的错误次数在5次以下，则回送通讯失败标志，返回准备接收数据状态。

如图7所示，工控机通信具体为：首先保护现场，关中断；调接收子流程，检查是否呼号信号，不是，返回子流程调用状态；是，则设置地址指针，然后调发送子流程，修改地址指针，检查是否发送完，未发送完，重新调用发送子流程；如发送完成，显示发送结束标志，开中断，执行中断返回。

如图8所示，工控机接收信号具体为：在对现场进行保护后，检查是否已准备好接收数据，直至做好准备。然后开始接收数据，检查所接收数据正确与否，没有错误，回送通讯成功标志，将错误次数置0并返回；如果校验接收数据时发现错误，且校验到的错误在5次以上，通知系统显示错误信息并返回接收数据子流程头；如果校验到的错误次数在5次以下，则将错误次数加1再回送通讯失败标志，返回准备接收数据状态。

如图9所示，工控机发送信号具体为：检查是否已准备好发送数据，直至做好准备。然后开始发送数据，检查所发送数据正确与否，没有错误，回送通讯成功标志，将错误次数置0并返回；如果校验发送数据时发现错误，且校验到的错误在5次以上，通知系统显示错误信息并返回发送数据子流程头；如果校验到的错误次数在5次以下，则将错误次数加1再回送通讯失败标志，返回准备发送数据状态。

如上所述，即可较好地实现本发明。

Claims (5)

1.可自适应调整X射线源的检测装置，其特征在于：包括X射线屏蔽室、控制室，所述控制室包括上位机，所述X射线屏蔽室包括下位机、X射线源、光学镜头、CCD摄像机和控制电路组成，所述上位机分别通过远程线缆与下位机、X射线源相连接，所述X射线源通过位置调整组件与下位机相连接，且通过X射线转换屏、折射器与光学镜头、CCD摄像机光路连接，所述CCD摄像机通过信号处理电路、A/D转换器与下位机连接，所述控制电路分别与CCD摄像机、下位机相连接，所述上位机还连接有可编程的异步收发器。

2.按权利要求1所述可自适应调整X射线源的检测装置，其特征在于：所述上位机与下位机通过串行通信接口RS-422连接，上、下位机之间还设有RS-232C/RS-422接口转换板、RS-422/RS-232C接口转换板，所述上位机与RS-232C/RS-422接口转换板之间、下位机与RS-422/RS-232C接口转换板之间分别设有信号发送线、信号接收线、地线各一组，所述上、下位机之间设有两组信号发送线、信号接收线以及一组地线。

3.按权利要求1所述可自适应调整X射线源的检测装置，其特征在于：所述异步收发器由中断标识寄存器、中断允许寄存器、Modem状态寄存器、Modem控制寄存器、发送保持寄存器、线状态寄存器、波特率分频器H、波特率分频器L、线控制寄存器、接收缓冲寄存器组成，所述各个寄存器分别与上位机的内部数据总线相连接，所述接收缓冲寄存器通过接收移位寄存器、接收定时与控制电路与线状态寄存器连接，所述线控制寄存器通过发送定时与控制电路、发送移位寄存器与发送保持寄存器连接，所述线状态寄存器通过发送定时与控制电路、波特率产生器与波特率分频器H、波特率分频器L分别连接，所述Modem控制寄存器通过Modem控制逻辑电路与Modem状态寄存器连接，所述中断允许寄存器通过中断控制逻辑电路与中断标识寄存器连接。

4.采用权利要求1所述可自适应调整X射线源的检测装置实现的可自适应调整X射线源的检测方法，其特征在于步骤包括：

(1)将工件的面积和厚度值输入上位机，上位机根据工件的面积和厚度值确定X射线源与工件之间的距离以及X射线源的电流、电压值；

(2)上、下位机采用串口异步通信方法，上位机通过串行通信接口RS-422定时向下位机发送通讯命令，将X射线源或被测工件的位置控制信号以及X射线源的强度控制信号发送给下位机；

(3)下位机接收并校核命令，然后上传上位机发送的位置控制信号、强度控制信号，控制电路根据位置控制信号、强度控制信号，对被测工件、X射线源的位置实施调整，同时对X射线源的强度实施调整；

(4)X射线源发出X射线对被测工件进行缺陷检测，X射线穿过被测工件后在X射线转换屏上被接收，然后经过折射器、光学镜头将X射线信号传给CCD摄像机，再经过信号处理电路、A/D转换器以及控制电路发送给下位机；

(5)上位机采用中断方式同时接收下位机发送的检测结果数据，并将检测结果进行存储、打印。

5.按权利要求4所述可自适应调整X射线源的检测方法，其特征在于：所述串口异步通信方法是通过对异步收发器直接编程实现。

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