So sánh, tìm giải pháp nâng cao chất lượng ảnh kỹ thuật số với ảnh phim Rơnghen dùng để xác định khuyết tật mối hàn tàu biển và mối hàn chịu áp lực

Bộ công thơng Tập đoàn công nghiệp than khoáng sản việt nam viện cơ khí năng lợng và mỏ - tkv báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ So sánh, tìm giải pháp nâng cao chất lợng ảnh kỹ thuật số với ảnh phim rơnghen dùng để xác định khuyết tật mối hàn tàu biển và mối hàn chịu áp lực 6778 12/4/2008 Hà Nội 2.2008 2 Bộ công thơng Tập đoàn công nghiệp than khoáng sản việt nam viện cơ khí năng lợng và mỏ - tkv báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ So sánh, tìm giải pháp nâng cao chất lợng ảnh kỹ thuật số với ảnh phim rơnghen dùng để xác định khuyết tật mối hàn tàu biển và mối hàn chịu áp lực. Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thơng Cơ quan chủ trì: Viện Cơ khí Năng lợng và Mỏ TKV Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Thu Hiền Chủ nhiệm đề tài Duyệt Viện Nguyễn Thu Hiền Hà Nội 8.2007 3 Danh sách cơ quan phối hợp Stt Tên cơ quan Nội dung thực hiện, phối hợp 1 Công ty Cơ khí Đóng tàu Than Việt Nam Khảo sát hiện trờng và cung cấp mẫu thử nghiệm 2 Phòng thí nghiệm Viện KH và Kỹ thuật Hạt nhân Cung cấp ảnh so sánh Danh sách ngời thực hiện Stt Họ và tên Học vị Chức vụ Nơi công tác 1 Bạch Đông Phong Thạc sỹ T.Phòng Viện CKNL và Mỏ - TKV 2 Nguyễn Thu Hiền Kỹ s P.Phòng- Chủ nhiệm đề tài Viện CKNL và Mỏ - TKV 3 Trần Văn Khanh Kỹ s Nghiên cứu viên Viện CKNL và Mỏ - TKV 4 Trần Thị Mai Kỹ s Nghiên cứu viên Viện CKNL và Mỏ - TKV 5 Lê Thanh Bình Kỹ s Nghiên cứu viên Viện CKNL và Mỏ - TKV 6 Vũ Chí Cao Kỹ s Nghiên cứu viên Viện CKNL và Mỏ - TKV 7 Nguyễn Văn Sáng Kỹ s Nghiên cứu viên Viện CKNL và Mỏ - TKV 4 Mục lục Lời mở đầu 6 Chơng I: Lịch sử phát triển của chụp ảnh khuyết tật và vai trò của phơng pháp trong ngành công nghiệp 7 I.1. Sự phát triển phơng pháp chụp ảnh khuyết tật 7 I.1.1. Sự ra đời của tia X 7 I.1.2. ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp 7 I.2. Tính chất bức xạ tia X 8 I.3. Phơng pháp kiểm tra NDT 8 I.3.1. Giới thiệu các phơng pháp: 8 I.3.2. Phơng pháp chụp ảnh sử dụng phim rơnghen thông thờng 9 I.3.3. Phơng pháp chụp ảnh rơnghen kỹ thuật số 9 I.4. ứng dụng của phơng pháp trên thế giới và tại Việt Nam 12 I.4.1. ứng dụng trên thế giới: 12 I.4.2. ứng dụng ở Việt Nam 12 Chơng II: 14 Nguyên lý và cấu tạo và quy trình lắp đặt, sử dụng vận hành của thiết bị FoXray II hiện có tại phòng thí nghiệm 14 II.1. Cấu tạo của thiết bị 14 II.2. Nguyên lý chụp ảnh kỹ thuật số 15 II.3. Quy trình lắp đặt 15 II.3.1. Yêu cầu môi trờng lắp đặt thiết bị 15 II.3.2. Lắp đặt hệ thống để vận hành: 15 II.4. Vận hành hệ thống và quy trình thử nghiệm 16 II.4.1. Bật hệ thống: 16 II.4.2. Quy trình thử nghiệm 16 II.5. Phần mềm foxray II và áp dụng xử lý hình ảnh 17 II.5.1. Làm việc với hình ảnh 17 II.5.2. Làm việc với các thực đơn 20 II.5.3. Công cụ để xác định kích thớc khuyết tật 22 II.6. quản lý ảnh 25 II.6.1. Tìm ảnh trong Cơ sở Dữ liệu 25 5 Chơng III: nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến kết quả chụp ảnh rơnghen kỹ thuật số 27 III.1. ảnh hởng của khoảng cách từ vật thử đến nguồn bức xạ 27 III.1.1. Định luật tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách 27 III.1.2. Sự suy giảm năng lợng tia X phụ thuộc vào chiều dày mẫu vật 29 III.1.3. Độ nhoè hình học 29 III.1.4. Khoảng cách từ vật thử đến màn nhận 30 III.1.5. ảnh hởng bởi độ nhạy 31 III.1.6. ảnh hởng của thời gian liều chiếu: 34 Chơng IV: Kết quả So sánh ảnh kỹ thuật số với phim rơnghen thông thờng 36 IV.1. các thiết bị và phụ kiện sử dụng : 36 IV.2. Quy trình thử nghiệm 36 IV.3. Mẫu thử nghiệm đem so sánh 37 IV.4. Kết quả so sánh 37 IV.4.1. ảnh kỹ thuật số đối với những mẫu mỏng từ 5-8 mm 37 IV.4.2. ảnh kỹ thuật số đối với những mẫu từ 10-30 mm 39 Chơng V: một số giải pháp làm tăng chất lợng ảnh 43 Tài liệu tham khảo 50 6 Lời mở đầu Chụp ảnh rơnghen là một trong các phơng pháp thông dụng để phát hiện khuyết tật của mối hàn, sản phẩm đúc, chi tiết máy Các công đoạn chụp ảnh rơnghen bằng phim tốn rất nhiều thời gian chiếu chụp, rửa phim cũng nh tiêu tốn các vật t tiêu hao trong quá trình sử dụng. Những năm gần đây, công nghệ chụp ảnh Rơnghen kỹ thuật số ra đời nhằm loại bỏ các nhợc điểm đó đồng thời phát huy thế mạnh của kỹ thuật điện tử số và công nghệ phần mềm xử lý ảnh. Với hàng loạt các tính năng u việt, ảnh rơnghen kỹ thuật số đang dần thay thế các hệ thống chụp ảnh dùng phim cổ điển. Hiện nay Viện Cơ khí Năng lợng và Mỏ TKV đã đợc trang bị hệ thống thiết bị chụp ảnh rơnghen kỹ thuật số Forxray II để ứng dụng kiểm tra không phá huỷ (NDT) trong công nghiệp thay thế cho các hệ thống chụp phim cổ điển. Phơng pháp này mới đợc ứng dụng trên thế giới trong vòng một hai năm trở lại đây và hiện mới chỉ bắt sử dụng tại Việt Nam. So sánh ảnh kỹ thuật số và ảnh phim rơnghen thông thờng và tìm ra giải pháp để nâng cao chất lợng ảnh kỹ thuật số là đề tài đã đợc Viện cơ khí Năng lợng và Mỏ TKV đề xuất và nghiên cứu ứng dụng. Một phần trong nội dung của đề tài là dịch toàn bộ tài liệu kỹ thuật sang tiếng Việt để vận hành thành thạo hệ thống thiết bị, sau đó nghiên cứu so sánh với chất lợng ảnh phim rơnghen thông thờng áp dụng cụ thể trong lĩnh vực công nghiệp. Đề tài nhằm đánh giá tính u việt của phơng pháp kiểm tra không phá hủy: ảnh rơnghen kỹ thuật số so với các phơng pháp khác đang đợc ứng dụng hiện nay; đồng thời cho thấy tầm quan trọng của thiết bị trong công nghiệp. Bên cạnh đó Nhóm nghiên cứu còn mong muốn tìm ra các giải pháp để có thể cải thiện chất lợng trong quá trình kiểm tra. Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận đợc sự đóng góp ý kiến của các cá nhân và đơn vị quan tâm. 7 Chơng I: Lịch sử phát triển của chụp ảnh khuyết tật và vai trò của phơng pháp trong ngành công nghiệp I.1. Sự phát triển phơng pháp chụp ảnh khuyết tật I.1.1. Sự ra đời của tia X Năm 1895 Rơnghen đã phát hiện ra bức xạ tia X trong lúc Ông đang nghiên cứu hiện tợng phóng điện trong không khí. Trong quá trình thí nghiệm với loại tia mới và kỳ lạ này, Rơnghen đã chụp ảnh của những vật khác nhau. Những bức ảnh này đánh dấu sự ra đời của phơng pháp chụp ảnh phóng xạ. Một năm sau khi Rơnghen phát hiện ra bức xạ tia X đã áp dụng kiểm tra cho mối hàn. I.1.2. ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp Năm 1913 Colliedge đã thiết kế một ống phát bức xạ tia X. Thiết bị này có khả năng phát xạ tia X có năng lợng cao hơn và có khả năng xuyên sâu hơn. Năm 1917 phòng thí nghiệm chụp ảnh bức xạ bằng tia X đã đợc thiết lập tại Royal Arsenal ở Woowich. Năm 1922, kỹ thuật chụp ảnh rơnghen trong công nghiệp đã phát triển với việc chế tạo đợc ống phát lên tới 200 kV, với ống phát này có thể cho phép kiểm tra mẫu với chiều dày 20 mm. Bớc phát triển quan trọng kế tiếp là vào năm 1930 khi hải quân Mỹ đồng ý dùng phơng pháp chụp ảnh rơnghen để kiểm tra các mối hàn trong bình áp lực và bức xạ tia X đã tạo ra một sự phát triển bền vững nh là một công cụ dùng để kiểm tra các mối hàn và vật đúc và nồi hơi. Một số năm sau đó, bớc phát triển này dẫn đến thực tế là phơng pháp chụp ảnh rơnghen đợc thừa nhận rộng rãi đối với các bồn chịu áp lực đợc hàn nóng chảy, và đến nay tia X đã có đợc sự tiến bộ vững chắc nh là một phơng tiện để kiểm tra mối hàn và vật đúc. Giá trị của chụp ảnh rơnghen đợc nhận thấy rõ nét trong công nghiệp hàng không, nhng sau đó còn mở rộng sang lĩnh vực khác nh các mối hàn trong nhà máy điện, nhà máy tinh chế, các kết cấu tàu thuỷ và phơng tiện chiến tranh. 8 Điều này đã tạo nên cơ sở cho sự mở rộng liên tục của kỹ thuật kiểm tra bằng chụp ảnh rơnghen. I.2. Tính chất bức xạ tia X Một số tính chất của bức xạ tia X đợc trình bày tóm tắt dới đây: + Không thể nhìn thấy đợc + Truyền với vận tốc bằng với vận tốc ánh sáng nghĩa là 3x10 8 m/s + Chúng tuân theo định luật tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách mà theo định luật này thì cờng độ bức xạ tia X tại một điểm bất kỳ nào đó tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách từ nguồn đến điểm đó và khi đó: I 1/r 2 Trong đó I là cờng độ bức xạ tại điểm cách nguồn phóng xạ một khoảng cách r, + Tác động lên lớp nhũ tơng phim ảnh làm đen phim ảnh + Trong khi truyền qua vật liệu chúng bị hấp thụ hoặc bị tán xạ + Chúng có thể xuyên qua những vật liệu mà ánh sáng không thể đi xuyên qua đợc. Độ xuyên sâu phụ thuộc vào năng lợng của bức xạ, mật độ, bề dày của vật liệu. Một chùm bức xạ tia X đơn năng tuân theo định luật hấp thụ theo công thức: I = I 0 e (- à x) (1) Trong đó: + I 0 = Cờng độ của tia X hoặc tia gama + I = Cờng độ của tia X truyền qua vật liệu có chiều dày là x và có hệ số hấp thụ là à. + (e = 2.7183) Trong kiểm tra vật liệu bằng chụp ảnh bức xạ thờng sử dụng bức xạ tia X có bớc sóng nằm trong khoảng 10 -4 A 0 đến 10 A 0 , trong đó: (1 A 0 = 10 -10 m.) I.3. phơng pháp kiểm tra NDT I.3.1. Giới thiệu các phơng pháp: Kỹ thuật chụp ảnh rơnghen là một trong những phơng pháp nằm trong nhóm kỹ thuật kiểm tra không phá huỷ. Trong nhóm kỹ thuật kiểm tra không phá huỷ có rất nhiều phơng pháp khác nhau, đợc chia ra làm 2 nhóm dùng xác định khuyết tật trên bề mặt và xác định khuyết tật bên trong chi tiết và vật liệu. 9 Bảng 1.1: Các phơng pháp cơ bản trong kỹ thuật NDT Stt Phơng pháp xác định khuyết tật bề mặt Phơng pháp xác định khuyết tật bên trong 1 Phơng pháp kiểm tra bằng mắt Visual testing (VT) Phơng pháp siêu âm - Ultrasonic Testing (UT) 2 Phơng pháp dùng bột từ - Magnetic Particle Testing (MT) Phơng pháp chụp ảnh rơnghen - Radiography Testing (RT) 3 Phơng pháp chất lỏng thẩm thấu - Liquid Penetrant Testing (PT) 4 Phơng pháp kiểm tra bằng dòng điện xoáy - Eddy current (ED) u điểm của phơng pháp kiểm tra không phá huỷ (NDT) là không làm ảnh hởng đến khả năng sử dụng của vật kiểm sau này. Ngoài ra phơng pháp NDT có thể kiểm tra 100% vật kiểm và có thể kiểm tra ngay khi vật kiểm nằm trên dây chuyển sản xuất mà không phải ngng dây chuyền sản xuất lại. Trong các phơng pháp NDT đã nêu trên, mỗi phơng pháp đều có u điểm riêng, không phơng pháp nào có thể thay thế đợc tất cả. Với thiết bị chụp ảnh rơnghen bằng kỹ thuật số của Phòng thí nghiệm phải sử dụng phơng pháp chụp ảnh rơnghen (RT) nh đã nêu trên. Ưu điểm của phơng pháp chụp này là có thể đánh giá chất lợng của mối hàn, vật đúc, chi tiết máy thông qua hình ảnh do đó đánh giá khuyết tật rất trực quan. Trong một số lĩnh vực các quy phạm kỹ thuật chỉ rõ phải áp dụng phơng pháp chụp ảnh rơnghen để kiểm tra đánh giá khuyết tật trong sản phẩm. Bởi vì khi áp dụng kiểm tra theo phơng pháp này, có thể dễ dàng phát hiện những khuyết tật, từ đó sửa chữa khắc phục sai sót. Do đó, công trình hoặc thiết bị hoàn thành sẽ có các chi tiết sai hỏng thấp nhất. I.3.2. Phơng pháp chụp ảnh sử dụng phim rơnghen thông thờng 10 + Thiết bị, phụ kiện: + ống phát 300 kV + Bảng điều khiển + Phim tấm + Mẫu chỉ báo chất lợng hình ảnh (IQI) : Là một nhóm các sợi dây kim loại với các chiều dày khác nhau đợc làm bằng vật liệu giống vật kiểm, sau khi quan sát phim phải nhìn đợc dây nhỏ nhất theo quy định. + Buồng tối để rửa phim + 4 thùng chứa dung dịch: Hiện, giữ hãm, rửa. + Quy trình kiểm tra: Gá lắp phim nhận ảnh vào vật cần kiểm tra, thiết lập chế độ kiểm tra nh đầu vào nguồn cấp, dòng phụ thuộc và các đặc tính của vật kiểm. Thiết lập độ nhạy và thời gian phơi sáng của tia X, liều chiếu vv Sau đó tiến hành chụp ảnh, sau khi chụp xong sử dụng buồng tối để rửa phim lần lợt qua các bớc sau: + Quy trình rửa phim Hệ xử lý ảnh bao gồm bồn chứa dung dịch hiện ảnh, bồn chứa dung dịch dừng quá trình hiện, hai chậu hãm và một chậu rửa. - Chuẩn bị trớc khi xử lý: (10 phút) Hiện ảnh (khoảng 5-10 phút) + Giữ phim:(1 phút) Sau khi hiện, phim đợc giữ trong bồn khoảng 1 phút, trong bồn có pha dung dịch 2.5% axit axetic. Axit có tác dụng dừng tác động của chất hiện đến phim. Nó cũng ngăn đợc việc truyền chất hiện vào bồn hãm và làm hỏng chất hãm. + Hãm phim: (khoảng 2 phút) Dừng quá trình hiện hình, giải phóng tất cả các muối bạc không đợc chiếu khỏi nhũ tơng và bằng cách đó giữ lại bạc đã đợc chiếu nh một hình ảnh vĩnh viễn. + Rửa phim (20 phút): Nhũ tơng của phim mang theo một số hoá chất của bồn từ bồn hãm sang nớc rửa. Nếu hoá chất này bị giữ lại trên phim nó sẽ làm cho phim bị biến màu và mờ dần sau một thời gian lu giữ. Để tránh điều này, phim phải đợc rửa Hình 1.1: ống phát và bảng điều khiển [...]... quan sát và đánh giá hơn Cụ thể, tại vị trí mối hàn, do mẫu có chiều dày lớn hơn so với vật đem hàn nên tại vị trí này năng lợng xuyên qua sẽ nhỏ hơn và suốt trên chiều dài mối hàn sẽ hình thành vệt màu đen Mối hàn này đợc đánh giá là không có khuyết tật 35 Chơng IV: Kết quả So sánh ảnh kỹ thuật số với phim rơnghen thông thờng IV.1 các thiết bị và phụ kiện sử dụng : Thiết bị phụ kiện chụp phim Thiết... chính xác của vật tham chiếu vào các ô X và Y trên hộp thoại 4 Nhấp OK để xác nhận II.6 quản lý ảnh II.6.1 Tìm ảnh trong Cơ sở Dữ liệu Tìm theo ảnh: Sau khi ảnh tia X đợc xử lý, đo đạc và điền đầy đủ các thông tin và đợc lu trong phần mềm Foxray II để lu trữ và tra cứu Tìm ảnh thông qua một trình diễn trợt ảnh hiển thị các ảnh nhỏ để xem trớc, thờng gọi là các thumbnails của ảnh trong th viện Tìm ảnh. .. vật thử, cũng nh vậy đối với ảnh rơnghen kỹ thuật số để tạo đợc bức ảnh có chất lợng tốt phải nắm đợc sự ảnh hởng của khoảng cách hình học, đến độ nét của phim, độ tơng phản (mức sáng tối: đen, trắng), kinh nghiệm trong công việc, nắm đợc các yếu tố làm ảnh hởng đến chất lợng của hình ảnh trong quá trình kiểm tra Đối với ảnh kỹ thuật số thay thế cho phim rơnghen chất lợng hình ảnh có thể quan sát, kiểm... một ảnh rơnghen kỹ thuật số có chất lợng, lu trữ vào máy tính và tiến hành đánh giá, kết hợp với phần mềm để sử dụng các công cụ bổ trợ trong quá trình đánh giá I.4 ứng dụng của phơng pháp trên thế giới và tại việt nam I.4.1 ứng dụng trên thế giới: Những năm gần đây, máy chụp ảnh kỹ thuật số (digital camera) đã nổi lên với những u thế nh: Không cần đến phim, ảnh chụp xong có thể xem ngay, chất lợng ảnh. .. phim ra đời thay cho công nghệ chụp phim với các thiết bị phòng tối và hệ thống tráng rửa phim phức tạp Đây là kỹ thuật tiên tiến, hiện đại và cho kết quả chính xác hơn so với chụp bức xạ dùng phim Hơn nữa, chụp bức xạ kỹ thuật số còn mang đến cho ngời dùng rất nhiều tiện lợi nhờ công nghệ phần mềm phân tích ảnh Chụp ảnh bức xạ tia X kỹ thuật số là công nghệ hiện đại và tiên tiến đợc ứng dụng rộng rãi... nhận ảnh X quang kỹ thuật số thay cho phim rơnghen thông thờng, vùng diện tích nhận ảnh 325x 430 mm + CDU (Control Display Unit) thiết bị kiểm so t và hiển thị hình ảnh (Gồm có máy tính xách tay và phần mềm điều khiển) + Cáp nối VCU với CDU dài 50 mét dùng để điều khiển nguồn phát tia từ xa Quy trình kiểm tra: 11 Đo chiều dày mẫu và chụp thử để xác định khoảng cách từ nguồn bức xạ tới mẫu là tối u và. .. phụ kiện chụp phim Thiết bị chụp ảnh rơnghen kỹ thuật số rơnghen thông thờng + ống phát 300 kV + ống phát 300 kV + Bảng điều khiển +CDU (Bộ điều khiển) + Phim tấm + VCU (màn nhận ảnh kỹ thuật số lu trữ vào máy tính và đọc kết quả thử nghiệm) + Mẫu chỉ báo chất lợng hình ảnh + Mẫu chỉ báo chất lợng hình ảnh (IQI) (IQI) + Buồng tối để rửa phim + Máy tính và phần mềm xử lý ảnh + 4 thùng chứa dung dịch: Hiện,... lợng ảnh cao hơn nhờ dùng các phần mềm chỉnh sửa, việc lu trữ gọn nhẹ, sao chép hoặc in ra giấy dễ dàng, đặc biệt có thể đợc truyền đến những nơi xa nhanh chóng qua mạng Internet Chụp ảnh bức xạ tia X kỹ thuật số cũng giống nh chụp ảnh bằng máy ảnh số và đều đợc phát triển theo sự phát triển của kỹ thuật điện tử số và công nghệ thông tin Các thiết bị chụp ảnh bức xạ kỹ thuật số không dùng phim ra đời... cách giữa mẫu và màn nhận ảnh tăng lên, mẫu đặt xa màn nhận ảnh 5 cm hình 3.4 b, kích thớc mẫu thực trên ảnh sai khác so với kích thớc thực của mẫu thử và điều này sẽ dẫn đến đánh giá sai kích thớc của khuyết tật III.1.5 ảnh hởng bởi độ nhạy Chất lợng của ảnh đợc chụp còn phụ thuộc vào độ nhạy Các yếu tố chính làm ảnh hởng đến độ nhạy cần thiết nh sau: 31 a) Đối với kỹ thuật chụp ảnh phim rơnghen thông... tơng phản 32 3.5 a) Hình 3.5: So sánh độ tơng phản 3.5 b) Nhận xét: Chất lợng của ảnh chụp còn phụ thuộc vào độ nhạy, độ tơng phản, so sánh hai hình trên hình 3.5 a có độ tơng phản và độ nét hình ảnh cao hơn Đối với ảnh rơnghen kỹ thuật số, các yếu tố chính làm ảnh hởng đến độ nhạy, độ tơng phản, độ nét hình ảnh phụ thuộc vào nguồn bức xạ, kích thớc hình học, màn nhận ảnh Chất lợng của kết quả chụp hiển . cứu khoa học công nghệ So sánh, tìm giải pháp nâng cao chất lợng ảnh kỹ thuật số với ảnh phim rơnghen dùng để xác định khuyết tật mối hàn tàu biển và mối hàn chịu áp lực. Cơ quan chủ quản:. lợng và mỏ - tkv báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ So sánh, tìm giải pháp nâng cao chất lợng ảnh kỹ thuật số với ảnh phim rơnghen dùng để xác định khuyết tật mối. nhóm dùng xác định khuyết tật trên bề mặt và xác định khuyết tật bên trong chi tiết và vật liệu. 9 Bảng 1.1: Các phơng pháp cơ bản trong kỹ thuật NDT Stt Phơng pháp xác định khuyết tật