Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài Đề tài : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia x cho kiểm tra các chi tiết máy thuộc công trình nghiên cứu khoa học cấp bộ , Nội dung gồm có
Bộ công thơng Viện máy và dụng cụ công nghiệp oOo Báo cáo tổng kết đề tài mã số: 178.09 RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia X cho kiểm tra các chi tiết máy Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài TS. Đỗ Văn Vũ TS. Nguyễn Đức Minh Hà nội 11/2010 Danh sách các thành viên tham gia thực hiện đề tài TT Họ và tên Học hàm, học vị Cơ quan công tác 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nguyễn Đức Minh Lê Hồng Sơn Nguyễn Danh Tiến Nguyễn Chí Cờng Phan Anh Dũng Nguyễn Trung Kiên Phạm Văn Tiến Phạm Thanh Tú Trần Văn Chung Phùng Văn Đông TS. Cơ khí CTM ThS. Cơ khí CTM Kỹ s Cơ khí ThS. CNTT ThS. Điện tử Kỹ s Tự động hóa Kỹ s Cơ khí CTM Cử nhân CNTT Cử nhân Mạng TT & truyền thông Cử nhân Vật lý hạt nhân Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp Viện máy và dụng cụ công nghiệp 2 Bộ công thơng Cộng hoà x hội chủ nghĩa Việt nam Viện máy và dụng cụ công nghiệp Độc lập Tự do Hạnh phúc Báo cáo tóm tắt thực hiện đề tài 178.09 RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia X cho kiểm tra các chi tiết máy Cấp quản lý: Bộ Công Thơng Cơ quan thực hiện: Viện máy và dụng cụ công nghiệp. Theo tinh thần và nội dung của Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 178.09 RD/HĐ-KHCN, ký ngày 23/03/2009 với Bộ Công thơng, Viện máy và dụng cụ công nghiệp đã hoàn thành đề tài Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia X cho kiểm tra các chi tiết máy. I.> Các nội dung nghiên cứu và tiến trình thực hiện: 1. Thời gian bắt đầu: 01/2009. 2. Nghiên cứu tổng quan về thiết bị và ứng dụng các hệ thống chụp ảnh cắt lớp bằng tia X dùng trong công nghiệp. từ tháng 01/2009 đến tháng 03/2009 3. Tiến hành thiết kế tổng thể kỹ thuật hệ thống thiết bị kiểm tra chi tiết máy bằng chụp ảnh cắt lớp tia X. từ tháng 04/2009 đến tháng 05/2009 4. Tiến hành nghiên cứu, xây dựng phần mềm tái tạo ảnh, phục vụ cho việc kiểm tra khuyết tật của các chi tiết máy. từ tháng 06/2009 đến tháng 10/2009 5. Tiến hành thiết kế, chế tạo bộ truyền động để gá đối tợng kiểm tra phục vụ cho quá trình chụp cắt lớp CT. từ tháng 06/2009 đến tháng 12/2009 6. Tiến hành xây dựng và hoàn thiện các module phần mềm: 3 + Xây dựng module phần mềm thực hiện việc thu thập dữ liệu X-Ray. từ tháng 11/2009 đến tháng 02/2010 + Hoàn thiện module phần mềm tái tạo ảnh CT. từ tháng 11/2009 đến tháng 06/2010 + Xây dựng module phần mềm để điều khiển bộ truyền động bằng máy tính. từ tháng 01/2010 đến tháng 06/2010 + Xây dựng module phần mềm để điều khiển chu trình chung của hệ thống. từ tháng 07/2009 đến tháng 06/2010 7. Tích hợp toàn bộ hệ thống chụp cắt lớp chi tiết máy. từ tháng 07/2010 đến tháng 08/2010 8. Tiến hành các thử nghiệm để đánh giá tính năng, sự hoạt động của toàn thể hệ thống. từ tháng 09/2010 đến tháng 10/2010 9. Báo cáo tổng kết đề tài. từ tháng 10/2010 đến tháng 12/2010 Kết quả: Đề tài đã tạo ra đợc bộ sản phẩm của đề tài đúng theo nh thuyết minh đề tài, bao gồm: + Báo cáo về ứng dụng công nghệ chup ảnh cắt lớp CT để kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp bằng tia X. + Thuyết minh và thiết kế tổng thể hệ thống thiết bị kiểm tra đối tợng trong công nghiệp bằng tia X. + Bộ gá đối tợng kiểm tra, đáp ứng các yêu cầu về truyền động và đợc điều khiển tự động qua máy tính PC. + Hệ thống phần mềm: bao gồm các module phần mềm: module phần mềm thu thấp dữ liệu X-Ray; module phần mềm tái tạo ảnh CT; module phần mềm để điều khiển bộ truyền động bằng máy tính; module phần mềm để điều khiển chu trình chung của hệ thống. + Hệ thống thiết bị để kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp hoàn chỉnh (sau khi quá trình tích hợp toàn bộ hệ thống đợc thực hiện) bằng phơng pháp ứng dụng công nghệ chụp cắt lớp CT bằng tia X 4 Qua các kết quả thu đợc trong quá trình thử nghiệm, hệ thống đợc thiết kế, chế tạo đã đáp ứng đợc tất cả các yêu cầu đề ra của đề tài. II.> Sử dụng kinh phí đề tài: Kinh phí đợc cấp cho đề tài đã đợc sử dụng đúng mục đích, theo đúng nh các hạng mục đã nêu trong dự toán ban đầu. Toàn bộ kinh phí từ nguồn NSNN của đề tài (250.000.000 VNĐ - Hai trăm năm mơi triệu đồng) đã đợc sử dụng hết. - Mua vật t, nguyên, nhiên, vật liệu, tài liệu, dụng cụ phục vụ cho công việc thực hiện đề tài. - Thuê khoán chuyên môn. - Vật t, văn phòng phẩm, công tác phí. III.> Kết luận và hớng phát triển: Đề tài 178.09 RD/HĐ-KHCN đã đợc hoàn thành và đáp ứng đợc các mục tiêu đặt ra ban đầu. Sản phẩm của đề tài đã đợc thử nghiệm tại cơ sở, đạt đợc các chỉ tiêu chất lợng, kỹ thuật mong muốn. Kết quả của đề tài là nền tảng cho việc phát triển, hoàn thiện sản phẩm: thiết bị ứng dụng công nghệ chụp cắt lớp CT để kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp bằng tia X nói riêng và tiến tới có thể thiết kế, chế tạo các sản phẩm, thiết bị ứng dụng tia X nói chung. Để kết quả của đề tài có thể đợc ứng dụng rộng rãi hơn, nhóm thực hiện đề tài kiến nghị: - Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện để có thể đa sản phẩm của đề tài vào hoạt động thực tế trong dây chuyền sản xuất. - Mở rộng các nghiên cứu để có thể thiết kế, chế tạo ra các sản phẩm cho các ứng dụng khác trong đời sống xã hội trên cơ sở ứng dụng công nghệ chụp cắt lớp CT, sử dụng tia X. Đề nghị hội đồng nghiệm thu cấp cơ sở và cấp Bộ tiến hành nghiệm thu đề tài. Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Đức Minh 5 Báo cáo khoa học kỹ thuật đề tài 178.09 RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia X cho kiểm tra các chi tiết máy Nội dung báo cáo Mở đầu + Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc. + Mục tiêu đề tài Nội dung chính Phần I: Tổng quan về thiết bị và việc ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp cho kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp bằng tia X. Phần II: Thiết kế tổng thể của hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT. Phần III: Các module phần mềm cho việc thu thập, xử lý dữ liệu tia X và tái tạo ảnh CT. Phần IV: Thiết kế chi tiết bộ truyền động gá chi tiết phục vụ cho quá trình chụp cắt lớp CT. Phần V: Tích hợp và thử nghiệm, đánh giá kết quả hoạt động của toàn bộ hệ thống. Kết luận và hớng phát triển + Các kết quả đạt đợc + Hớng phát triển 6 7 Mục lục Nội dung Trang Mở đầu Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc Mục tiêu nghiên cứu và các nội dung thực hiện chính của đề tài nội dung chính 09 09 10 Phần I Tổng quan về thiết bị và việc ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp cho kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp bằng tia X 12 1.> Tổng quan về nhu cầu và tình hình ứng dụng các thiết bị kiểm tra các chi tiết, sản phẩm trong công nghiệp 12 1.1. Các phơng pháp kiểm tra các chi tiết, sản phẩm trong công nghiệp 12 1.2. Các phơng pháp kiểm tra không phá hủy - NDT 12 1.3. Phơng pháp kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ RT (Radio Graphic Test): 13 1.4. Hệ thống kiểm tra bằng tia X, ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT: 14 2.> Tổng quan về hệ thống chụp ảnh cắt lớp CT 14 2.1. Khái niệm về chụp ảnh cắt lớp CT 14 2.2. Nguyên lý của kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT 15 2.3. Phân loại các phơng pháp quét ảnh theo thế hệ máy CT Scanner 15 3.> Tổng quan về quá trình tái tạo và xử lý ảnh CT 19 3.1. Giới thiệu và tổng quan 19 3.2. Quá trình chụp ảnh cắt lớp 20 Phần II Thiết kế tổng thể của hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT 22 1.> Các yêu cầu đối với hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X 22 2.> Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống 22 3.> Thiết kế kỹ thuật của hệ thống 24 3.1. Phần kết cấu cơ khí, bộ nguồn phát, điều khiển tia X 24 3.2. Hệ thống thu nhận dữ liệu X-ray 25 3.3. Bộ gá đối tợng kiểm tra 27 3.4. Các Module phần mềm trong hệ thống 28 Phần III Các module phần mềm cho việc thu thập, xử lý dữ liệu tia X và tái tạo ảnh CT 29 8 1.> Phần mềm thu nhận dữ liệu X-Ray 29 2.> Phần mềm xử lý, tái tạo ảnh CT 30 2.1. Khái quát về quá trình tái cấu trúc hình ảnh 31 2.2. Các phơng pháp tái cấu trúc hình ảnh 31 2.3. Thuật toán chiếu ngợc lọc 35 Phần IV Thiết kế chi tiết bộ truyền động gá chi tiết phục vụ cho quá trình chụp cắt lớp CT 43 1.> Các yêu cầu đối với bộ truyền động của đề tài 43 2.> Các thành phần của bộ truyền động 43 3.> Thiết kế chi tiết bộ truyền động 44 3.1. Thiết kế cơ khí 44 3.2. Thiết kế điều khiển động lực 44 3.3. Hệ thống phần mềm, điều khiển 44 Phần V Tích hợp và thử nghiệm, đánh giá kết quả hoạt động của toàn bộ hệ thống 49 1.> Quá trình tích hợp toàn bộ hệ thống 49 1.1. Phần mềm điều khiển chu trình hoạt động chung của toàn hệ thống và quá trình tích hợp các module phần mềm 49 1.2. Quá trình tích hợp phần cứng 51 2.> Quá trình thử nghiệm, đánh giá tính năng hoạt động của toàn bộ hệ thống 54 2.1. Thử nghiệm, đánh giá đối với bộ truyền động 55 2.2. Thử nghiệm, đánh giá chức năng thu nhận dữ liệu X-Ray và khả năng thể hiện sự hấp thụ năng lợng tia X 59 2.3. Thử nghiệm, đánh giá chức năng chụp và tái cấu trúc ảnh cắt lớp 61 2.4. Đánh giá chung về quá trình và kết quả thử nghiệm 65 Kết luận và hớng phát triển 66 Tài liệu tham khảo 68 Phụ lục 69 Phụ lục 1: Bộ bản vẽ thiết kế cơ khí bộ dẫn động chi tiết Phụ lục 2: Bộ bản vẽ thiết kế điều khiển động lực bộ dẫn động chi tiết Phụ lục 3: Hợp đồng và các phụ lục hợp đồng của đề tài Mở đầu Ngày nay tia X đã trở nên rất quen thuộc đối với mọi đối tợng trong cuộc sống xã hội bởi nó ngày càng đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nh : nghiên cứu khoa học, y tế, an ninh, quốc phòng, trong công nghiệp, v.v Hầu hết các ứng dụng tia X đều dựa trên tính chất đặc trng của tia X là bức xạ điện từ xuyên thấu, có bớc sóng ngắn hơn sóng ánh sáng. Tia X tác động vào các phần tử vật chất và xuyên qua chúng, hình ảnh nhận đợc ở phía sau là các vùng sáng tối khác nhau. Sự hấp thụ bức xạ tia X của các chất phụ thuộc vào tỷ trọng và nguyên tử lợng của chất ấy. Dựa trên hình ảnh nhận đợc khi tia X xuyên qua đối tợng ngời ta có thể xác định đợc nhiều tính chất hóa-lý của đối tợng mà không cần các phân tích hóa học hay phá hủy chúng. Một trong những ứng dụng quan trọng của tia X trong công nghiệp là trong phơng pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ - RT (RadioGraphic Test), thuộc nhóm các phơng pháp kiểm tra không phá hủy (Non Destructive Testing NDT), đây là phơng pháp thông dụng để xác định khuyết tật của mối hàn, sản phẩm đúc, chi tiết máy, v.v Phơng pháp kiểm tra không phá hủy bằng chụp ảnh bức xạ có khá nhiều u điểm nh : nhanh, không tiêu hao vật t, không ô nhiễm môi trờng, có thể số hóa kết quả, v.v Từ phơng pháp chụp ảnh bức xạ, kết hợp với khả năng tính toán, xử lý dữ liệu, xử lý ảnh trên máy tính ngời ta đã phát triển ra phơng pháp dùng tia X - ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT để kiểm tra các khuyết tật của các sản phẩm, chi tiết máy. Đây là phơng pháp kiểm tra cho kết quả rất chính xác và thờng đợc sử dụng để kiểm tra các sản phẩm, chi tiết máy quan trọng. Các thiết bị kiểm tra bằng tia X, ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT có công nghệ tơng đối phức tạp và đòi hỏi sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nh : vật lý hạt nhân, điện tử, điều khiển, cơ khí chính xác và CNTT nên hầu hết các hãng trên thế giới tham gia nghiên cứu, chế tạo nhóm sản phẩm này đều phải có đ ợc các bí quyết của riêng họ. Vì các ứng dụng tia X có những đặc thù riêng nên việc trao đổi, phổ biến kiến thức, bí quyết về nhóm sản phẩm này là rất hạn chế. Vì lý do này nên việc nghiên cứu, chế tạo và phát triển nhóm sản phẩm này cũng không phải là quá rộng rãi và điều này cũng làm cho các thiết bị trong nhóm sản phẩm này có giá thành khá cao. 9 Cho tới nay, tại Việt Nam, chỉ có một số dây chuyền tự động trong sản xuất lắp ráp thiết bị cơ, thuỷ khí, điện, điện tử, cơ điện tử của một số công ty nớc ngoài là có trang bị thiết bị kiểm tra chi tiết máy bằng tia X theo dây chuyền nhập đồng bộ. Đây là các thiết bị cung cấp độc quyền của một số hãng châu Âu, Bắc Mỹ, G7 nh: North Star Imaging (Mỹ), Tomo Adour (Pháp), YXLON International X-ray (CHLB Đức), Hamamatsu (Nhật bản). Hiện tại, cha có đơn vị, công ty nào tại Việt nam có khả năng thực hiện toàn bộ các công đoạn từ nghiên cứu, thiết kế tới chế tạo ra các sản phẩm này, một số đơn vị mới chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu, thiết kế một phần hoặc cung cấp các dịch vụ kỹ thuật cho nhóm thiết bị ứng dụng tia X. Việc Việt Nam sớm nghiên cứu thiết kế và chế tạo đợc thiết bị ứng dụng chụp cắt lớp CT để kiểm tra chi tiết máy là hết sức cần thiết, nhằm vừa tự trang bị, giảm chi phí nhập ngoại, đồng thời nâng cao trình độ sản xuất không những của các ngành sản xuất liên quan, còn thúc đẩy ngành cơ điện tử nói chung, và đặc biệt là ngành đo lờng và tin học công nghiệp, phát triển theo hớng chuyên sâu, có đợc những sản phẩm công nghệ cao, tơng đơng trình độ khu vực và thế giới. Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp IMI Holding (Viện IMI) là đơn vị đã và đang triển khai nhiều đề tài nghiên cứu cấp Bộ, cấp Nhà nớc có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu, ứng dụng tia X. Vừa qua Viện IMI đã đợc Nhà nớc trang bị Phòng kỹ thuật tia X thuộc Phòng Thí nghiệm Cơ điện tử-IMI Holding, đây là phòng thí nghiệm bao gồm tơng đối đầy đủ các thiết bị để nghiên cứu, chế tạo ra các sản phẩm ứng dụng tia X. Trong quá nghiên cứu, triển khai các đề tài, Viện IMI cũng đã xây dựng đợc một đội ngũ cán bộ có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị ứng dụng tia X. Đây là các điều kiện thuận lợi để Viện IMI thực hiện đề tài Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia X cho kiểm tra các chi tiết máy. * Mục tiêu của đề tài: Với các điều kiện thuận lợi của mình, Viện IMI đã tập trung nhiều nguồn lực để hoàn thành các mục tiêu mà đề tài đã đề ra. Cụ thể các mục tiêu đó là : + Nắm bắt và làm chủ công nghệ ứng dụng X-Ray trong kiểm tra khuyết tật các chi tiết máy, ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT. 10 [...]... Fourier Transforms 21 phần II thiết kế tổng thể của hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT 1 Các yêu cầu đối với hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X: Theo mục tiêu đề ra của đề tài, hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X sẽ nhằm vào các đối tợng kiểm tra là các chi tiết của các máy công cụ, các sản phẩm đúc cỡ nhỏ tới trung bình, cụ thể kích thớc bao max... việc ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp cho kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp bằng tia X 1 Tổng quan về nhu cầu và tình hình ứng dụng các thiết bị kiểm tra các chi tiết, sản phẩm trong công nghiệp 1.1 Các phơng pháp kiểm tra các chi tiết, sản phẩm trong công nghiệp: Hiện nay yêu cầu để kiểm tra khuyết tật của các chi tiết, sản phẩm trong công nghiệp nh: các chi tiết máy, các sản phẩm đúc, các. .. thực hiện là : + Tiến hành nghiên cứu tổng quan về các phơng pháp và thiết bị kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp, ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp bằng tia X + Tiến hành thiết kế tổng thể kỹ thuật hệ thống thiết bị kiểm tra chi tiết máy bằng chụp ảnh cắt lớp tia X (chỉ tiến hành thiết kế nguyên lý hệ thống) + Lựa chọn các thiết bị, module phần cứng phù hợp với yêu cầu của đề tài Xem x t, lựa chọn... niệm về chụp ảnh cắt lớp CT: Chụp ảnh cắt lớp CT là một kỹ thuật tạo ảnh lớp cắt cùng với sự hỗ trợ của máy tính tạo ra các hình ảnh chụp cắt lớp sắc nét, rõ ràng Công việc này đợc thực hiện 14 thông qua việc thực hiện một thủ tục hay một chuỗi hoạt động đợc gọi là sự tái tạo ảnh từ các hình chi u, một kỹ thuật hoàn toàn dựa trên các cơ sở toán học 2.2 Nguyên lý của kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT: Về nguyên... cho việc x y dựng các hệ thống kiểm tra theo phơng pháp chụp ảnh phóng x RT, ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT Các hệ thống với cấu hình này cho phép đa ra nhiều bức ảnh phóng x của vật kiểm theo nhiều lớp với các góc chi u khác nhau thay vì chỉ là một bức ảnh phóng x của vật kiểm, do vậy nâng cao rất nhiều khả năng cũng nh độ chính x c của hệ thống kiểm tra Trong các hệ thống kiểm tra theo... bao max của vật kiểm l : 20cm x 20 cm, trong đó độ dày max của thành vật kiểm là 4 cm Từ các mục tiêu của đề tài, nhóm đề tài đa ra sơ bộ các yêu cầu mà hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X cần phải đáp ứng nh sau: - Hệ thống kiểm có khoang soi: > 15 cm x 20 cm (W x H) - Vật kiểm đợc làm từ các vật liệu kim loại, độ dày của vật kiểm: . kiểm tra bằng tia X, ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT: 14 2.> Tổng quan về hệ thống chụp ảnh cắt lớp CT 14 2.1. Khái niệm về chụp ảnh cắt lớp CT 14 2.2. Nguyên lý của kỹ thuật chụp ảnh. việc ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp cho kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp bằng tia X. Phần II: Thiết kế tổng thể của hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X ứng dụng công nghệ chụp. học kỹ thuật đề tài 178.09 RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia X cho kiểm tra các chi tiết máy Nội dung báo cáo Mở đầu + Tình hình nghiên cứu