Tải bản đầy đủ

Đề tài : Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia x cho kiểm tra các chi tiết máy


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
+ Thiết kế tổng thể hệ thống và xây dựng, chế tạo một số module quan trọng
của thiết bị kiểm tra khuyết tật chi tiết máy bằng tia X.
+ Tích hợp, thử nghiệm thiết bị để tiến tới đa đợc sản phẩm vào hoạt động
trong dây chuyền sản xuất thực tế.
* Các nội dụng thực hiện chính của đề tài:
Căn cứ theo các mục tiêu mà đề tài đã đặt ra và căn cứ theo các nội dung đăng
ký thực hiện trong thuyết minh đề tài. Nhóm đề tài đã xác định cụ thể các nội dung
công việc cần 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 xét, lựa chọn từ phòng Kỹ thuật tia X-Viện IMI các thiết bị hạt nhân của hệ
thống mà nằm ngoài khuôn khổ nhiệm vụ (thiết kế, chế tạo hoặc mua) của đề tài, bao
gồm: khung sờn vỏ máy, nguồn phát tia X, hệ thống thu thập dữ liệu X-Ray
(detectors, board xử lý dữ liệu, module kết nối với máy tính, module phần mềm SDK).
+ Tiến hành thiết kế, chế tạo bộ truyền động để gá đối tợng kiểm tra phục vụ
cho quá trình chụp cắt lớp CT.
+ Tiến hành xây dựng và hoàn thiện các module phần mềm: module phần mềm
thực hiện việc thu thập 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.
+ Tích hợp, thử nghiệm và đánh giá các chức năng chính của toàn bộ hệ thống
chụp cắt lớp chi tiết máy bằng tia X.




11
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
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 mối hàn hoặc việc xác định độ
chịu nén, chịu uốn của các loại vật liệu nh bê tông, cốt thép hầu nh là các yêu cầu
bắt buộc trong các quy trình, dây chuyền sản xuất trong công nghiệp.
Các phơng pháp kiểm tra đợc chia thành hai nhóm là: nhóm các phơng pháp
kiểm tra không phá hủy - NDT (Non Destructive Testing) và nhóm các phơng pháp
kiểm tra phá hủy - DT (Destructive Testing). Trong hai nhóm này thì nhóm các
phơng pháp kiểm tra không phá hủy có các u điểm sau:
- NDT không làm ảnh hởng tới khả năng sử dụng của vật kiểm tra sau này.
- NDT có thể kiểm tra 100 % sản phẩm, trong khi DT thì chỉ có thể kiểm tra
xác suất.
- NDT có thể kiểm tra ngay khi vật kiểm nằm trên dây chuyền sản xuất mà
không phải dừng dây chuyển sản xuất.
Do nhóm phơng pháp NDT có một số u điểm nh trên so với nhóm phơng
pháp DT nên hiện nay phần lớn các dây chuyền sản xuất đều áp dụng phơng pháp
kiểm tra NDT.
1.2. Các phơng pháp kiểm tra không phá hủy - NDT:
Kiểm tra không phá hủy là việc sử dụng các phơng pháp khác nhau để kiểm
tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm mà không làm tổn hại
đến khả năng sử dụng của chúng.
Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật nh là nứt, rỗ, xỉ,
tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn , kiểm tra độ cứng của vật

12
liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong
trờng hợp không tiếp xúc đợc hai mặt (thờng ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt thép
(trong các công trình xây dựng ),v.v
Kiểm tra không phá hủy gồm nhiều phơng pháp khác nhau, từ phơng pháp
đơn giản nhất là phơng pháp kiểm tra bằng mắt đến các phơng pháp phức tạp nh
chụp cắt lớp bằng phơng pháp cộng hởng từ hạt nhân, tuy nhiên có thể tạm chia
thành hai nhóm phơng pháp đó là:
+ Nhóm phơng pháp kiểm tra NDT thông thờng: bao gồm các phơng pháp kiểm
tra không phá hủy thông dụng:
- Phơng pháp kiểm tra bằng mắt (VT).
- Phơng pháp chụp ảnh phóng xạ (RT).
- Phơng pháp siêu âm (UT).
- Phơng pháp hạt từ (MT).
- Phơng pháp thẩm thấu (PT).
- Phơng pháp dòng xoáy (ET).
+ Nhóm phơng pháp kiểm tra NDT đặc biệt:
- Phơng pháp chụp ảnh nơtron.
- Chụp cắt lớp bằng phơng pháp cộng hởng từ hạt nhân.
- Kỹ thuật vi sóng, bức xạ âm v.v
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 phơng pháp nào. ứng với mỗi
trờng hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phơng pháp kiểm tra phù hợp.
1.3. Phơng pháp kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ RT (Radio Graphic Test):
Đối với các hệ thống kiểm tra trong các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp
tức là các vật kiểm tra là các chi tiết máy, sản phẩm đúc hoặc các mối hàn thì phơng
pháp thờng đợc áp dụng là ph
ơng pháp chụp ảnh phóng xạ RT.
Phơng pháp chụp ảnh phóng xạ RT dựa trên nguyên lý cơ bản là chụp ảnh bức
xạ của vật kiểm đối với tia X, hoặc tia Gama, vì là ảnh bức xạ do đó nó không chỉ
phản ánh tính chất bề mặt mà sẽ cho thấy rõ tính chất của vật liệu và đặc tính bên
trong của vật kiểm.
Phơng pháp RT 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 Các thiết bị kiểm tra khuyết

13
tật các sản phẩm trong công nghiệp bằng tia X đã đợc một số các hãng nổi tiếng trên
thế giới tập trung vào nghiên cứu, chế tạo nh : North Star Imaging (Mỹ), Tomo
Adour (Pháp), YXLON International X-ray (CHLB Đức), Hamamatsu (Nhật bản), GE
Inspection Technologies, NDT System, Viscom AG, X-ItSystem, v.v . Sản phẩm của
các hãng cũng rất đa dạng, từ những máy trạm lớn cố định tới những hệ máy nhỏ xách
tay, từ các máy chuyên dùng đợc thiết kế riêng cho việc kiểm tra các đối tợng đặc
biệt đến những loại phổ thông áp dụng đợc cho nhiều đối tợng kiểm tra.
Gần đây với sự phát triển của kỹ thuật số, thì các thiết bị RT cũng đợc tập
trung nghiên cứu, phát triển theo hớng số hoá, điều này giúp cho tiện lợi hơn về mặt
kỹ thuật, trao đổi thông tin, kết quả, công tác lu trữ cũng nh quản lý.
Công nghệ chụp ảnh X-quang kỹ thuật số ra đời đã loại bỏ đợc nhiều nhợc
điểm của chụp X-quang dùng phim nh: tốn thời gian chụp, chiếu, rửa phim, cũng
nh vật t tiêu hao trong quá trình sử dụng đồng thời lại phát huy đợc thế mạnh của
kỹ thuật điện tử số và công nghệ phần mềm xử lý ảnh do đó trong phơng pháp RT thi
việc dùng X-Quang kỹ thuật số đang dần thay thế việc dùng phim cổ điển.
1.4. Hệ thống kiểm tra bằng tia X, ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT:
Ngày nay với sự phát triển vợt bậc của máy tính đặc biệt ở khả năng, tốc độ
tính toán cho phép có thể xử lý hàng triệu triệu phép tính / 1 giây, điều này đã tạo cơ
sở cho việc xây dựng các hệ thống kiểm tra theo phơng pháp chụp ảnh phóng xạ 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 xạ của vật kiểm theo nhiều lớp với các góc chiếu khác nhau
thay vì chỉ là một bức ảnh phóng xạ của vật kiểm, do vậy nâng cao rất nhiều khả năng
cũng nh độ chính xác của hệ thống kiểm tra.
Trong các hệ thống kiểm tra theo phơng pháp RT mà có ứng dụng kỹ thuật
chụp ảnh cắt lớp CT thì hệ thống xử lý CT Scanner đóng vai trò chính trong việc quyết
định tính chính xác của hệ thống. Đây là hệ thống phức tạp bao gồm từ các thiết bị
phần cứng: bộ phát tia, các detectors, bộ truyền động, hệ thống thu nhận ảnh, phần
mềm phân tích và xử lý ảnh, phần mềm nhận đánh dấu-nhận dạng hình ảnh, v.v
2. Tổng quan về hệ thống chụp ảnh cắt lớp CT:
2.1.Khái 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 chiếu, 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 tắc, ngời ta chiếu vào vật cần kiểm tra, ví dụ đầu ngời, một tia X
thật mảnh theo một hớng nhất định, rồi bố trí detector để đo, biết đợc tia X chiếu
theo hớng đó bị hấp thụ mạnh/yếu nh thế nào, tức là biết đợc mật độ vật chất tổng
cộng của các thể tích phần tử nằm dọc theo một hớng. Ngời ta lần lợt thay đổi
hớng chiếu, nói cách khác là quét tia X theo những hớng khác nhau, để lần lợt thu
đợc mật độ vật chất tổng cộng của các thể tích phần tử nằm dọc theo những hớng
khác nhau đó. Từ những số liệu thu đợc, ngời ta tính toán ra mật độ vật chất của
từng thể tích phần tử. Muốn vậy, phải xây dựng những thuật toán phức tạp, phải thực
hiện một khối lợng tính toán rất lớn, phải dùng máy tính tốc độ cao mới thực hiện
nhanh đợc. Vì thế, ngời ta đặt tên là phép chụp ảnh cắt lớp có sự trợ giúp của máy
tính, gọi tắt là CT (computer aided tomography hay computed tomography).

Sơ đồ khối của hệ thống máy quét CT

2.3. Phân loại các phơng pháp quét ảnh theo thế hệ máy CT Scanner:
Kể từ khi đợc đa vào sử dụng, ngời ta đã cố gắng cải thiện, nâng cao hiệu
quả của hệ thống thiết bị CT đặc biệt trong việc giảm thời gian tạo ảnh, bằng cách cải
tiến hệ thống quét. Những hệ thống quét này khác nhau chủ yếu về số lợng và cách
bố trí các cảm biến, mỗi hệ thống quét đều có những u và nhợc điểm riêng.
2.3.1. Máy CT thế hệ thứ nhất:

15

Bộ thu chỉ gồm một đầu dò, chùm tia phát ra hẹp và song song dạng một cái
bút chì.
Phơng thức quét: Bóng X quang và đầu dò dịch chuyển song song theo hớng
vuông góc với chùm tia và bao trùm toàn bộ mặt phẳng lớp cắt, sau đó cả hệ thống
quay một góc rồi tiếp tục dịch chuyển song song, tại những khoảng cách đều đặn tia
X đợc phát và thu. Quá trình tiếp diễn cho tới khi số lợng tín hiệu thu đợc đủ lớn
để tái tạo ảnh.
Hệ thống này hiện tại hầu nh không đợc ứng dụng vì chỉ sử dụng một phần
năng lợng rất nhỏ, không đáng kể của nguồn bức xạ từ bóng X quang trong khi năng
lợng bức xạ từ Anode của bóng có thể bao trùm một góc thì chùm tia bức xạ thực
dụng để đo lại chỉ nằm trong góc 10
-4
Radian. Bởi vậy, một mặt công suất của bóng X
quang bị hạn chế, mặt khác do nhu cầu cần thiết phải tạo đợc liều bức xạ tại cảm
biến đủ để đo nên máy không thể chuyển động với vận tốc cao.
Với hệ thống này để tạo ảnh một lớp cắt cần một thời gian dài cỡ vài phút. Tuy
nhiên, trong thực tế, việc giảm thời gian tạo ảnh chỉ có thể đạt đợc nhờ tăng số lợng
kênh đo cho một lớp cắt, các máy CT đã đợc phát triển theo hớng này.
2.3.2. Các máy CT thế hệ thứ hai:


16
Cấu trúc : Thay vì dùng một đầu dò, đến thế hệ này đã dùng một chùm
đầu dò khoảng 20-30 chiếc bố trí cận kề nhau trong hớng quét, Chùm tia quét có
dạng hình quạt.
Phơng pháp quét : tơng tự nh thế hệ thứ nhất, hệ thống đo thực hiện hai loại
dịch chuyển đó là : dịch chuyển song song và dịch chuyển tịnh tiến.
Với cách bố trí hệ thống đo này, nguồn bức xạ tia X từ bóng X quang đợc sử dụng
hiệu quả hơn nhiều, có thể thực hiện đợc nhiều phép chiếu tơng ứng với số lợng
cảm biến và thu đợc nhiều dữ liệu đo đồng thời, vì vậy góc quay và khoảng giửa hai
lần chiếu theo mặt sẽ tăng, kết quả giảm tổng số bớc quét phẳng và số lần quay của
hệ thống đo. Với hệ thống này, tuỳ thuộc vào số cảm biến thời gian tạo ảnh một lớp
cắt trong khoảng từ 10-60 giây. Tuy nhiên do quá trình cơ học khi chuyển động ngang
hay quay, việc giảm thời gian tạo ảnh xuống thấp hơn nữa đối với hệ thống đo này
không thể thực hiện đợc .
2.3.3. Máy CT thế hệ thứ ba:

Cấu trúc : Số lợng đầu dò tăng đến vài trăm cái và đợc bố trí trên một vòng
cung đối diện và gắn cố định với bóng X quang. Chùm tia X phát ra theo hình rẻ quạt
với góc từ 30-60
o
tuỳ theo số lợng đầu dò và bao trùm toàn bộ tiết diện lớp cắt.
Phơng pháp quét : Hệ thống đo quay quanh đối tợng một góc 360
0
để thực
hiện một lớp cắt. Khi quay tia X có thể hoặc đợc phát thành xung tại những góc cố
định hoặc đợc phát liên tục.
Với cấu trúc này, nguồn bức xạ tia X đợc sử dụng tối u, hơn nữa hệ thống đo
chỉ thực hiện một kiểu chuyển động quay và quay liên tục chứ không phải từng bớc.
Thời gian chụp ngắn nhất giảm xuống chỉ còn cỡ một vài giây.
2.3.4. Máy CT thế hệ thứ 4:

17

Cấu trúc : khác với những máy thuộc thế hệ trớc, bóng X quang và đầu dò gắn
chặt với nhau, cùng dịch chuyển hoặc quay. Máy thế hệ thứ 4 có hệ thống đầu dò tách
biệt với bóng X quang, đó là một tập hợp nhiều đầu dò đợc bố trí trên một vòng tròn
bao quanh khoang chiếu.
Phơng pháp quét : Bóng X quang quay tròn quanh vật thể chiếu, chùm tia phát
thành hình rẻ quạt bao phủ vùng cần kiểm tra, các phần tử cảm biến sẽ đợc
đóng/ngắt theo quy luật nhất định phù hợp với chuyển động quay của bóng. Bóng
quay tròn, các bộ cảm biến tạo thành vòng tròn đứng yên
Ưu điểm của loại máy thuộc thế hệ thứ 4: Thời gian chụp ngắn nhất tơng tự
nh thế hệ thứ 3, cỡ một đến vài giây. Không bị nhiễu hình ảnh tròn (ring artifact)
nh thờng xảy ra đối với máy thuộc thế hệ thứ 3. Tuy nhiên máy có cấu trúc phức
tạp vì số lợng đầu dò lớn hơn rất nhiều.
2.3.5. Máy CT thế hệ thứ 5:

Hình 1.5: Sơ đồ quét của Spiral CT (thế hệ máy CT thứ 5)
Thế hệ CT thứ năm đang đợc sử dụng phần lớn ngày nay là Helical CT (Spiral
CT) với dạng quét hình xoắn ốc. Kỹ thuật Slip-ring (chổi quét - cổ góp) đợc áp dụng
vào máy CT giúp quá trình quét đợc thực hiện nhiều vòng liên tục mà các thế hệ
trớc không làm đợc. Do đó, tốc độ quét, không gian quét đợc cải thiện rất nhiều.

18
Kỹ thuật Slip-ring, là một cải tiến về mặt cơ điện, dùng cổ góp và chổi quét. Tất
cả năng lợng và tín hiệu điều khiển của phần tĩnh đợc truyền đến phần động thông
qua hệ thống Slip-ring có các slip-ring riêng lẻ song song dành cho detector, tube,
truyền dữ liệu.
Không chỉ phát triển về cấu hình quét, công nghệ CT còn có nhiều cải tiến
quan trọng khác. Chùm tia X ban đầu chỉ là chùm hẹp dạng mỏng (Fan Beam), càng
về sau càng lớn hơn thành chùm dạng nón (Cone Beam), tăng thể tích chiếu và giảm
thời gian thực hiện phép chụp. Thể tích chiếu tăng lên đồng nghĩa với lợng dữ liệu
lớn hơn nhiều, cần đờng truyền và bộ nhớ lớn hơn, đem lại độ chính xác cao hơn.

Hình 1.6: Sự thay đổi của dạng chùm tia X
3. Tổng quan về quá trình tái tạo và xử lý ảnh CT:
Trong hệ thống chụp ảnh cắt lớp CT thì đóng vai trò quan trọng là phần mềm
thu nhận và tái tạo ảnh CT, trong đó do đặc thù của ảnh CT nên quá trình tái tạo ảnh
CT đóng vai trò nh là quá trình xây dựng dữ liệu đầu vào cho tính toán, xử lý của
phần mềm - tức là đầu vào dữ liệu cho cả hệ thống chụp ảnh cắt lớp CT. Do vậy việc
chọn lựa, xây dựng thuật toán tái tạo ảnh CT là khâu quan trọng, quyết định tới sự
hoạt động của cả hệ thống.
3.1. Giới thiệu và tổng quan
ảnh CT khác với ảnh X quang ở vài chi tiết cụ thể. Những vấn đề này khác
nhau ở cách tạo ảnh. Sự định dạng của ảnh CT phải trải qua nhiều bớc.
+ ảnh CT đợc bắt đầu với việc quét pha. Trong pha đó, một chùm tia X mỏng
có hớng chiếu khi xuyên qua những cạnh (edges) của phần vật thể chiếu để tạo ảnh.
bức xạ khi đi qua phần vật thể chiếu đợc đo bằng dãy detector. Các detector này
không thể tạo ra đợc ảnh CT hoàn chỉnh mà nó chỉ cho hình viền của một đờng

19
chiếu. Dữ liệu đờng viền là đo sự suy giảm của tia X từ bóng phát tia tới những
detector riêng lẻ. Để có đủ thông tin cho việc tạo nên một ảnh đầy đủ, chùm tia X
quay vòng, hoặc quét, xung quanh thiết diện cắt để tạo nên đờng viền từ những góc
độ khác nhau. Điển hình, hàng trăm vùng tạo đợc và dữ liệu đờng viền của mỗi
vùng đợc lu trữ trong bộ nhớ máy tính. Tổng số đo sự đâm xuyên tạo nên số vùng
và số tia X nằm trong khoảng giới hạn cho mỗi vùng. Tổng thời gian quét cho một lớp
cắt khoảng từ 0.35s tới 15s, phụ thuộc vào việc thiết kế máy quét (scanner
mechanism) và ngời điều khiển chọn kiểu quét thay đổi. Chất lợng của ảnh có thể
cải tiến bằng cách tăng thời gian quét .
+ Pha thứ 2 của việc tạo ảnh là dựng ảnh, đợc thực hiện bằng máy tính số, nó
là một phần của hệ thống CT. Dựng ảnh là thực hiện bằng một quá trình toán học đó
là việc chuyển đổi dữ liệu quét của các vùng (views) riêng lẻ về dạng số hoá, hoặc số
hóa bức xạ bức ảnh. ảnh đợc cấu tạo bởi dãy phần tử ảnh riêng lẻ gọi là pixel.
Những pixel này đợc đặc trng bằng một giá trị số, hoặc là chỉ số CT. Các giá trị đặc
biệt cho mỗi pixel quan hệ với mật độ của 'mật độ vật chất' ở trong những nguyên tố
thể tích tơng ứng gọi là voxel. Dựng ảnh thờng mất vài giây, phụ thuộc vào sự phức
tạp của bức ảnh và khả năng của máy tính. ảnh số sẽ đợc lu trữ ở trong bộ nhớ máy
tính.
+ Pha cuối cùng là chuyển đổi ảnh số thành hiển thị video vì vậy có thể nhìn
trực tiếp đợc hoặc có thể đợc ghi ở trên phim. Bớc này đợc thực hiện bằng những
thành phần điện tử, nó thực hiện chức năng chuyển đổi số sang tơng tự.
3.2. Quá trình chụp ảnh cắt lớp:
3.2.1. Quét thăm dò hoặc quét toàn cảnh
Bóng phát tia và detector đợc lắp ráp trên một khung có vị trí cố định đối
nhau, bộ gá vật thể chiếu di chuyển trên một khoảng cách bao trùm vùng kiểm tra.
Một ảnh chiếu đợc tạo nên từ đo các mức suy giảm line-byline. Kết quả những
hớng chiếu khác cũng tơng tự đối với việc xuất hiện những tia đợc quy ớc. Hình
ảnh tạo ra là tập hợp của rất nhiều ảnh xếp chồng (nh
trong phơng pháp chụp
Xquang thông thờng), rộng bằng bề dày của lớp cắt (đã đợc xác định). Dựa trên
hình ảnh toàn cảnh này để lập chơng trình tạo ảnh cắt lớp.
3.2.2. Quét cắt lớp

20
Bóng phát tia và cụm đầu dò quay quanh vật thể chiếu một góc 360
o
để thực
hiện một lớp cắt. Bộ gá vật thể chiếu dịch chuyển một khoảng cách bằng bề dày lớp
cắt sau mỗi lớp cắt theo phơng thức quét gián đoạn hoặc di chuyển liên tục với một
tốc độ cố định (tốc độ chuyển động tịnh tiến của bộ gá vật thể chiếu phải phù hợp với
tốc độ quay tròn của giàn quay để xác định khoảng cách giửa các lớp cắt) theo
phơng thức quét xoắn ốc. Đối với phơng pháp quét xoắn ốc trong khi đang thu nhận
tomogram, hệ thống bóng/detector vẫn tiếp tục quay tròn quanh bộ gá vật thể chiếu.
Những hớng chiếu thu đợc từ những vị trí của những góc kế tiếp nhau trên vòng
quay là nhanh.
Đo cờng độ đờng viền với những mức cờng độ tại những detector. Mỗi
hớng chiếu sẽ có một cờng độ đờng viền tơng ứng (hớng chiếu của lớp cắt quét
cho một kênh).
Việc lựa chọn chiều dày lớp cắt bằng cách sử dụng một máy tính điều khiển bộ
chuẩn trực ở bóng phát tia. Bóng phát tia, trong quá trình quét, có thể hoạt động theo
hai phơng thức:phát tia liên tục hoặc phát tia theo xung. Hiện nay hầu hết máy CT
đều đợc thực hiện theo phơng thức phát tia theo xung vì giảm đợc công suất phát
tia, tránh cho bóng phải hoạt động căng thẳng. Để thu thập mẫu dữ liệu, bóng phát tia
đợc bật tắt hàng nghìn lần trong một vòng quay.
3.2.3. Tiền xử lý và hậu xử lý
Xử lý ảnh của quá trình dựng ảnh CT đợc thực hiện qua 3 bớc bắt đầu từ việc
đo cờng độ những đờng viền. Đờng viền đợc chuyển đổi để định dạng theo yêu
cầu của việc tính toán, xử lý ở bớc này chính là tiền xử lý. Dữ liệu tín hiệu thô trải
qua quá trình xử lý trớc khi đa vào để tái tạo ảnh và lúc này việc dựng ảnh thì tự nó
có thể xử lý để nâng cấp những nét đặc trng cho nó hoặc loại bỏ nhiễu, sự sai lệch
các mức suy giảm, hoặc do công nghệ còn cha hoàn hảo (nh hiệu ứng chùm tia
cứng và lỗi đờng thẳng).
Quá trình xử lý thờng tuân theo quy trình sau:
- Xử lý dữ liệu tín hiệu - Singnal data processing.
- Xử lý ảnh - Image processing.
- Planar projection view (topogram or scout view)
- Fast 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 của vật kiểm là: 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: <4 cm.
- Quá trình kiểm tra có thể phát hiện đợc các khuyết tật rỗ, nứt từ 5mm trở lên.
- Quá trình kiểm tra từng vật kiểm là rời rạc (phải gắn vật kiểm vào bộ gá).
- Thời gian để kiểm tra một vật kiểm tối đa là: < 10 phút.
- Kết quả chụp ảnh cắt lớp vật kiểm đợc lu trữ trên máy tính để phục vụ cho
việc quản lý, theo dõi sau này.
2. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống:
Từ các yêu cầu kỹ thuật ở phần trớc, nhóm đề tài đã đa ra sơ đồ cấu trúc,
nguyên lý làm việc của hệ thống nh sau:
Bộ phát tia X
Collimator
Detectors
Detectors
Object
Bộ gá
PC
Sơ đồ hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X,
ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT
XDAS
SP
DH DH
DH DH
DH
DH
DH
DH
Bộ phát tia X
Collimator
Detectors
Detectors
Object
Bộ gá
PC
Sơ đồ hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X,
ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT
XDAS
SP
DH DH
DH DH
DH
DH
DH
DH


22
+ Các thành phần chính của hệ thống:
Hệ thống bao gồm các thành phần, module chính sau:
(1) Bộ phát tia X, bao gồm: nguồn phát, ống phát tia, bảng mạch + bộ điều khiển từ
xa.
Căn cứ theo yêu cầu mà hệ thống cần đáp ứng, nhóm đề tài đã lựa chọn bộ phát
tia X với thông số kỹ thuật cơ bản nh sau:
* Hiệu điện thế sử dụng: từ 70 kv - đến 100 kv.
* Kiểu hoạt động: hoạt động liên tục 100% công suất.
* Làm mát: bằng tra dầu kín.
* Khả năng đâm xuyên qua vật liệu: tối thiếu 0,8 cm; tối đa 5 cm.
* Liều lợng cho 1 lần kiểm tra: 0.1 mR max.
* Kiểu chùm tia: chùm tia hình quạt (fan beam).
(2) Collimator: là tấm chắn với tác dụng làm mảnh tia X theo đúng hình quạt, tập
trung năng lợng vào đúng dãy detectors hình chữ L.
(3) Bộ gá đối tợng kiểm tra: để gá đối tựợng kiểm tra trên đó và chuyển động tịnh
tiến theo bớc min là 0,5cm trong khoang kiểm tra. Tại mỗi bớc, khi dừng lại để tiến
hành chụp cắt lớp đối tợng thì bộ gá sẽ xoay đối tợng 360
0
quanh trục tịnh tiến.
Quá trình xoay đợc thực hiện theo từng bớc 30
0
.
(4) Detectors: dãy detectors đợc bố trí theo hình chữ L, bao gồm 8 Detector Head
Board (DH), mỗi board gồm 128 channel, với độ rộng mỗi detector là 0.8mm. Tất cả
các DH này đợc nối nối tiếp tới board thu thập/xử lý tín hiệu - Signal Procesing
Board (SP) của XDAS.
(5) XDAS (X-Ray Data Aquisition System): là hệ thống thu thập dữ liệu X-Ray đợc
sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng X-Ray linescan. XDAS giao tiếp thẳng với PC qua
giao diện USB2
(6) PC: Bao gồm phần mềm thu thập dữ liệu, tái tạo ảnh CT và phần mềm điều khiển
hệ thống
+ Nguyên lý làm việc:
- Step 1: Đối tợng kiểm tra đợc gá vào bộ gá tại vị trí gá tức là bên ngoài
khoang chụp.
- Step 2: Chuyển động bộ gá vào vị trí để sẵn sàng cho quá trình chụp.

23
- Step 3: Nhấn nút 'X-Ray ON' trên bàn điều khiển; Bộ phát tia X bắt đầu hoạt
động; Bộ gá tĩnh tiến vào 1 bớc trong khoang chụp.
- Step 4: Tại vị trí mỗi bớc, bộ gá tiến hành xoay đối tợng đi 360
0
với mỗi
bớc xoay là 30
0
. Tại mỗi hớng chiếu, thu đợc 01 ảnh bức xạ của lớp cắt đó của đối
tợng. Nh vậy tại mỗi lớp cắt sẽ có 12 ảnh bức xạ của lớp đó đợc truyền sang PC để
phần mềm thu nhận và tiến hành xử lý, tái tạo ảnh CT. Thời gian cho toàn bộ quá
trình này là 12 giây.
- Step 5: Bộ gá tĩnh tiến thêm 01 bớc (độ dài của 01 bớc này có thể đợc điều
chỉnh, ngầm định là 0,5 cm), toàn bộ quá trình đợc lặp lại nh Step 4.
- Step 6: Khi hết chiều dài kiểm (tối đa là 20cm), hệ thống sẽ tự động tắt nguồn
phát tia X.
- Step 7: Toàn bộ ảnh 3D của đối tợng đợc hiển thị trên màn hình; Tối đa là
40 lớp cắt của đối tợng đã đợc chụp và lu trữ. Nếu thấy cần thiết xem lại ảnh chụp
của lớp cắt nào thì có thể view, room ảnh đó trên màn hình.
- Step 8: Chuyển động bộ gá để đa đối tợng kiểm ra vị trí ở B1. Chu kỳ làm
việc kết thúc.
3. Thiết kế kỹ thuật của hệ thống:
Qua sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc đã xây dựng ở phần trớc, nhóm đề
tài đã đa ra thiết kế kỹ thuật của hệ thống nh sau:
3.1. Phần kết cấu cơ khí, bộ nguồn phát, điều khiển tia X:
Toàn bộ hệ thống đợc xây dựng trên cơ sở máy soi hành lý Dynavision 400A
của hãng Control Screening:

24


Máy soi bằng tia X - Dynavision 400A
Các thông số chính của máy Dynavision 400A:
- Chuyển đối tợng soi bằng băng tải.
- Khoang chiếu: rộng 64 cm; cao 38 cm.
- Nguồn phát tia X: maximum 90 kv, vận hành ở 85 kv. Cờng độ cho 01 lần
kiểm 0.1 mR; Hình dạng tia: fan beam.
- Bố trí detectors: hình L.
Với các thông số kỹ thuật nh trên, chúng ta thấy rằng máy Dynavision 400A
hoàn toàn thích hợp để tích hợp cho hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X, ứng
dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT theo nh mục tiêu đã đề ra của đề tài.
3.2. Hệ thống thu nhận dữ liệu X-ray:

25

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×