基于射线探伤技术的胶合板内部无损检测设备

基于射线探伤技术的胶合板内部无损检测设备

（吕吉韬，李光毅,周吉帅,曹策）

青岛理工大学

内容简介

胶合板芯板表面识别检测装置的机械结构设计以及光源和相机的选择，以及胶合板图像采集及处理算法。

该装置通过固定柱、连接杆、压块、推板和凸轮等部件构成推动装置，实现对芯板表面的检测。

光源选择了三基色条形荧光灯，相机选择了分辨率为8k的CCD线扫相机，以满足对图像质量的要求。

图像采集及处理算法使用高斯模板滤波和Sobel边缘检测算法，通过灰度阈值提取和闭运算等方法提取缺陷特征，最终实现了缺陷区域的检测与分割。

整体设计稳定可靠，能够有效地应用于胶合板芯板表面的缺陷检测与分析。

1设计方案

1．使用射线探伤技术，通过向胶合板内部发射射线，实现对其内部缺陷和损伤的检测。这种技术能够穿透胶合板材料，揭示隐藏在表面下的各种问题，如裂纹、气泡或异物等。

2．我们设计了一套射线探伤设备，包括射线源、探测器和数据处理系统。射线源负责产生足够能量的射线，探测器则接收穿透胶合板后的射线信号，并将其转换为电信号，传送给数据处理系统进行分析。

3．射线源作为设备的核心部件，能够稳定产生高能量的射线，穿透胶合板内部。探测器则负责接收经过胶合板后的射线，并将其转换为电信号，以便后续的数据处理和分析。

4．数据处理系统是射线探伤设备的智能核心，它能够对接收到的射线信号进行处理和分析。通过比对信号的强度、密度和分布等参数，系统能够准确判断胶合板内部是否存在缺陷或损伤，并生成相应的检测报告。

5．根据射线探伤的结果，我们可以及时采取措施对胶合板进行修复或报废处理。对于发现的缺陷或损伤，我们可以进行局部修复，提高胶合板的使用寿命和质量。同时，对于严重的缺陷，我们也可以及时将胶合板报废，以避免可能的安全隐患和质量问题。

2理论设计计算

胶合板芯板表面识别检测装置检测机架顶端的一侧固定安装有推动装置，推动装置包括固定柱、连接杆、压块、推板和凸轮、储料箱、挑选箱等。固定柱中部开设的第一圆孔与连接杆的中部穿插连接，推板通过连接杆与压块固定连接，且连接杆一端的中部套接伸缩弹簧，凸轮位于靠近压块的一端，凸轮与第二电动机的输出轴固定连接，第二电动机固定安装于机架底端一侧的外壁，机架的中部固定安装挑选箱和储料箱，挑选箱内部上方安装板底端的两侧等距安装有若干个条形灯，安装板底端的中部固定安装相机。封闭式的挑选箱可以避免外界光线变化的干扰，稳定图像拍摄采集环境，加速后期图像特征提取。

1.光源及相机选择

光源的选择至关重要，合适的光源可以使图像的目标特征更加突出，机器视觉常用光源有荧光光源、金属卤素光源、红外光源等。考虑胶合板芯板的纹理颜色偏黄，缺陷部位如死节、树皮都呈暗色。荧光灯的显色指数较高，光效强，因而选择三基色条形荧光灯可以调节光源三基色比例，提高图像对比度，突出缺陷特征。相机是视觉图像采集的核心部件，为检测项目选择合适的相机需要考虑的因素有: 相机分辨率、帧率、像元尺寸等。根据感光芯片的不同，工业相机主要有 CCD（Charge coupled Device）相机与COMS（Complementary Metal－Oxide Semiconductor）相机两种。相较于COMS相机，CCD相机的成像质量更好、解析度更高，但成本及功耗也较高。考虑到胶合板芯板表面缺陷所检测的内容对图像质量的要求较高，主要有:毛刺、树皮、树节（包括活节和死节），故选择CCD相机，又因为芯板毛刺缺陷通常与芯板纹理同向，且芯板的规格固定、表面积较大，选用线扫相机可以更好更全面地采集到胶合板芯板的表面特征信息。

2.胶合板图像采集及处理算法

  CCD线扫相机与DMA（ Direct Memory Access） 缓冲高速图像采集卡相配合，实现在线实时采集处理。

由于图像具有局部连续性，相邻像素之间的灰度值较为接近，而当有噪声存在时，噪声点处存在数值突变，平均模板的滤波可使数字图像中的噪声点灰度值得到修正，但同时图像也变得模糊，当模板增大时，图像细节也将难以辨识，即滤波模板的尺寸直接影响图像的细节。

图像边缘提取算法主要有Canny、Prewitt、Roberts等。对滤波后的图像采用3×3掩模矩阵的sobel边缘算子进行检测，芯板的边缘信息丰富，死结、树皮、孔洞及大毛刺的边缘较为明显，而正常的纹理及允许范围内小缺陷（如活节、小毛刺）的边缘较弱，采用灰度值特征便可将缺陷边缘提取出。由于噪声和光照的不均衡，边缘点往往不连续，为进一步提取有效的缺陷边缘，经灰度阈值提取后对边缘图像先进行闭运算再做缺陷区域分割，对分割区域进行面积筛选，提取影响板材品质的缺陷区阈。

3创新点及应用

1.创新点1：通过设计的识别方案对不同品质的芯板进行识别检测，可实现自动分级并记录数据，将判别依据标准化。

此检测设计解决了人工检测因视觉疲劳而对芯板缺陷错判、漏判，以及主观判断造成的质量参差不齐的问题，机器视觉取代人眼可以提高检测良品率及工作效率，降低工作人员的劳动强度，节约人力管理成本。

2.创新点2：设计一种芯板自动上料装置及挑选箱，挑选箱里安装图像采集设备采集芯板图像至电脑终端，其次进行图像处理，根据图像特征提取结果，计算芯板缺陷占原图像比率值进行分级，最后输出控制信号至传动装置，根据分级结果进行分类堆放。

3.创新点3：在线监测及故障诊断系统技术研发。CCD线扫相机与 DMA( Direct Memory Access) 缓冲高速图像采集卡相配合，实现在线实时采集处理，由于图像具有局部连续性，相邻像素之间的灰度值较为接近，而当有噪声存在时，噪声点处存在数值突变，平均模板的滤波可使数字图像中的噪声点灰度值得到修正，但同时图像也变得模糊，当模板增大时，图像细节也将难以辨识，即滤波模板的尺寸直接影响图像的细节。

参考文献

[1]陈宁. 基于振动声学的胶合板鼓泡缺陷检测技术研究[D].福建农林大学,2023.DOI:10.27018/d.cnki.gfjnu.2023.000557.

[2]郭红英.基于机器视觉的胶合板芯板缺陷检测系统设计[J].龙岩学院学报,2021,39(05):49-53.DOI:10.16813/j.cnki.cn35-1286/g4.2021.05.010.

[3]何盛,林兰英,傅峰.应用不同国家标准对结构胶合板胶合强度检测的比较研究[J].林产工业,2013,40(01):18-20+31.DOI:10.19531/j.issn1001-5299.2013.01.005.

[4]吴成东,陈莉,康健等.胶合板缺陷模糊神经网络检测算法[J].沈阳建筑工程学院学报(自然科学版),2004(03):228-231.

[5]童汉星.胶合板内在质量检测中采用回归分析法的探讨[J].木材工业,1995(05):37-38+32.DOI:10.19455/j.mcgy.1995.05.010.