专利名称：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。
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。
具体实施例方式
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、2ESH，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。
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。
权利要求
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，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。
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。
全文摘要
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。
文档编号G01N23/04GK1707251SQ200510034769
公开日2005年12月14日 申请日期2005年5月25日 优先权日2005年5月25日
发明者黄茜, 黄昊 申请人:华南理工大学