nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tai x

Danh sách các thành viên tham gia thực hiện đề tài
Bộ công thơng
Viện máy và dụng cụ công nghiệp
----------oOo----------

TT

Họ và tên

Học hàm, học vị

Cơ quan công tác

1

Nguyễn Đức Minh

TS. Cơ khí CTM

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

2

Lê Hồng Sơn

ThS. Cơ khí CTM

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

3

Nguyễn Danh Tiến

Kỹ s Cơ khí

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

4

Nguyễn Chí Cờng

ThS. CNTT

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

5

Phan Anh Dũng

ThS. Điện tử

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

6

Nguyễn Trung Kiên

Kỹ s Tự động Viện máy và dụng cụ công nghiệp

7

Phạm Văn Tiến

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

hóa
Kỹ

s

Cơ

khí Viện máy và dụng cụ công nghiệp

CTM

Cơ quan chủ trì

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

8

Phạm Thanh Tú

Cử nhân CNTT

9

Trần Văn Chung

Cử nhân Mạng TT Viện máy và dụng cụ công nghiệp

Chủ nhiệm đề tài

& truyền thông
10 Phùng Văn Đông

Cử nhân Vật lý hạt Viện máy và dụng cụ công nghiệp
nhân

TS. Đỗ Văn Vũ

TS. Nguyễn Đức Minh

Hà nội 11/2010
2


Bộ công thơng

+ Xây dựng module phần mềm thực hiện việc thu thập dữ liệu X-Ray.

Cộng hoà x hội chủ nghĩa Việt nam

Viện máy và dụng cụ công nghiệp

từ tháng 11/2009 đến tháng 02/2010

Độc lập Tự do Hạnh phúc

+ Hoàn thiện module phần mềm tái tạo ảnh CT.
từ tháng 11/2009 đến tháng 06/2010

Báo cáo tóm tắt

+ Xây dựng module phần mềm để điều khiển bộ truyền động bằng máy tính.

thực hiện đề tài 178.09 RD/HĐ-KHCN

từ tháng 01/2010 đến tháng 06/2010
+ Xây dựng module phần mềm để điều khiển chu trình chung của hệ thống.

Tên đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia X

7. Tích hợp toàn bộ hệ thống chụp cắt lớp chi tiết máy.

cho kiểm tra các chi tiết máy
Cấp quản lý:

Bộ Công Thơng

Cơ quan thực hiện:

Viện máy và dụng cụ công nghiệp.

từ tháng 07/2009 đến tháng 06/2010
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

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

9. Báo cáo tổng kết đề tài.
từ tháng 10/2010 đến tháng 12/2010

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.

Kết quả: Đề tài đã tạo ra đợc bộ sản phẩm của đề tài đúng theo nh thuyết minh

I.>

đề tài, bao gồm:

Các nội dung nghiên cứu và tiến trình thực hiện:

1. Thời gian bắt đầu: 01/2009.

+ Báo cáo về ứng dụng công nghệ chup ảnh cắt lớp CT để kiểm tra các đối

2. Nghiên cứu tổng quan về thiết bị và ứng dụng các hệ thống chụp ảnh cắt lớp bằng

tợng trong công nghiệp bằng tia X.

tia X dùng trong công nghiệp.

+ Thuyết minh và thiết kế tổng thể hệ thống thiết bị kiểm tra đối tợng trong
công nghiệp bằng tia X.

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

+ Bộ gá đối tợng kiểm tra, đáp ứng các yêu cầu về truyền động và đợc điều

chụp ảnh cắt lớp tia X.

khiển tự động qua máy tính PC.
+ Hệ thống phần mềm: bao gồm các module phần mềm: module phần mềm thu

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

thấp dữ liệu X-Ray; module phần mềm tái tạo ảnh CT; module phần mềm để

khuyết tật của các chi tiết máy.

điều khiển bộ truyền động bằng máy tính; module phần mềm để điều khiển chu
trình chung của hệ thống.

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

+ Hệ thống thiết bị để kiểm tra các đối tợng trong công nghiệp hoàn chỉnh

quá trình chụp cắt lớp CT.

(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

từ tháng 06/2009 đến tháng 12/2009
6. Tiến hành xây dựng và hoàn thiện các module phần mềm:

3

4


Qua các kết quả thu đợc trong quá trình thử nghiệm, hệ thống đợc thiết kế,

Báo cáo khoa học kỹ thuật

chế tạo đã đáp ứng đợc tất cả các yêu cầu đề ra của đề tài.
II.>

đề tài 178.09 RD/HĐ-KHCN

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.

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

- Mua vật t, nguyên, nhiên, vật liệu, tài liệu, dụng cụ phục vụ cho công việc

Nội dung báo cáo

thực hiện đề tài.
Mở đầu

- Thuê khoán chuyên môn.

+ Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc.

- Vật t, văn phòng phẩm, công tác phí.
III.>

+ Mục tiêu đề tài

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.

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.

- 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

Kết luận và hớng phát triển
+ Các kết quả đạt đợc

lớp CT, sử dụng tia X.

+ Hớng phát triển

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

6


Mục lục
Nội dung

Trang
09

Mở đầu
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc

09

Mục tiêu nghiên cứu và các nội dung thực hiện chính của đề tài

10

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
2.2. Các phơng pháp tái cấu trúc hình ảnh

31

2.3. Thuật toán chiếu ngợc lọc

35

Phần IV

Tổng quan về thiết bị và việc ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp

12

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

Thiết kế chi tiết bộ truyền động gá chi tiết phục vụ cho quá trình

43

chụp cắt lớp CT

nội dung chính
Phần I

31

12

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

tiết, sản phẩm trong công nghiệp

44

12

3.2. Thiết kế điều khiển động lực

44

1.2. Các phơng pháp kiểm tra không phá hủy - NDT

12

3.3. Hệ thống phần mềm, điều khiển

44

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

1.1. Các phơng pháp kiểm tra các chi tiết, sản phẩm trong công nghiệp

2.> Tổng quan về hệ thống chụp ảnh cắt lớp CT

14

Phần V

Tích hợp và thử nghiệm, đánh giá kết quả hoạt động của toàn bộ hệ
thống

1.> Quá trình tích hợp toàn bộ hệ thống

2.1. Khái niệm về chụp ảnh cắt lớp CT

14

1.1. Phần mềm điều khiển chu trình hoạt động chung của toàn hệ thống và quá

2.2. Nguyên lý của kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT

15

trình tích hợp các module phần mềm

2.3. Phân loại các phơng pháp quét ảnh theo thế hệ máy CT Scanner

15

1.2. Quá trình tích hợp phần cứng

3.> Tổng quan về quá trình tái tạo và xử lý ảnh CT

19

2.> Quá trình thử nghiệm, đánh giá tính năng hoạt động của toàn bộ hệ thống

3.1. Giới thiệu và tổng quan

19

2.1. Thử nghiệm, đánh giá đối với bộ truyền động

3.2. Quá trình chụp ảnh cắt lớp

20

2.2. Thử nghiệm, đánh giá chức năng thu nhận dữ liệu X-Ray và khả năng thể hiện

22

sự hấp thụ năng lợng tia X

Phần II

Thiết kế tổng thể của hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X ứng

2.3. Thử nghiệm, đánh giá chức năng chụp và tái cấu trúc ảnh cắt lớp

dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT
1.> Các yêu cầu đối với hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X

22

49

2.4. Đánh giá chung về quá trình và kết quả thử nghiệm

49
49
51
54
55
59
61
65

2.> Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống

22

Kết luận và hớng phát triển

66

3.> Thiết kế kỹ thuật của hệ thống

24

Tài liệu tham khảo

68

3.1. Phần kết cấu cơ khí, bộ nguồn phát, điều khiển tia X

24

Phụ lục

69

3.2. Hệ thống thu nhận dữ liệu X-ray

25

Phụ lục 1: Bộ bản vẽ thiết kế cơ khí bộ dẫn động chi tiết

3.3. Bộ gá đối tợng kiểm tra

27

Phụ lục 2: Bộ bản vẽ thiết kế điều khiển động lực bộ dẫn động chi tiết

3.4. Các Module phần mềm trong hệ thống

28

Phụ lục 3: Hợp đồng và các phụ lục hợp đồng của đề tài

Phần III

Các module phần mềm cho việc thu thập, xử lý dữ liệu tia X và tái

29

tạo ảnh CT

7

8


Cho tới nay, tại Việt Nam, chỉ có một số dây chuyền tự động trong sản xuất lắp

Mở đầu

ráp thiết bị cơ, thuỷ khí, điện, điện tử, cơ điện tử của một số công ty nớc ngoài là có
Ngày nay tia X đã trở nên rất quen thuộc đối với mọi đối tợng trong cuộc sống

trang bị thiết bị kiểm tra chi tiết máy bằng tia X theo dây chuyền nhập đồng bộ. Đây

xã hội bởi nó ngày càng đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nh : nghiên cứu khoa

là các thiết bị cung cấp độc quyền của một số hãng châu Âu, Bắc Mỹ, G7 nh: North

học, y tế, an ninh, quốc phòng, trong công nghiệp, v.v... Hầu hết các ứng dụng tia X

Star Imaging (Mỹ), Tomo Adour (Pháp), YXLON International X-ray (CHLB Đức),

đều dựa trên tính chất đặc trng của tia X là bức xạ điện từ xuyên thấu, có bớc sóng

Hamamatsu (Nhật bản).

ngắn hơn sóng ánh sáng. Tia X tác động vào các phần tử vật chất và xuyên qua chúng,

Hiện tại, cha có đơn vị, công ty nào tại Việt nam có khả năng thực hiện toàn

hình ảnh nhận đợc ở phía sau là các vùng sáng tối khác nhau. Sự hấp thụ bức xạ tia

bộ các công đoạn từ nghiên cứu, thiết kế tới chế tạo ra các sản phẩm này, một số đơn

X của các chất phụ thuộc vào tỷ trọng và nguyên tử lợng của chất ấy. Dựa trên hình

vị mới chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu, thiết kế một phần hoặc cung cấp các dịch vụ kỹ

ảnh nhận đợc khi tia X xuyên qua đối tợng ngời ta có thể xác định đợc nhiều tính

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

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

cắt lớp CT để kiểm tra chi tiết máy là hết sức cần thiết, nhằm vừa tự trang bị, giảm chi

phơng pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ - RT (RadioGraphic Test), thuộc nhóm

phí nhập ngoại, đồng thời nâng cao trình độ sản xuất không những của các ngành sản

các phơng pháp kiểm tra không phá hủy (Non Destructive Testing NDT), đây là

xuất liên quan, còn thúc đẩy ngành cơ điện tử nói chung, và đặc biệt là ngành đo

phơng pháp thông dụng để xác định khuyết tật của mối hàn, sản phẩm đúc, chi tiết

lờng và tin học công nghiệp, phát triển theo hớng chuyên sâu, có đợc những sản

máy, v.v.. Phơng pháp kiểm tra không phá hủy bằng chụp ảnh bức xạ có khá nhiều

phẩm công nghệ cao, tơng đơng trình độ khu vực và thế giới.

u điểm nh : nhanh, không tiêu hao vật t, không ô nhiễm môi trờng, có thể số hóa

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

kết quả, v.v..
Từ phơng pháp chụp ảnh bức xạ, kết hợp với khả năng tính toán, xử lý dữ liệu,

vực nghiên cứu, ứng dụng tia X. Vừa qua Viện IMI đã đợc Nhà nớc trang bị Phòng

xử lý ảnh trên máy tính ngời ta đã phát triển ra phơng pháp dùng tia X - ứng dụng

kỹ thuật tia X thuộc Phòng Thí nghiệm Cơ điện tử-IMI Holding, đây là phòng thí

kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT để kiểm tra các khuyết tật của các sản phẩm, chi tiết

nghiệm bao gồm tơng đối đầy đủ các thiết bị để nghiên cứu, chế tạo ra các sản phẩm

máy. Đây là phơng pháp kiểm tra cho kết quả rất chính xác và thờng đợc sử dụng

ứng dụng tia X. Trong quá nghiên cứu, triển khai các đề tài, Viện IMI cũng đã xây

để kiểm tra các sản phẩm, chi tiết máy quan trọng.

dựng đợc một đội ngũ cán bộ có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu, thiết kế, chế

Các thiết bị kiểm tra bằng tia X, ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT có

tạo các thiết bị ứng dụng tia X. Đây là các điều kiện thuận lợi để Viện IMI thực hiện

công nghệ tơng đối phức tạp và đòi hỏi sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nh : vật lý hạt

đề tài Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp bằng tia X cho kiểm tra các

nhân, điện tử, điều khiển, cơ khí chính xác và CNTT nên hầu hết các hãng trên thế

chi tiết máy.

giới tham gia nghiên cứu, chế tạo nhóm sản phẩm này đều phải có đợc các bí quyết

* Mục tiêu của đề tài:

của riêng họ. Vì các ứng dụng tia X có những đặc thù riêng nên việc trao đổi, phổ

Với các điều kiện thuận lợi của mình, Viện IMI đã tập trung nhiều nguồn lực

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

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

nội dung chính

+ 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.

phần I

+ Tích hợp, thử nghiệm thiết bị để tiến tới đa đợc sản phẩm vào hoạt động
trong dây chuyền sản xuất thực tế.

Tổng quan về thiết bị và việc ứng dụng công nghệ chụp

* Các nội dụng thực hiện chính của đề tài:

ảnh cắt lớp cho kiểm tra các đối tợng trong công

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 :

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.

+ 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.

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

11

12


liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong

tật các sản phẩm trong công nghiệp bằng tia X đã đợc một số các hãng nổi tiếng trên

trờng hợp không tiếp xúc đợc hai mặt (thờng ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt thép

thế giới tập trung vào nghiên cứu, chế tạo nh : North Star Imaging (Mỹ), Tomo

(trong các công trình xây dựng... ),v.v...

Adour (Pháp), YXLON International X-ray (CHLB Đức), Hamamatsu (Nhật bản), GE

Kiểm tra không phá hủy gồm nhiều phơng pháp khác nhau, từ phơng pháp

Inspection Technologies, NDT System, Viscom AG, X-ItSystem, v.v.. . Sản phẩm của

đơn giản nhất là phơng pháp kiểm tra bằng mắt đến các phơng pháp phức tạp nh

các hãng cũng rất đa dạng, từ những máy trạm lớn cố định tới những hệ máy nhỏ xách

chụp cắt lớp bằng phơng pháp cộng hởng từ hạt nhân, tuy nhiên có thể tạm chia

tay, từ các máy chuyên dùng đợc thiết kế riêng cho việc kiểm tra các đối tợng đặc

thành hai nhóm phơng pháp đó là:

biệt đến những loại phổ thông áp dụng đợc cho nhiều đối tợng kiểm tra.

+ Nhóm phơng pháp kiểm tra NDT thông thờng: bao gồm các phơng pháp kiểm
tra không phá hủy thông dụng:

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

- Phơng pháp kiểm tra bằng mắt (VT).

kỹ thuật, trao đổi thông tin, kết quả, công tác lu trữ cũng nh quản lý.

- Phơng pháp chụp ảnh phóng xạ (RT).

Công nghệ chụp ảnh X-quang kỹ thuật số ra đời đã loại bỏ đợc nhiều nhợc

- Phơng pháp siêu âm (UT).

điểm của chụp X-quang dùng phim nh: tốn thời gian chụp, chiếu, rửa phim, cũng

- Phơng pháp hạt từ (MT).

nh vật t tiêu hao trong quá trình sử dụng đồng thời lại phát huy đợc thế mạnh của

- Phơng pháp thẩm thấu (PT).

kỹ thuật điện tử số và công nghệ phần mềm xử lý ảnh do đó trong phơng pháp RT thi

- Phơng pháp dòng xoáy (ET).

việc dùng X-Quang kỹ thuật số đang dần thay thế việc dùng phim cổ điển.

+ Nhóm phơng pháp kiểm tra NDT đặc biệt:

1.4. Hệ thống kiểm tra bằng tia X, ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT:

- Phơng pháp chụp ảnh nơtron.

Ngày nay với sự phát triển vợt bậc của máy tính đặc biệt ở khả năng, tốc độ

- Chụp cắt lớp bằng phơng pháp cộng hởng từ hạt nhân.

tính toán cho phép có thể xử lý hàng triệu triệu phép tính / 1 giây, điều này đã tạo cơ

- Kỹ thuật vi sóng, bức xạ âm v.v...

sở cho việc xây dựng các hệ thống kiểm tra theo phơng pháp chụp ảnh phóng xạ RT,

Trong các phơng pháp NDT đã nêu trên, mỗi phơng pháp đều có u điểm

ứng dụng kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp CT. Các hệ thống với cấu hình này cho phép đa

riêng, không phơng pháp nào có thể thay thế đợc phơng pháp nào. ứng với mỗi

ra nhiều bức ảnh phóng xạ của vật kiểm theo nhiều lớp với các góc chiếu khác nhau

trờng hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phơng pháp kiểm tra phù hợp.

thay vì chỉ là một bức ảnh phóng xạ của vật kiểm, do vậy nâng cao rất nhiều khả năng

1.3. Phơng pháp kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ RT (Radio Graphic Test):

cũng nh độ chính xác của hệ thống kiểm tra.

Đối với các hệ thống kiểm tra trong các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp

Trong các hệ thống kiểm tra theo phơng pháp RT mà có ứng dụng kỹ thuật

tức là các vật kiểm tra là các chi tiết máy, sản phẩm đúc hoặc các mối hàn thì phơng

chụp ảnh cắt lớp CT thì hệ thống xử lý CT Scanner đóng vai trò chính trong việc quyết

pháp thờng đợc áp dụng là phơng pháp chụp ảnh phóng xạ RT.

định tính chính xác của hệ thống. Đây là hệ thống phức tạp bao gồm từ các thiết bị

Phơng pháp chụp ảnh phóng xạ RT dựa trên nguyên lý cơ bản là chụp ảnh bức

phần cứng: bộ phát tia, các detectors, bộ truyền động, hệ thống thu nhận ảnh, phần

xạ của vật kiểm đối với tia X, hoặc tia Gama, vì là ảnh bức xạ do đó nó không chỉ

mềm phân tích và xử lý ảnh, phần mềm nhận đánh dấu-nhận dạng hình ảnh, v.v..

phản ánh tính chất bề mặt mà sẽ cho thấy rõ tính chất của vật liệu và đặc tính bên

2. Tổng quan về hệ thống chụp ảnh cắt lớp CT:

trong của vật kiểm.

2.1.Khái niệm về chụp ảnh cắt lớp CT:

Phơng pháp RT có khá nhiều u điểm nh : nhanh, không tiêu hao vật t,

Chụp ảnh cắt lớp CT là một kỹ thuật tạo ảnh lớp cắt cùng với sự hỗ trợ của máy

không ô nhiễm môi trờng, có thể số hóa kết quả, v.v... Các thiết bị kiểm tra khuyết

tính tạo ra các hình ảnh chụp cắt lớp sắc nét, rõ ràng. Công việc này đợc thực hiện

13

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

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.

tính, gọi tắt là CT (computer aided tomography hay computed tomography).

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
Sơ đồ khối của hệ thống máy quét CT

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. Phân loại các phơng pháp quét ảnh theo thế hệ máy CT Scanner:

2.3.2. Các máy CT thế hệ thứ hai:

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

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

Cấu trúc : khác với những máy thuộc thế hệ trớc, bóng X quang và đầu dò gắn

lần chiếu theo mặt sẽ tăng, kết quả giảm tổng số bớc quét phẳng và số lần quay của

chặt với nhau, cùng dịch chuyển hoặc quay. Máy thế hệ thứ 4 có hệ thống đầu dò tách

hệ thống đo. Với hệ thống này, tuỳ thuộc vào số cảm biến thời gian tạo ảnh một lớp

biệt với bóng X quang, đó là một tập hợp nhiều đầu dò đợc bố trí trên một vòng tròn

cắt trong khoảng từ 10-60 giây. Tuy nhiên do quá trình cơ học khi chuyển động ngang

bao quanh khoang chiếu.

hay quay, việc giảm thời gian tạo ảnh xuống thấp hơn nữa đối với hệ thống đo này

Phơng pháp quét : Bóng X quang quay tròn quanh vật thể chiếu, chùm tia phát

không thể thực hiện đợc .

thành hình rẻ quạt bao phủ vùng cần kiểm tra, các phần tử cảm biến sẽ đợc

2.3.3. Máy CT thế hệ thứ ba:

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:

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 30-60o 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 3600 để thực

hiện một lớp cắt. Khi quay tia X có thể hoặc đợc phát thành xung tại những góc cố
Hình 1.5: Sơ đồ quét của Spiral CT (thế hệ máy CT thứ 5)

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

Thế hệ CT thứ năm đang đợc sử dụng phần lớn ngày nay là Helical CT (Spiral

chỉ thực hiện một kiểu chuyển động quay và quay liên tục chứ không phải từng bớc.

CT) với dạng quét hình xoắn ốc. Kỹ thuật Slip-ring (chổi quét - cổ góp) đợc áp dụng

Thời gian chụp ngắn nhất giảm xuống chỉ còn cỡ một vài giây.

vào máy CT giúp quá trình quét đợc thực hiện nhiều vòng liên tục mà các thế hệ

2.3.4. Máy CT thế hệ thứ 4:

trớc không làm đợc. Do đó, tốc độ quét, không gian quét đợc cải thiện rất nhiều.
17

18


Kỹ thuật Slip-ring, là một cải tiến về mặt cơ điện, dùng cổ góp và chổi quét. Tất

chiếu. Dữ liệu đờng viền là đo sự suy giảm của tia X từ bóng phát tia tới những

cả năng lợng và tín hiệu điều khiển của phần tĩnh đợc truyền đến phần động thông

detector riêng lẻ. Để có đủ thông tin cho việc tạo nên một ảnh đầy đủ, chùm tia X

qua hệ thống Slip-ring có các slip-ring riêng lẻ song song dành cho detector, tube,

quay vòng, hoặc quét, xung quanh thiết diện cắt để tạo nên đờng viền từ những góc

truyền dữ liệu.

độ khác nhau. Điển hình, hàng trăm vùng tạo đợc và dữ liệu đờng viền của mỗi

Không chỉ phát triển về cấu hình quét, công nghệ CT còn có nhiều cải tiến

vùng đợc lu trữ trong bộ nhớ máy tính. Tổng số đo sự đâm xuyên tạo nên số vùng

quan trọng khác. Chùm tia X ban đầu chỉ là chùm hẹp dạng mỏng (Fan Beam), càng

và số tia X nằm trong khoảng giới hạn cho mỗi vùng. Tổng thời gian quét cho một lớp

về sau càng lớn hơn thành chùm dạng nón (Cone Beam), tăng thể tích chiếu và giảm

cắt khoảng từ 0.35s tới 15s, phụ thuộc vào việc thiết kế máy quét (scanner

thời gian thực hiện phép chụp. Thể tích chiếu tăng lên đồng nghĩa với lợng dữ liệu

mechanism) và ngời điều khiển chọn kiểu quét thay đổi. Chất lợng của ảnh có thể

lớn hơn nhiều, cần đờng truyền và bộ nhớ lớn hơn, đem lại độ chính xác cao hơn.

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

Hình 1.6: Sự thay đổi của dạng chùm tia X

tính.

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

+ 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

hoạt động của cả hệ thống.

nhau, bộ gá vật thể chiếu di chuyển trên một khoảng cách bao trùm vùng kiểm tra.

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.

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

+ ảnh CT đợc bắt đầu với việc quét pha. Trong pha đó, một chùm tia X mỏng

Xquang thông thờng), rộng bằng bề dày của lớp cắt (đã đợc xác định). Dựa trên

có hớng chiếu khi xuyên qua những cạnh (edges) của phần vật thể chiếu để tạo ảnh.

hình ảnh toàn cảnh này để lập chơng trình tạo ảnh cắt lớp.

bức xạ khi đi qua phần vật thể chiếu đợc đo bằng dãy detector. Các detector này

3.2.2. Quét cắt lớp

không thể tạo ra đợc ảnh CT hoàn chỉnh mà nó chỉ cho hình viền của một đờng
19

20


Bóng phát tia và cụm đầu dò quay quanh vật thể chiếu một góc 360o để thực

phần II

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

thiết kế tổng thể của hệ thống kiểm tra chi tiết máy

tốc độ cố định (tốc độ chuyển động tịnh tiến của bộ gá vật thể chiếu phải phù hợp với

bằng tia X ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT

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

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

tomogram, hệ thống bóng/detector vẫn tiếp tục quay tròn quanh bộ gá vật thể chiếu.

nhằm vào các đối tợng kiểm tra là các chi tiết của các máy công cụ, các sản phẩm

Những hớng chiếu thu đợc từ những vị trí của những góc kế tiếp nhau trên vòng

đúc cỡ nhỏ tới trung bình, cụ thể kích thớc bao max của vật kiểm là: 20cm x 20 cm,

quay là nhanh.

trong đó độ dày max của thành vật kiểm là 4 cm.

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).

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).

Việc lựa chọn chiều dày lớp cắt bằng cách sử dụng một máy tính điều khiển bộ

- Vật kiểm đợc làm từ các vật liệu kim loại, độ dày của vật kiểm: <4 cm.

chuẩn trực ở bóng phát tia. Bóng phát tia, trong quá trình quét, có thể hoạt động theo

- Quá trình kiểm tra có thể phát hiện đợc các khuyết tật rỗ, nứt từ 5mm trở lên.

hai phơng thức:phát tia liên tục hoặc phát tia theo xung. Hiện nay hầu hết máy CT

- Quá trình kiểm tra từng vật kiểm là rời rạc (phải gắn vật kiểm vào bộ gá).

đều đợc thực hiện theo phơng thức phát tia theo xung vì giảm đợc công suất phát

- Thời gian để kiểm tra một vật kiểm tối đa là: < 10 phút.

tia, tránh cho bóng phải hoạt động căng thẳng. Để thu thập mẫu dữ liệu, bóng phát tia

- Kết quả chụp ảnh cắt lớp vật kiểm đợc lu trữ trên máy tính để phục vụ cho

đợc bật tắt hàng nghìn lần trong một vòng quay.

việc quản lý, theo dõi sau này.

3.2.3. Tiền xử lý và hậu xử lý

2. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống:

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

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:

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

Bộ phát tia X

Detectors

Collimator
Bộ gá

có thể xử lý để nâng cấp những nét đặc trng cho nó hoặc loại bỏ nhiễu, sự sai lệch

DH
SP

các mức suy giảm, hoặc do công nghệ còn cha hoàn hảo (nh hiệu ứng chùm tia
DH

cứng và lỗi đờng thẳng).

XDAS

PC

DH

Quá trình xử lý thờng tuân theo quy trình sau:

Object

- Xử lý dữ liệu tín hiệu - Singnal data processing.

DH

- Xử lý ảnh - Image processing.

DH

DH

DH

DH

Detectors

- Planar projection view (topogram or scout view)
- Fast Fourier Transforms

Sơ đồ hệ thống kiểm tra chi tiết máy bằng tia X,

ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT

21

22


- Step 3: Nhấn nút 'X-Ray ON' trên bàn điều khiển; Bộ phát tia X bắt đầu hoạt

+ Các thành phần chính của hệ thống:

động; Bộ gá tĩnh tiến vào 1 bớc trong khoang chụp.

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

- Step 4: Tại vị trí mỗi bớc, bộ gá tiến hành xoay đối tợng đi 3600 với mỗi
bớc xoay là 300. Tại mỗi hớng chiếu, thu đợc 01 ảnh bức xạ của lớp cắt đó của đối

xa.
Căn cứ theo yêu cầu mà hệ thống cần đáp ứng, nhóm đề tài đã lựa chọn bộ phát

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

tia X với thông số kỹ thuật cơ bản nh sau:

trình này là 12 giây.

* Hiệu điện thế sử dụng: từ 70 kv - đến 100 kv.

- Step 5: Bộ gá tĩnh tiến thêm 01 bớc (độ dài của 01 bớc này có thể đợc điều

* Kiểu hoạt động: hoạt động liên tục 100% công suất.

chỉnh, ngầm định là 0,5 cm), toàn bộ quá trình đợc lặp lại nh Step 4.

* Làm mát: bằng tra dầu kín.

- Step 6: Khi hết chiều dài kiểm (tối đa là 20cm), hệ thống sẽ tự động tắt nguồn

* Khả năng đâm xuyên qua vật liệu: tối thiếu 0,8 cm; tối đa 5 cm.

phát tia X.

* Liều lợng cho 1 lần kiểm tra: 0.1 mR max.

- Step 7: Toàn bộ ảnh 3D của đối tợng đợc hiển thị trên màn hình; Tối đa là

* 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

40 lớp cắt của đối tợng đã đợc chụp và lu trữ. Nếu thấy cần thiết xem lại ảnh chụp

trung năng lợng vào đúng dãy detectors hình chữ L.

của lớp cắt nào thì có thể view, room ảnh đó trên màn hình.

(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

0

hành chụp cắt lớp đối tợng thì bộ gá sẽ xoay đối tợng 360 quanh trục tịnh tiến.
0

- 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

Quá trình xoay đợc thực hiện theo từng bớc 30 .
(4) Detectors: dãy detectors đợc bố trí theo hình chữ L, bao gồm 8 Detector Head

tài đã đa ra thiết kế kỹ thuật của hệ thống nh sau:

Board (DH), mỗi board gồm 128 channel, với độ rộng mỗi detector là 0.8mm. Tất cả

3.1. Phần kết cấu cơ khí, bộ nguồn phát, điều khiển tia X:

các DH này đợc nối nối tiếp tới board thu thập/xử lý tín hiệu - Signal Procesing
Board (SP) của XDAS.

Toàn bộ hệ thống đợc xây dựng trên cơ sở máy soi hành lý Dynavision 400A
của hãng Control Screening:

(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

24


Qua phân tích yêu cầu đối với hệ thống là sản phẩm của đề tài, nhóm thực hiện
đề tài đã chọn hệ thống XDAS (X-Ray Data Acquisition System) của hãng Electron
Tubes Limited - UK. Cấu trúc của hệ thống XDAS lựa chọn cho hệ thống nh sau:
DH
01

DH
02

DH
03

DH
04

DH
05

Controler
USBInterface

PC

DH
06

DH
07

DH
08

SP01

Sơ đồ hệ thống XDAS

Detector Head Board-DH
Máy soi bằng tia X - Dynavision 400A

Signal Processing Board - SP

Các thông số kỹ thuật của hệ thống XDAS:

Các thông số chính của máy Dynavision 400A:

- Thời gian tích phân: từ 10 às đến 100s.

- Chuyển đối tợng soi bằng băng tải.

- Tỷ lệ signal / noise: > 10000:1.

- Khoang chiếu: rộng 64 cm; cao 38 cm.

- Tốc độ quét: max 20 kHz.

- 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.

- Dual energy option.
- Detector type: Scintillator type.

- Bố trí detectors: hình L.

- Data: 16 bit.

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.

- Dimensions: DH (101 mm x 110 mm); SP (101 mm x 122 mm).
- Non - linearity: <0.1 %.
- Detetor pitch: 0.8 mm hoặc 1.6 mm.

3.2. Hệ thống thu nhận dữ liệu X-ray:

- Interface: RS 485, max 9600 Baud.
- Power suply: + 5V and +12V.
25

26

Chu trình xử lý trong XDAS nh sau:

3.3 Bộ gá đối tợng kiểm tra:

- Detector head block diagram:

Đáp ứng các yêu cầu sau:
- Chuyển động tịnh tiến theo phơng dọc buồng chiếu (vuông góc với chùm
tia). Bớc của chuyển động: tối thiểu là 0,5 cm.
- Bộ gá có cơ cấu xoay đối tợng chiếu 3600 quanh trục dọc. Bớc của mỗi lần
quay là 300, thời gian xoay + thời gian dừng lại để chụp là 01 s cho mỗi góc quay
(tổng cộng là 12s cho một lớp).

- Signal processing block diagram:

Toàn bộ thiết kế chi tiết (phục vụ quá trình chế tạo, lắp đặt) sẽ đợc trình bày
chi tiết tại phần 4 của báo cáo.
3.4. Các Module phần mềm trong hệ thống:
Hệ thống bao gồm các module phần mềm sau:
+ Module phần mềm thu nhận dữ liệu X-Ray.
+ Module phần mềm xử lý dữ liệu, tái tạo ảnh CT.
+ Module phần mềm điều khiển hệ thống truyền động.
+ Module phần mềm điều khiển chu trình chung của hệ thống.
Phần mềm thu thập dữ liệu X-Ray đợc xây dựng trên cơ sở thiết bị XDASUSB và công cụ phát triển SDK của hãng Electron Tubes Limited. Phần mềm xử lý dữ
liệu và tái tạo ảnh CT đợc xây dựng trên các phần mềm, công cụ sẵn có của đơn vị
- System block diagram:

thực hiện đề tài và đặc biệt là dựa trên thuật toán chiếu lọc ngợc để tái tạo ảnh
CT. Chi tiết về hai module phần mềm này sẽ đợc trình bày ở phần 3 của báo cáo.

Phần mềm điều khiển hệ thống truyền động và phần mềm điều khiển chu trình
chung của hệ thống đợc thực hiện qua card đa chức năng PCI-1711 Advantech..
Chi tiết về các module phần mềm này bao gồm chu trình điều khiển, nguyên lý, cơ sở
để thiết kế xây dựng và giao diện sẽ trình bày ở phần 4 và phần 5 của báo cáo

Qua các thông số kỹ thuật của XDAS có thể thấy rằng XDAS hoàn toàn phù
hợp để xây dựng hệ thống theo mục tiêu của đề tài. Cụ thể thiết kế hệ thống của đề tài
sử dụng 08 board DH, 01 board SP, và 01 XDAS controler/ USB interface.
27

28


+ Phần mềm cho phép tách dữ liệu ở hai mức năng lợng. Vì đặc điểm của hệ

phần III

detector mà nhóm đề tài sử dụng là đáp ứng cho nguồn tia X năng lợng kép (dual
Các module phần mềm cho việc thu thập, xử lý dữ liệu tia
X và tái tạo ảnh CT

energy), do đó với mỗi board DH sẽ có 64 kênh ở mức năng lợng thấp và 64 kênh ở
mức năng lợng cao.

Quá trình thu nhận dữ liệu X-Ray, xử lý dữ liệu, tái tạo ảnh CT của hệ thống
thiết bị kiểm tra chi tiết máy bằng tia X, sẽ đợc thực hiện thông qua hai module phần
mềm sau:

+ Phần mềm cho phép thay đổi chế độ thu thập dữ liệu: câu lệnh (thu thập đủ
01 frame là dừng) hay là thu thập liên tục.

+ Phần mềm có màn hiển thị thể hiện dữ liệu thu về liên tục theo thời gian thực.

+ Module phần mềm thu nhận dữ liệu X-Ray.

Kết quả có thể view ở các chế độ khác nhau nh: line, bar, graphic, v.v..

+ Module phần mềm xử lý dữ liệu, tái tạo ảnh CT.

+ Phần mềm cho phép thực hiện các thao tác hiệu chỉnh: đặt thời gian tích

1. Phần mềm thu nhận dữ liệu X-Ray:

phân, hiệu chỉnh giá trị thu về, đặt ngỡng, v.v..

Đợc xây dựng, phát triển trên cơ sở phần mềm X-Ray Data Acquisition của
hãng Electron Tubes Limited. Đây là phần mềm thu thập dữ liệu đa năng, cho phép
tơng thích với cả 3 giao tiếp để thu nhận dữ liệu là: EPP (on LPT1), PCI 7300 data
acquisition card, XDAS USB adaptor.
Cấu hình giao tiếp mà nhóm đề tài chọn lựa để thực hiện cho hệ thống thiết bị là
XDAS USB adaptor.

Hình 3.2. Giao diện chính của module phần mềm thu thập dữ liệu X-Ray.
2. Phần mềm xử lý, tái tạo ảnh CT:
Dữ liệu X-Ray sau khi đợc thu thập cần phải qua các bớc xử lý, thực hiện các
Hình 3.1. Giao diện chọn giao tiếp của phần mềm thu thập data

thao tác để có thể tái tạo đợc ảnh của từng lớp cắt (slide) của đối tợng kiểm tra, sau

Phần mềm thu thập dữ liệu có các chức năng chính sau:

đó với dữ liệu của rất nhiều lớp cát, thực hiện thao tác để dựng lại ảnh 3D của đối

+ Đặt tần số quét: thiết lập tốc độ thu thập dữ liệu (2,5MHz 20 MHz), thông
số này sẽ quyết định số line dữ liệu sẽ đợc lấy về trong một đơn vị thời gian.

tợng. Toàn bộ các thao tác trên đợc thực hiện trong module phần mềm xử lý, tái tao
ảnh CT.

+ Phần mềm thu thập dữ liệu cho phép đáp ứng tới 31 module, mỗi module ở
đây là 01 board DH, mỗi board DH bao gồm 128 kênh dữ liệu.

Module phần mềm xử lý, tái tao ảnh CT chính là hạt nhân để tạo nên phần mềm
của hệ thống thiết bị ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp CT.

29

30


Do vậy trong phần này nhóm đề tài sẽ trình bày các nghiên cứu tổng quan về
các thuật toán tái cấu trúc, các phân tích về u, nhợc điểm của từng thuật toán và

th tng hp thnh hỡnh nh. Phng phỏp chiu ngc n thun cú th c mụ
phng qua hỡnh nh di õy:

cuối cùng là chi tiết về thuật toán tái tạo ảnh đợc lựa chọn của nhóm đề tài.
Thuật toán tái cấu trúc hình ảnh đợc lựa chọn chính là cơ sở để nhóm đề tài áp
dụng, phát triển và triển khai cho phù hợp với các yêu cầu của hệ thống thiết bị kiểm
tra chi tiết máy bằng tia X.
2.1. Khái quát về quá trình tái cấu trúc hình ảnh:

Tái cấu trúc hình ảnh là quá trình tổng hợp nhiều đồ thị (mảng 1 chiều) thành
hình ảnh 2-D của một lớp cắt vật thể. Quá trình này đòi hỏi một thuật toán tái cấu trúc
phù hợp và hiệu quả.
Các thuật toán tái cấu trúc hình ảnh có thể chia làm 2 nhóm cơ bản tùy theo
bản chất của thuật toán: phơng pháp khai triển (transform method) và phơng pháp
mở rộng chuỗi (series expansion method).
Phơng pháp khai triển gồm: thuật toán khai triển Fourier ngợc (Inverse
Fourier Transfrom) và thuật toán chiếu ngợc lọc (Filtered Back-projection), trong đó
thuật toán tái cấu trúc chiếu ngợc lọc với nhiều u điểm vợt trội đang đợc sử dụng
rất thông dụng. Trong khuôn khổ báo cáo này chúng tôi xin đề cập khái quát đến các
phơng pháp tái cấu trúc hình ảnh và chi tiết hơn về thuật toán chiếu ngợc lọc cho

+ Nhc im: Trong chiu ngc n thun, nhc im chớnh l nhiu nh: khụng

hình chiếu song song.

hin th c hỡnh nh sc nột v rừ rng, gõy nhũe vi nhng chi tit m trong vt

2.2. Cỏc phng phỏp tỏi cu trỳc hỡnh nh.

th. Do ú, thut toỏn ny ch mang ý ngha trc quan v lm nn tng phỏt trin

2.2.1. Phng phỏp khai trin (Transform Methods):

thut toỏn chiu ngc lc, ch khụng c s dng trong thc tin.

Phng phỏp khai trin bao gm cỏc thut toỏn: khai trin Fourier ngc

* Thut toỏn khai trin Fourier ngc:

(Inverse Fourier Transfrom) v chiu ngc lc (Filtered Back-projection). Trong ú,

Thut toỏn khai trin Fourier ngc s dng khai trin Radon phõn chia h

thut toỏn chiu ngc lc l s kt hp v k tha gia thut toỏn khai trin Fourier

s suy gim tuyn tớnh cỏc gúc thnh cỏc thnh t tn s cú khuch i khỏc

v chiu ngc n thun. Bn cht ca phng phỏp l dựng nhiu phng trỡnh vi

nhau, ging nh vic phõn bit õm thanh bi cỏc nt nhc. T nhng thnh t tn s

phõn 1 chiu tỏi cu trỳc hỡnh nh di dng mt hm s 2 chiu.

ny, d liu c tng hp trong mt khụng gian tn s v sau ú c tỏi cu trỳc

* Thut toỏn chiu ngc n thun:

thnh hỡnh nh nh vo khai trin Fourier ngc.

Vi thut toỏn chiu ngc, tia X i qua lỏt ct c chia thnh cỏc phn t
u nhau, mang mt giỏ tr ca h s suy gim tuyn tớnh tng cng ca tia ú. Bng
cỏch cng tt c cỏc h s suy gim tuyn tớnh cho mi phn t sau tng phộp chiu,
ta thu c mt mng 2 chiu cha cỏc giỏ tr h s suy gim tuyn tớnh à(x,y) cú
31

32


+ Nhược điểm: đối với thuật toán khai triển Fourier ngược, biến số xác định trên

miền số ảo, gây khó khăn cho việc xử lý số liệu trên máy vi tính và thường chỉ dùng
trên lý thuyết.

Mỗi tia X, được xem như có độ dày xác định, đi qua một số pixel và quét qua
đó một trọng số wij mà tổng đại số của chúng được gọi là “tổng của tia”, nghĩa là tổng
hệ số hấp thụ tuyến tính trên toàn tia đó. Sau khi quét ở nhiều góc khác nhau, ta sẽ

* Thuật toán chiếu ngược lọc:
Thuật toán chiếu ngược lọc có cơ sở là thuật toán khai triển Fourier với bộ lọc thích
hợp để “làm trơn” dữ liệu hình chiếu trước khi áp dụng cách thức chiếu ngược.
Những hàm lọc thông dụng nhất là các hàm lọc cao tần để giảm nhiễu và làm trơn
hình ảnh, và các hàm lọc thấp tần. Ngoài ra, thuật toán này còn sử dụng một chuỗi
các phương pháp toán học khác trong quá trình tái cấu trúc: cuộn chập, khai triển
Hilbert, nội suy…

thu được một hệ M phương trình của N ẩn wij, hay một ma trận cỡ MxN của wijvà ta
cần tìm ma trận đó. Ví dụ, một ma trận hình ảnh chỉ với kích thước 256 x 256 pixels
thì ta cần có tối thiểu M=65536 phương trình để giải hệ, như thế ma trận của hệ
phương trình sẽ có cỡ là 65536 x 65536. Thông thường, máy tính có thể giải được hệ
phương trình lớn hơn thế, nhưng thật khó để có thể thu được số hình chiếu lớn như
vậy. Do đó, ta phải áp dụng các phương pháp nội suy, như bình phương cực tiểu…
Phương pháp này được áp dụng đa dạng bằng nhiều thuật toán khác nhau, như

2.2.2. Phương pháp mở rộng chuỗi (Series Expansion Methods).
Đây là phương pháp đại số mô tả các hệ số suy giảm tuyến tính như là ẩn của
hệ phương trình đại số. Bề mặt lát cắt vật thể được chia thành các ô đều nhau dạng N
x M pixels.

ART (Algebraic Reconstruction Technique - Kỹ thuật tái cấu trúc đại số), ILST
(Iterative Least-square Techniqe - Kỹ thuật quy hồi bình phương nhỏ nhất), SIRT

(Simultaneous Iterative Reconstruction Technique- Kỹ thuật tái cấu trúc lặp đồng
thời)…
+ Nhược điểm: Phương pháp đại số mặc dù đơn giản hơn phương pháp khai
triển nhưng tồn tại những hạn chế rất quan trọng so với phương pháp khai triển tích
phân, đó là:

33

34


-

Phương pháp này yêu cầu thu thập toàn bộ dữ liệu trước khi được xử

suy giảm tuyến tính của mặt cắt trên hệ tọa độ O(x,y) thì hàm Pθ(t) là khai triển

lý, chứ không thể vừa thu thập vừa xử lý dữ liệu liền kề.

Radon của hàm phân bố f(x,y), chính là hình chiếu của f(x,y) ở góc θ:

-

Phương pháp này không thể xử lý được số lượng quá lớn dữ liệu.

-

Với vật chất phân bố không đồng đều trên toàn miền 360o, kết quả của
phương pháp mắc sai số rất lớn.

-

Để áp dụng được phương pháp đại số ta cần biết chính xác đường đi
của từng tia X, điều này là bất khả thi bởi tia X luôn bị tán xạ và cấu
hình máy quét CT không phải là “lý tưởng” .

2.2.3. Lựa chọn thuật toán chiếu ngược lọc:
Hiện nay, thuật toán chiếu ngược lọc được sử dụng phổ biến bởi nó khắc phục
được những nhược điểm của các thuật toán khác, đồng thời có thêm những ưu điểm
riêng như:
+ Dễ dàng thực hiện trên máy tính, đòi hỏi ít bộ nhớ và thời gian xử lý.
+ Dữ liệu từ các hình chiếu có thể được lọc và chiếu ngược liên tục, độc lập mà
không cần lưu trữ.
+ Chất lượng hình ảnh tái cấu trúc nhờ chiếu lọc ngược cao hơn hẳn các thuật
toán khác.
+ Thuật toán này không chỉ có thể áp dụng với hầu hết các cấu hình CT phẳng
mà còn được phát triển lên dành cho CT xoắn ốc hiện đại.
Qua khái quát về các thuật toán tái cấu trúc hình ảnh và phân tích ưu nhược
điểm của các thuật toán, xem xét tới mọi yếu tố của hệ thống, thiết bị đang được sử
dụng để thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã quyết lựa chọn “thuật toán chiếu
ngược lọc” làm cở sở để áp dụng và phát triển cho module phần mềm tái cấu trúc
ảnh của đề tài.

Khai triển Fourier của hàm Pθ(t) cho ta giá trị của F(u,v) dọc theo đường BB’
như minh họa dưới đây:

2.3. Thuật toán chiếu ngược lọc:
2.3.1. Các bước khai triển của thuật toán chiếu ngược lọc:
Bước đầu tiên, ta định nghĩa hình chiếu được sử dụng trong thuật toán này:
Hình dưới đây biểu diễn hình chiếu của vật thể ở một góc θ, nghĩa là phương chiếu

tạo với phương x của trục tọa độ góc một góc θ. Giả sử f(x,y) là hàm phân bố hệ số

35

36


Tích phân được từng phần từ 0 đến 180o và từ 180o đến 360o

(4)
Hàm F có tính chất:
(5)

Ö

(6)
Đặt t=xcosθ + ysinθ

Từ đó, ta suy ra dạng khai triển Fourier ngược:

Nếu ta thay thế khai triển Fourier của hình chiếu ở góc (θ,Sθ(w)) cho khai triển
Fourier 2 chiều F(w,θ):

Như thế, biết được dữ liệu hình chiếu, nhờ vào khai triển Fourier ngược ta có
thể suy ra được hàm phân bố f(x,y) ban đầu.
Để làm rõ hơn về thuật toán chiếu ngược lọc, chúng ta sẽ xem xét tới hai

(7)
Biểu thức trên có thể được biểu diễn khác đi:

trường hợp cụ thể của hệ thống tia X là dạng hình chiếu song song và hình chiếu
dạng quạt.

(8)
Với

2.3.2. Áp dụng thuật toán chiếu ngược lọc cho trường hợp hình chiếu song song:
Giả sử, hàm phân bố vật thể trên mặt cắt được biểu diễn bằng khai triển Fourier
ngược 2 chiều:

(9)
Phương trình (8) được gọi là phương trình chiếu ngược và phương trình (9)
biểu diễn bộ lọc của hình chiếu: tần số đáp ứng của bộ lọc là |w|. Với mỗi điểm (x,y)

(1)

trên mặt phẳng ảnh, có tương ứng một giá trị t=xcosθ + ysinθ với θ cho trước, và một

Đổi sang hệ tọa độ cực:

hàm lọc hình chiếu Qθ .

(2)

(3)
37

38

Như thế, tất cả các tia trong hình chiếu song song ở góc θ vuông góc với tia
PQ, và OB=t. Từ những hình chiếu song song Pθ(t), ta có thể tái cấu trúc lại được
hàm f(x,y) :
(11)
Với tm là giá trị của t khi mà Pθ(t)=0 với |t|>tm trong tất cả các hình chiếu.
Lấy hình chiếu song song trên toàn miền 360o :
(12)
Chuyển sang hệ tọa độ cực : x=rcosθ và y=rsinθ (13)

Từ hình minh họa trên, ta có thể thấy: với cùng 1 góc θ, giá trị của t là như
nhau đối với tất cả các điểm (x,y) trên đoạn LM. Do đó, hàm lọc hình chiếu Qθ đảm
bảo sự đóng góp giống nhau đến việc tái cấu trúc hình ảnh của những điểm này.

Ö

(14)

Đại lượng w có chiều là không gian tần số do đó phép tích phân trong phương

Thay (10) vào (14) :

trình (9) được lấy trên toàn không gian tần số.
2.3.3. Áp dụng thuật toán chiếu ngược lọc cho trường hợp hình chiếu dạng quạt:
Đặt Rβ(γ) biểu diễn hình chiếu quạt dưới đây:

(15)
Cận [-γ ;2π-γ] có thể thay bằng cận [0 ;2π], ta lấy tích phân trên toàn miền
o

360 và tất cả các hàm của β đều là tuần hoàn với chu kì 2π. Thừa số Sin-1(tm/D) bằng

với giá trị của γ cho tia SE, do đó cận [ -Sin-1(tm/D); Sin-1(tm/D)] của γ có thể thay
bằng [-γm ;γm] tương ứng. Thừa số Pβ+γ(Dsinγ) tương ứng với tích phân đường dọc
theo SA trong dữ liệu hình chiếu song song Pθ(t). Bằng việc chọn cận thích hợp, các
tích phân đường này trong hình chiếu quạt là giống nhau với các tia nên ta có thể đơn
giản hóa thành Rβ(γ) , ta được :
(16)
Để thuận tiện cho máy tính xử lý, đối số trong hàm h có thể được biểu diễn như
Chọn hệ trục tọa độ decarte sao cho tia trung tâm đi qua gốc tọa độ. β là góc
tạo bởi tia trung tâm và trục tọa độ. γ là góc giữa 1 tia bất kì của chùm với tia trung
tâm. Xét tia SA có góc γ. Như vậy: θ = β + γ và t = D(10), với D=SO.
39

sau :

(17)
40


Đặt

ta có :

(25)
Do đó, (22) được viết lại :
(26)

Đặt L là khoảng cách từ S đến điểm C(x,y) (trong hệ tọa độ cực là C(r,Φ) như
trong hình trên. Rõ ràng, L là hàm của 3 biến số : r, Φ và β. Gọi γ’ là góc của tia đi
Với

qua điểm C. Ta có :

(27)

Trong xử lý bằng máy tính, chuyển sang dạng thuật toán chiếu ngược có lọc :
(18)

Ö

Ta hoàn toàn có thể xác định L và γ’ :

(28)
Với

(29) và

(30)

(19)
* Kết luận: Như vậy, bằng việc xác định được các tham số thực nghiệm bao gồm hình
(20)

chiếu, góc chiếu, góc của chùm tia, bán kính quỹ đạo quay, .... và áp dụng vào công

Từ (17) và (18) ta tính đối số của h :

thức (28), ta có thể dễ dàng tính toán được hàm phân bố giá trị hệ số suy giảm tuyến
(21)

tính trên lát cắt và hiển thị hình ảnh của lát cắt trên thang màu xám.

Thay (21) vào (16) ta được :
(22)
Khai triển Fourier ngược của hàm h(t) :
(23)
=>

(24)

41

42


Chế độ Tay cho phép điều khiển chuyển động tịnh tiến (tiến và lùi) và

phần IV

chuyển động xoay đối tợng qua các nút bấm ở tủ điện.
thiết kế chi tiết bộ truyền động gá chi tiết phục vụ cho

Chế độ Tự động cho phép điều khiển và lấy các thông số trạng thái của bộ

quá trình chụp cắt lớp CT

truyền động từ máy tính PC qua card chuyên dụng-đa chức năng PCI 1711-

1. Các yêu cầu đối với bộ truyền động của đề tài:

Multifunction card của hãng Advantech, Taiwan.

Bộ truyền động là để gá đối tợng cần kiểm tra với kích thớc max là 20cm x

- Phần mềm điều khiển bộ truyền động (giao tiếp qua card PCI 1711) đợc

20cm và phải đạt đợc các yêu cầu sau:

tích hợp và đồng bộ với phần mềm thu thập và xử lý tín hiệu X-ray để tạo ra

- Đối tợng kiểm tra phải đợc tịnh tiến ngang theo từng bớc vuông góc với

phần mềm tổng thể của hệ thống.

mặt phẳng chiếu của chùm tia X, với tốc độ trong khoảng: 1cm 5cm/phút. Mỗi bớc

3. Thiết kế chi tiết bộ truyền động:

tĩnh tiến đối tợng từ 0.5cm 2cm.

3.1. Thiết kế cơ khí:

- Đối tợng có thể xoay tròn liên tục với tốc độ: 05s-20s/vòng quay. Hệ thống
phải lấy đợc chính xác vị trí tại mỗi góc xoay để tính toán ra dữ liệu của lớp cắt.

Toàn bộ bản vẽ thiết kế cơ khí đợc trình bày tại Phụ lục 1.
3.2. Thiết kế điều khiển động lực:

- Việc chuyển động tịnh tiến đối tợng phải đợc giới hạn cứng bởi điểm đầu
và điểm cuối của hành trình.

Toàn bộ bản vẽ thiết kế phần điều khiển động lực đợc trình bày tại Phụ lục
2.

- Toàn bộ quá trình điều khiển và các thông số trạng thái của bộ truyền động là
thông qua máy tính PC.

3.3. Hệ thống phần mềm, điều khiển:
Qua các yêu cầu đối với bộ truyền động, cùng với việc lựa chọn đợc các thành

2. Các thành phần của bộ truyền động:

phần thiết bị chính cho bộ truyền động, nhóm đề tài đã xây dựng đợc chu trình điều

Từ các yêu cầu đối với bộ truyền động, nhóm đề tài đã đa ra thiết kế và chế

khiển cho bộ truyền động, nh hình 4.1.

tạo bộ truyền động, hệ thống bao gồm các thiết bị sau:
- 01 động cơ, hộp số để đảm nhiệm chức năng tịnh tiến đối tợng theo cơ cấu
vít-me.
Thông số động cơ: 3 phase, P=0.1kW, n= 7v/phút.
- 01 động cơ, hộp số + 01 encoder để đảm nhận chức năng xoay tròn đối
tợng và lấy chính xác vị trí góc xoay.
Thông số động cơ: 3 phase, P=0.2kW, n=7v/phút.
Thông số Encoder: Rotary Encoder, Model: E508S-3-T-34; 500xung/s.
- 02 cữ hành trình để kiểm soát điểm giới hạn đầu và điểm giới hạn cuối của
hành trình.
Thông số: Limit Switch HY-M904; hãng HanYoung Nux, Indonesia
- Phần điều khiển bộ truyền động: tủ điện điều khiển có hai chế độ: Tự
động và Tay.

43

44


ON/OFF
Button1
Tay

MODE

Tự động

ON/OFF
Button2
ON/OFF
Button3

*. Card điều khiển chuyên dụng-đa chức năng PCI-1711 hãng Advantech:

Start/Stop Chuyển động
Tiến đối tợng
Start/Stop Chuyển động
Lùi đối tợng

Start/Stop Chuyển động
Xoay đối tợng

START

Read port1 fromCard PCI 1711
Get Limit Right value

False
Limit Right

Write Command2 to Card PCI 1711
Start Chuyển động Lùi đối tợng

True

Hình 4.2 Card đa chức năng PCI-1711 - Advantech

Write Command21 to Card PCI 1711
Stop Chuyển động Lùi đối tợng

Nhóm đề tài đã sử dụng card đa chức năng PCI-1711, đây là card chuẩn PCI,
rất thuận tiện cho việc lập trình, với 16 đầu vào số/16 đầu ra số; 16 đầu vào/2 đầu ra

Write Command1 to Card PCI 1711
Start Chuyển động Tiến đối tợng

analog và 01 kênh counter. Qua các thông số cơ bản trên, thấy rằng card PCI-1711
Advantech là hoàn toàn phù hợp với các yêu cầu cho điều khiển bộ truyền động.

Read port2 fromCard PCI 1711
Get Limit Left vale

+ Bảng các thông số của card Advantech PCI-1711:

True
Limit Left

Write Command11 to Card PCI 1711
Stop Chuyển động Tiến đối tợng

False
False
TIME OUT

Kêt thúc

True
Write Command11 to Card PCI 1711
Stop Chuyển động Tiến đối tợng

Write Command3 to Card PCI 1711
Start Chuyển động Xoay đối tợng

Read port3
From card PCI1711
Get Encoder value

False
TIME OUT 2

Interval
True

True

Write Command31 to Card PCI 1711
Stop Chuyển động Xoay đối tợng

Hình 4.1 Chu trình điều khiển bộ truyền động
45

46


Từ bảng thông số kỹ thuật của card Advantech PCI-1711 và sơ đồ đầu ra của
card (68 pin connector), nhóm đề tài đã thiết kế ra đợc sơ đồ mạch ghép nối card
PCI-1711 với các cơ cấu khác của bộ truyền động.

Hình 4.5.Giao diện phần mềm điều khiển bộ truyền động

Hình 4.3. Sơ đồ ghép nối mạch điều khiển bộ truyền động
*. Phần mềm điều khiển:
Với việc sử dụng card đa chức năng PCI-1711, nhóm đề tài đã xây dựng đợc
phần mềm điều khiển bộ truyền động trên nền Windows, với công cụ lập trình
Microsoft Visual C++. Phần mềm đảm bảo đợc điều khiển theo thời gian thực và dễ
dàng cho việc tích hợp với các module phần mềm khác của đề tài.

Hình 4.4. Công cụ và th viện lập trình của Advantech
47

48


phần V

Định vị đối tợng kiểm tra vào bộ gá
Đặt bộ truyền động vào đúng VT

tích hợp và thử nghiệm, đánh giá kết quả hoạt động của

Kiểm tra các cữ
an toàn

False

Kêt thúc

True

toàn bộ hệ thống

START

1. Quá trình tích hợp toàn bộ hệ thống:
1.1. Phần mềm điều khiển chu trình hoạt động chung của toàn hệ thống và quá trình

Read port1 fromCard PCI 1711
Get Limit Right value

tích hợp các module phần mềm:
Fals

Qua quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và xây dựng từng module (phần

Write Command2 to Card PCI 1711

Start Chuyển động Lùi đối tợng

Limit

cứng và phần mềm) nhóm đề tài đã đúc rút đợc nhiều kinh nghiệm để từ đó xây

True
Write Command21 to Card PCI 1711
Stop Chuyển động Lùi đối tợng

dựng nên chu trình điều khiển chung của toàn hệ thống. Đây là cơ sở để xây dựng
đợc phần điều khiển đồng bộ cả hệ thống. Chu trình này đợc thể hiện ở hình 5.1.

Write Command1 to Card PCI 1711
Start Chuyển động Tiến đối tợng

Từ chu trình điều khiển chung, với công cụ lập trình Visual C++, là công cụ lập
trình có khả năng đáp ứng cao đối với yêu cầu về điều khiển thời gian thực, cũng nh

Read port2 fromCard PCI 1711
Get Limit Left value

yêu cầu đa xử lý theo cơ chế phân luồng (thread), nhóm đề tài đã xây dựng đợc phần

True

mềm điều khiển toàn bộ chu trình hoạt động chung của toàn hệ thống.

Write Command11 to Card PCI 1711
Stop Chuyển động Tiến đối tợng

Limit

Quá trình tích hợp các module phần mềm riêng biệt đợc thực hiện tơng đối
đơn giản do tất cả các module đều đợc xây dựng bởi công cụ lập trình Visual C++

Ghi lại ảnh
của lớp cắt

False
Hiển thị kết quả
Của từng lớp cắt

False
TIME OUT 1

trên nền Win XP. Sau khi hoàn tất quá trình tích hợp đợc phần mềm điều khiển

True
Kêt thúc

Write Command11 to Card PCI 1711
Stop Chuyển động Tiến đối tợng

chung toàn bộ hệ thống. Phần mềm có giao diện chính nh hình 5.2

START XRG
Read port3
From card PCI1711
Get Encoder value

Write Command3 to Card PCI 1711
Start Chuyển động Xoay đối tợng

False
TIME OUT 2

Interval
True

Read Xray Data
From card XDAS

True
Write Command31 to Card PCI 1711
Stop Chuyển động Xoay đối tợng

(*)Write Xray Data to Disk
(dữ liệu đối với từng góc
xoay của đối tợng)

STOP XRG

Read Xray Data from Disk
Thực hiện táI tạo lại ảnh của từng
lớp từ dữ liệu của các góc chiếu
đã đợc ghi ở (*)

Hình 5.1.Chu trình điều khiển toàn hệ thống kiểm tra chi tiết bằng tia X.

49

50