本發(fā)明屬于管道檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種在用壓力管道射線數(shù)字成像檢測缺陷定量研究的方法。

背景技術(shù)：

由于我國工業(yè)壓力管道安全管理起步較晚，據(jù)普查統(tǒng)計(jì)其中未焊透缺陷所占比例很大，約占了普查總隱患處的2/3。因此,針對這一長期、普遍存在的共性問題,開展在役壓力管道缺陷檢測和安全評估關(guān)鍵技術(shù)研究,是有效提高我國在役壓力管道安全狀況和科學(xué)管理水平的技術(shù)關(guān)鍵。而未焊透的深度測量是評定在用工業(yè)壓力管道等級的關(guān)鍵所在。現(xiàn)有的未焊透深度測量主要是采用試塊與缺陷處一同利用膠片成像，再采用密度計(jì)來進(jìn)行測量，由于很難比對出相同的黑度值，及未焊透缺陷成像狹窄，不能用密度計(jì)來準(zhǔn)確定位黑度值，存在“測不準(zhǔn)”的問題，則不能準(zhǔn)確判斷其深度。

針對這一問題，采用射線數(shù)字成像技術(shù)。射線數(shù)字成像技術(shù)標(biāo)志著x射線檢測技術(shù)將進(jìn)入無膠片時(shí)代，是無損檢測技術(shù)的一次革命。隨著x射線數(shù)字化采集、計(jì)算機(jī)少量存儲(chǔ)和寬帶互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來的工業(yè)x射線檢測將具備下述特點(diǎn)：圖像數(shù)字化、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳送、遠(yuǎn)程評定。在電腦上對圖像進(jìn)行比對分析，通過不同厚度處灰度值的不同，利用這一原理求出厚度差，進(jìn)而求出未焊透的深度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種在用壓力管道射線數(shù)字成像檢測缺陷定量研究的方法，可以解決上述問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種在用壓力管道射線數(shù)字成像檢測缺陷定量研究的方法，包括

步驟s1：選擇待檢查工件，對工件進(jìn)行射線透照；

步驟s2：按照射線的吸收規(guī)律形成反映工件信息的射線強(qiáng)度分布信號；

步驟s3：數(shù)字探測器對此信號進(jìn)行探測、轉(zhuǎn)換、數(shù)字化采樣和量化，形成檢測數(shù)字圖像；

步驟s4：傳送給圖像顯示和處理單元，供檢測人員評定。

進(jìn)一步的，所述步驟s3中形成的圖像為數(shù)字圖像。

進(jìn)一步的，數(shù)字圖像在顯示器屏幕上觀察圖像的，必須控制圖像顯示條件與觀察條件。圖像顯示條件主要是關(guān)于顯示器性能的要求，顯示器的基本性能包括亮度、分辨率、顯示亮度比、灰度級、響應(yīng)時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述研究方法的原理在于當(dāng)強(qiáng)度均勻的射線束照射物體時(shí)，如果物體局部區(qū)域存在缺陷或結(jié)構(gòu)存在差異，它將改變物體對射線的衰減，使得不同部位透射射線強(qiáng)度不同，這樣，采用一定的輻射探測器檢測透射射線強(qiáng)度，就可以判斷物體內(nèi)部的缺陷和物質(zhì)分布。

進(jìn)一步的，所述步驟s2包括射線檢測技術(shù)基于物體對比度，采用輻射探測器拾取這個(gè)物體對比度信號。

進(jìn)一步的，步驟s4包括傳送給圖像顯示和處理單元，形成不同檢測條件下的走勢對比圖，供檢測人員評定。

射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)由射線源、被檢工件、數(shù)字成像器件、機(jī)械支撐與傳動(dòng)以及控制與處理系統(tǒng)組成，如圖1所示，在射線源控制器作用下，射線源電場中被加速的高速電子撞擊陽極靶，產(chǎn)生一系列波長的電磁波，即x射線：x射線穿過被檢測物體，與物體原子相互作用，在光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)等作用下，使部分光子能量和方向發(fā)生改變，通常稱為二次光子：它們與方向不發(fā)生改變的一次光子進(jìn)入成像探測器，在探測器的閃爍體屏和光電二極管等集成電子器件中完成x射線到可見光到電子信號的轉(zhuǎn)變；最后經(jīng)過離散化的數(shù)字信號在計(jì)算機(jī)完成圖像的顯示。

射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)中的成像器件與射線膠片照相中的膠片不同，其采用的是數(shù)字探測器系統(tǒng)。

非晶硅面陣探測器是基于大規(guī)模非晶硅光電二極管高密度、大尺寸集成技術(shù)研發(fā)的x射線數(shù)字探測器。與一般的微光成像器件一樣，是一種以光、電子累積的方式成像。非晶硅探測器包括三部分：

1)亞毫米級厚度的閃爍體屏，一般為gd2o2st和csi材料組成；

2)與閃爍體屏耦合的大規(guī)模集成的光電二極管陣列，即像元，材料為α-si；

3)像元讀出和放大電路。圖2為其射線數(shù)字成像光電轉(zhuǎn)換過程。這類型的非晶硅平板探測器是目前市場上應(yīng)用最多的平板探測器。

工作原理：x射線透照探測器，射線光子由閃爍體屏轉(zhuǎn)換為可見光，再由光電二極管陣列轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換輸出。像素信號逐行讀出，每個(gè)像素由一個(gè)連到tft上的非晶硅光電二極管組成。每列像素信號線共同連到通用的偏置線上，通往讀出電路(放大器)；一行像素共用tft的控制線，在行驅(qū)動(dòng)(門控電路)的控制下，一起打開或關(guān)閉，讀取一行上所有二極管電容存儲(chǔ)的電荷，通過多路并行列的電荷放大器累積并放大這些電荷，數(shù)字化后傳到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。接著進(jìn)行下一行，直至數(shù)據(jù)行全部讀出。

射線檢測技術(shù)的基本原理是，當(dāng)強(qiáng)度均勻的射線束照射物體時(shí)，如果物體局部區(qū)域存在缺陷或結(jié)構(gòu)存在差異，它將改變物體對射線的衰減，使得不同部位透射射線強(qiáng)度不同，這樣，采用一定的輻射探測器檢測透射射線強(qiáng)度，就可以判斷物體內(nèi)部的缺陷和物質(zhì)分布等。

設(shè)階梯塊上有一很小的厚度差進(jìn)行檢測原理討論，如圖3所示，

設(shè)：μ—階梯塊物質(zhì)的線衰減系數(shù)；

i0—入射射線強(qiáng)度；

id，i′d—階梯塊上不同部位透射的一次射線強(qiáng)度；

is，i′s—階梯塊上不同部位透射的散射射線強(qiáng)度；

i，i′—階梯塊上不同部位透射射線總強(qiáng)度。

由于

i＝id+is；i'＝i'd+i's

并由于δt遠(yuǎn)小于t，因此可認(rèn)為

is＝i's

所以有

δi＝i'-i＝i'd-id

在寬束射線衰減規(guī)律中有散射線比n

則有

按單色窄束射線衰減規(guī)律有

id＝i0e^-μt

i'd＝i0e^-μ(t+δt)

式中μ--工件的線衰減系數(shù)；

i0--入射射線強(qiáng)度。

因此有

引用近似公式

e^x＝1+x(|x|<1)

則有

e^-μδt＝1-μδt

代入δi/i的表示式(3-1)中，則有

式(3-2)稱為“物體對比度”，它構(gòu)成了射線檢測技術(shù)需要探測的信號。式(3-2)即是射線檢測技術(shù)的基本原理關(guān)系式，它給出了一個(gè)小厚度差與對應(yīng)的射線檢測物體對比度之間的關(guān)系。從該式可見，射線對缺陷的檢測能力，與采用的射線能量、缺陷在射線透照方向上的尺寸、散射線的控制情況等相關(guān)。

射線檢測技術(shù)基于物體對比度，采用輻射探測器拾取這個(gè)物體對比度信號，并將它轉(zhuǎn)換成射線檢測圖像，從圖像信息作出判斷結(jié)論。不同類型的數(shù)字射線檢測技術(shù)，采用的輻射探測器不同，完成物體對比度信號到射線檢測圖像的轉(zhuǎn)換過程不同，但共同的特點(diǎn)是，最終獲得的是數(shù)字化的射線檢測圖像。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的在用壓力管道射線數(shù)字成像檢測缺陷定量研究的方法可以立即通過成像的影像進(jìn)行評判，可以立即取值，通過“壓力管道射線數(shù)字成像未焊透測深系統(tǒng)”測出未焊透的深度；可以多次快速的成像，無需等待洗片時(shí)間，不僅節(jié)約了時(shí)間，也節(jié)約了大量的膠片和藥品費(fèi)用，因此，在環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢也是膠片不可比擬的。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為x射線數(shù)字成像過程示意圖；

圖3為射線檢測基本原理示意圖；

圖4為環(huán)形缺陷與母材灰度差走勢圖；

圖5為電壓與灰度差走勢圖；

圖6為電流與灰度差走勢圖；

圖7為焦距與灰度差走勢圖；

圖8為電壓130kv下灰度差走勢圖；

圖9為電流160kv下灰度差走勢圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

一種在用壓力管道射線數(shù)字成像檢測缺陷定量研究的方法，包括

步驟s1：選擇待檢查工件，對工件進(jìn)行射線透照；

步驟s2：按照射線的吸收規(guī)律形成反映工件信息的射線強(qiáng)度分布信號；

步驟s3：數(shù)字探測器對此信號進(jìn)行探測、轉(zhuǎn)換、數(shù)字化采樣和量化，形成檢測數(shù)字圖像；

步驟s4：傳送給圖像顯示和處理單元，供檢測人員評定。

所述步驟s3中形成的圖像為數(shù)字圖像。

數(shù)字圖像在顯示器屏幕上觀察圖像的，必須控制圖像顯示條件與觀察條件。圖像顯示條件主要是關(guān)于顯示器性能的要求，顯示器的基本性能包括亮度、分辨率、顯示亮度比、灰度級、響應(yīng)時(shí)間。

所述研究方法的原理在于當(dāng)強(qiáng)度均勻的射線束照射物體時(shí)，如果物體局部區(qū)域存在缺陷或結(jié)構(gòu)存在差異，它將改變物體對射線的衰減，使得不同部位透射射線強(qiáng)度不同，這樣，采用一定的輻射探測器檢測透射射線強(qiáng)度，就可以判斷物體內(nèi)部的缺陷和物質(zhì)分布。

所述步驟s2包括射線檢測技術(shù)基于物體對比度，采用輻射探測器拾取這個(gè)物體對比度信號。

步驟s4包括傳送給圖像顯示和處理單元，形成不同檢測條件下的走勢對比圖，供檢測人員評定。

具體實(shí)施方案為，本技術(shù)方案選用試塊厚度為3.2mm的鋼板開不同深度的刻槽來作對比試塊，刻槽深度分別為試件厚度的15％、25％、50％以及75％，即0.48mm、0.8mm、1.6mm、2.4mm。同時(shí)，分別選用2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm的鋼板也分別取其中一塊來刻槽，刻槽的深度分別為鋼板厚度的15％、25％、50％以及75％。通過研究不同厚度的灰度值不同，來判斷出缺陷處的缺陷深度，進(jìn)而研究測量未焊透深度的檢測方法。

數(shù)字射線(dr)檢測時(shí)，相同條件下隨著射線穿透厚度的減少，灰度增加，利用未焊透部位灰度增加量可以推算未焊透深度。傳統(tǒng)膠片檢測常常使用對比度推算未焊透深度，在數(shù)字射線檢測技術(shù)中,數(shù)字圖像的對比度與膠片射線照相的對比度一樣,表示的也是圖像識別厚度差的能力。一般規(guī)定用△t/t(△t為可識別的厚度差,t為透照厚度)的百分比表示。對于數(shù)字射線檢測技術(shù),圖像對比度通常是指眼睛觀察到的圖像亮度對比度。盡管從入射射線到轉(zhuǎn)換出灰度圖像經(jīng)過多個(gè)環(huán)節(jié),通常還是認(rèn)為,在顯示器屏幕上觀察到的圖像亮度與射線強(qiáng)度成線性關(guān)系。即屏幕的亮度l與射線強(qiáng)度i的關(guān)系可寫為:

l＝k·i

其中k為一常系數(shù)。由于物體的吸收對比度為:

因此,對由一小厚度差δt引起的亮度對比度，可以寫出:

與傳統(tǒng)膠片檢測相比，數(shù)字射線(dr)檢測也可以不使用對比度而直接讀取圖像灰度，而且數(shù)字射線(dr)檢測一般具有14位或16位的寬容度，可以對工件的厚部位和薄部位同時(shí)成像，這是傳統(tǒng)射線檢測無法實(shí)現(xiàn)的。在數(shù)字射線(dr)檢測中，選擇合適的曝光參數(shù)，可以對傳統(tǒng)射線檢測部位成像的同時(shí)，也對邊緣的較厚部位成像，從而測量得到真實(shí)壁厚和剩余厚度，計(jì)算得到未焊透深度。同樣的，本方法也可以定量測量管道剩余壁厚。

編號1為內(nèi)壁一道凹槽且壁厚最薄樣件，編號2為內(nèi)壁兩道凹槽樣件，；編號3為內(nèi)壁三道凹槽樣件，編號4為內(nèi)壁四道凹槽且壁厚較小樣件，編號5為內(nèi)壁四道凹槽且壁厚較厚者；編號6為帶焊縫工件。

環(huán)形缺陷灰度與周圍母材不同，環(huán)形缺陷中心部位灰度與周圍母材灰度差如圖4所示。

圖中可以看出，環(huán)形缺陷中心部位灰度與周圍母材灰度差與環(huán)形缺陷深度成正比，因此在日常檢測中，可以通過測量環(huán)形缺陷中心部位灰度與周圍母材灰度，定量反推環(huán)形缺陷深度。

制作了含有不同深度的環(huán)形缺陷管道，某缺陷在不同電壓、電流、焦距下，灰度差如圖7所示。

圖中可以看出，隨著電壓增加灰度差增加，隨著電流增加灰度差增加，隨著焦距增加灰度差減小。

在500mm焦距情況下，電壓130kv和160kv下的不同電流時(shí)，環(huán)形缺陷中心部位灰度與周圍母材灰度差如圖8和圖9所示。

圖中可以看出，隨著電壓增加灰度差增加，隨著電流增加灰度差增加，隨著槽深增加灰度差增加。

實(shí)際檢測時(shí)，可以通過未焊透部位與母材部位的灰度差推算未焊透深度，對于復(fù)雜焊縫結(jié)構(gòu)(包括焊縫內(nèi)外余高)，應(yīng)使用含余高的厚度作為母材厚度推算未焊透深度。

本技術(shù)利用射線數(shù)字成像原理，數(shù)字成像檢測與膠片照相在射線透照原理上是一致的，均是由射線機(jī)發(fā)出射線透照被檢工件，衰減、吸收和散射的射線光子由成像器件接收。不同點(diǎn)在于成像器件對于接收到的信息的處理技術(shù)：膠片照相是射線光子在膠片中形成潛影，通過暗室的處理，評片人員借助觀片燈來評判缺陷；而數(shù)字成像則是利用計(jì)算機(jī)軟件控制數(shù)字成像器件，實(shí)現(xiàn)射線光子到數(shù)字信號再到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過程，最終在顯示器上進(jìn)行觀察和處理缺陷。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。