戚云崗

鹽城智超檢測(cè)技術(shù)有限公司 江蘇 鹽城 224003

在長(zhǎng)輸管道使用過(guò)程中，往往需要無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)其焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合檢測(cè)結(jié)果對(duì)管道焊縫效果進(jìn)行評(píng)定，保障長(zhǎng)輸管道的可靠性運(yùn)行。以往的X射線膠片成像技術(shù)費(fèi)用較高，效率低，成片質(zhì)量不佳，應(yīng)用范圍較窄等缺陷。基于此，在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)支持下，X射線數(shù)字化成像技術(shù)逐漸得到推廣和應(yīng)用，融合了計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集、圖像處理、電機(jī)伺服等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管道焊縫檢測(cè)工作的數(shù)字化與高效化發(fā)展，而且該方式費(fèi)用不高，效率較高，圖像質(zhì)量較好，可以獲得實(shí)時(shí)圖像，因此在長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用前景較為廣闊。

1 X射線數(shù)字成像技術(shù)特點(diǎn)

在以往的長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫的檢測(cè)工作中，往往使用X射線膠片成像技術(shù)，該種技術(shù)方式難以對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)。X射線數(shù)字成像技術(shù)是現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的重要產(chǎn)物，為管道環(huán)焊縫質(zhì)量檢測(cè)工作帶來(lái)了很大的便利性[1]。該技術(shù)在本質(zhì)上是一種光波技術(shù)，在光穿透和照射物體的原理基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，由X射線散發(fā)出的光學(xué)離子可以釋放巨大的能量，穿透物質(zhì)表面，對(duì)物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況進(jìn)行全面性反映，這就是管道環(huán)焊縫檢測(cè)的基本原理。隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展，X射線檢測(cè)結(jié)果載體逐漸由原來(lái)的膠片成像向數(shù)字化圖像存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化，為圖像存儲(chǔ)和使用提供了便利，推動(dòng)了質(zhì)量檢測(cè)工作的智能化與自動(dòng)化發(fā)展。X射線數(shù)字成像技術(shù)在長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為：檢測(cè)效率較高，傳統(tǒng)的膠片成像技術(shù)檢測(cè)流程較為繁雜，包含拍片、顯影、停顯、定影、水洗、干燥等，消耗大量的時(shí)間和人力，效率較低，而數(shù)字化成像技術(shù)可以對(duì)智能化的圖像處理技術(shù)進(jìn)行充分使用，提高數(shù)字化成像質(zhì)量，減少了資源浪費(fèi)，同時(shí)可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理和分析，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字化修改和刪減，保障圖像清晰度，提高整體檢測(cè)效率；數(shù)字化成像技術(shù)的應(yīng)用，不需要使用膠片成像，減少了檢測(cè)費(fèi)用成本，同時(shí)避免膠片使用引起的重金屬污染問(wèn)題，而且在數(shù)字化成像技術(shù)應(yīng)用中，延長(zhǎng)了面陣探測(cè)器等設(shè)備的使用壽命，提高整體無(wú)損檢測(cè)管理能力；可以保障檢測(cè)圖像的實(shí)時(shí)性顯示，結(jié)合具體情況對(duì)透照參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，以便獲得最佳的成像效果，減少外界因素對(duì)成像效果的影響；實(shí)現(xiàn)數(shù)字化成像存儲(chǔ)，可以利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與通信技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)圖像的遠(yuǎn)程查詢(xún)和分類(lèi)管理，加大了資源共享力度，方便圖像信息的遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離評(píng)定并對(duì)成像過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，保障評(píng)定結(jié)果的客觀性和公正性，提高圖像評(píng)定結(jié)果的應(yīng)用價(jià)值。

2 X射線數(shù)字成像技術(shù)分類(lèi)

2.1 膠片數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)

X射線源具有一定的安全性，在對(duì)管道環(huán)焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以發(fā)射光源穿透管壁，在傳統(tǒng)過(guò)程中通過(guò)能量衰減，在膠片上形成影像，如果管道內(nèi)部構(gòu)件存在缺陷問(wèn)題，在膠片所對(duì)應(yīng)的成像位置接收到的射線劑量較多，從而形成潛影，然后工作人員在暗室中需要對(duì)其進(jìn)行顯影、定影、干燥等操作，形成透照影像底片，以便對(duì)管道缺陷問(wèn)題進(jìn)行清晰觀察。在評(píng)片時(shí)，一般需要結(jié)合膠片影像中缺陷潛影的形狀、大小等特征，對(duì)缺陷類(lèi)型進(jìn)行判斷，并評(píng)估其是否超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍。膠片數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)是利用掃描設(shè)備對(duì)膠片影像進(jìn)行掃描，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像，這是一種間接的數(shù)字化成像檢測(cè)技術(shù)，在長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫檢測(cè)中應(yīng)用較為廣泛，減少了膠片存量，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理[2]。

2.2 CR檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)X射線成像系統(tǒng)，通過(guò)存儲(chǔ)熒光成像板(IP板)對(duì)圖像進(jìn)行承載，改變了以往膠片為載體的成像模式，當(dāng)利用投影技術(shù)把X射線照射到IP板后，可以激發(fā)內(nèi)部電子晶體，使其處于較高能力的狀態(tài)，并發(fā)散熒光形成潛影，實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線圖像信息的全面記錄，然后利用CR掃描儀發(fā)出激光束，對(duì)IP板上的潛影進(jìn)行掃描，對(duì)其信息進(jìn)行讀取和處理，利用其熒光中心電子發(fā)出的可見(jiàn)光，把圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，在計(jì)算機(jī)軟件的處理下形成數(shù)字檢測(cè)圖像。CR成像過(guò)程：X射線發(fā)生器-IP板感光形成潛像-圖像處理器(激光掃描將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息)-計(jì)算機(jī)工作站(用于圖像處理)-激光照相機(jī)打印照片。在該技術(shù)應(yīng)用中，可以對(duì)IP板進(jìn)行重復(fù)使用，但是成像環(huán)節(jié)較為繁瑣，噪聲源較多，降低了成像質(zhì)量，往往在工業(yè)管道檢測(cè)中進(jìn)行使用[3]。

2.3 DR檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)是直接數(shù)字化成像X射線檢測(cè)技術(shù)，主要是在計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上，利用平板數(shù)字探測(cè)器對(duì)X射線感應(yīng)介質(zhì)的圖像信息進(jìn)行讀取并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信號(hào)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)其數(shù)據(jù)信息進(jìn)行復(fù)制和記錄。主要包含檢測(cè)板、掃描控制器、系統(tǒng)控制器、圖像顯示器等，利用電纜進(jìn)行串聯(lián)。在長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫檢測(cè)中，X射線對(duì)管壁進(jìn)行透照，在此過(guò)程中射線逐漸衰減，數(shù)字探測(cè)器對(duì)其發(fā)射出的光子進(jìn)行接收，并將其轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，對(duì)其進(jìn)行讀取后轉(zhuǎn)化為信號(hào)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)終端顯示成像。DR成像過(guò)程：X射線發(fā)生裝置-平板檢測(cè)器(FPD)(掃描和直接讀取X射線產(chǎn)生的圖像信號(hào))-計(jì)算機(jī)工作站，用于圖像處理-激光照相機(jī)打印照片。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：感光靈敏度高，成像效率高，用時(shí)短，可以實(shí)時(shí)成像，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、智能評(píng)片，發(fā)展前景廣闊[4]。

當(dāng)前CR檢測(cè)技術(shù)操作程序更為復(fù)雜，工作效率較低，曝光時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高，因此現(xiàn)階段在長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫的檢測(cè)中對(duì)DR檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。

3 X射線數(shù)字成像技術(shù)在長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 X射線數(shù)字化成像技術(shù)應(yīng)用原理

X射線數(shù)字化成像技術(shù)利用X射線機(jī)發(fā)射射線源，并利用線陣列探測(cè)器或平板射線探測(cè)器對(duì)射線機(jī)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行接收并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信號(hào)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)化設(shè)備對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并在計(jì)算機(jī)軟件上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示成像[5]。其主要是技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 X射線數(shù)字化成像技術(shù)應(yīng)用原理圖

3.2 檢測(cè)條件

使用X射線數(shù)字成像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要滿(mǎn)足以下條件，如表1所示[6]。

表1 X射線數(shù)字成像技術(shù)應(yīng)用條件

3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

把具有開(kāi)合功能的爬行軌道固定在管道焊縫的一側(cè)，射線探測(cè)器在電力驅(qū)動(dòng)下平穩(wěn)前移，并對(duì)管道焊縫展開(kāi)全面性掃查，并與管內(nèi)恒電位的X射線機(jī)同步工作，將將其發(fā)射出的射線進(jìn)行接收、處理，直接轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，在電子掃描儀器的作用下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析處理，并在計(jì)算機(jī)軟件中顯示成像，為環(huán)焊縫的質(zhì)量評(píng)價(jià)提供依據(jù)，同時(shí)可以將其轉(zhuǎn)化為電子檔案進(jìn)行存儲(chǔ)。在X射線數(shù)字化成像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中，主要涉及到以下設(shè)備：(1) X射線機(jī)，主要包含軟射線和硬射線等類(lèi)型[7]。在對(duì)X射線機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，需要確保滿(mǎn)足以下標(biāo)準(zhǔn)：確保成像焦點(diǎn)的適應(yīng)性，滿(mǎn)足實(shí)際測(cè)量需求，如果成像范圍較大，精確度要求不高，則選擇焦點(diǎn)較大的射線機(jī)，如果成像范圍不大，細(xì)節(jié)化要求較高，則使用焦點(diǎn)較小的測(cè)試設(shè)備；其次，要滿(mǎn)足數(shù)字成像質(zhì)量要求，保障成圖足夠清晰，同時(shí)確保光源持續(xù)性和穩(wěn)定性，保障X射線機(jī)具有較高的電壓波動(dòng)適應(yīng)性。(2) 射線探測(cè)器。主要包含數(shù)字化平板探測(cè)器和面陣探測(cè)器。平板數(shù)字探測(cè)器，其技術(shù)參數(shù)為：空間分辨率3Lp/mm，像素尺寸125μm * 125μm，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)14bit，閃爍屏為沉積CsI,探測(cè)器尺寸為250mm*200mm，采集速度為1-30幀/秒；面陣探測(cè)器分辨率和探測(cè)范圍較大，在長(zhǎng)輸管道焊縫檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，其具體參數(shù)為：射線接收屏尺寸24.4×19.15cm，能量范圍70--1000kv，極限分辨率3.94lp/mm。(3) 成像設(shè)備。把信號(hào)轉(zhuǎn)化器、成像設(shè)備與X射線探測(cè)器進(jìn)行連接，方便對(duì)光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保障射線數(shù)據(jù)采集質(zhì)量[8]。要引進(jìn)現(xiàn)代化的X射線探測(cè)系統(tǒng)，以便提高成像效果。同時(shí)要選擇專(zhuān)業(yè)化的計(jì)算機(jī)設(shè)備、軟件程序等，以便對(duì)收集的信息進(jìn)行科學(xué)化分析和處理，保障檢測(cè)結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的細(xì)節(jié)化處理。

3.4 透照方式

在對(duì)長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要結(jié)合其具體特點(diǎn)，選擇合適的透照方式，一般包含源在外的雙壁透照方式和源在內(nèi)的中心透照方式，具體如圖2所示[9]。

圖2 左側(cè)為雙壁單影透照方式 右側(cè)為中心透照方式

3.5 檢測(cè)成像質(zhì)量的影響因素

(1) 設(shè)備自身問(wèn)題。在檢測(cè)中主要使用面陣成像儀，該設(shè)備可以在非接觸的情況下開(kāi)展工作，而且成像效率較高。但是在具體使用中需要將其與探測(cè)目標(biāo)始終保持一定的距離，一旦遇到管道彎曲弧度，影響探測(cè)設(shè)備與管道之間距離的均衡性，致使檢測(cè)結(jié)果誤差較大，基于此可以利用距離校正模型進(jìn)行補(bǔ)救。(2) 系統(tǒng)噪聲問(wèn)題[10]。1)光量子噪聲，X射線會(huì)發(fā)散很多光子，像元點(diǎn)在曝光期間吸收大量的光子，在平板探測(cè)器內(nèi)泊松分布是主要的噪聲源?；诖?，為了對(duì)光量子噪聲進(jìn)行有效控制，可以采取以下措施，選擇高密度材質(zhì)的設(shè)備，以便對(duì)軟射線進(jìn)行有效性過(guò)濾阻隔，同時(shí)選用鉛材質(zhì)的窗口，以便對(duì)主射線束進(jìn)行限制，減少其形成面積，同時(shí)還可以屏蔽非檢測(cè)區(qū)域，保障射線源電壓的恒定性，防止射線輻射在曝光期間出現(xiàn)較大波動(dòng)，從而減少散射線的干擾，才能有效控制光量子的噪聲影響；2)電噪聲。在采集圖像數(shù)據(jù)時(shí)，往往會(huì)受到很多隨機(jī)噪聲的影響，導(dǎo)致圖像效果不佳，如電阻、電容、放大器、漏電流等噪聲。基于此，可以在實(shí)際工作中，選擇具有較大容量的硬件圖像采集卡，以便提高信號(hào)處理輔助軟件的處理效果，減少電噪聲的出現(xiàn)幾率，強(qiáng)化圖像質(zhì)量。在計(jì)算機(jī)圖像處理中，包含時(shí)域法和頻域法兩種，前者可以對(duì)圖像中的像素進(jìn)行直接處理，如增強(qiáng)對(duì)比度、銳化邊界、增強(qiáng)灰度等，可以提高圖像整體的分辨率和清晰度；后者主要對(duì)圖像進(jìn)行變換，利用高通、低通濾波以及圖像連續(xù)疊加技術(shù)等方式對(duì)圖像進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，X射線數(shù)字化成像技術(shù)在長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫檢測(cè)中的有效性應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)射線膠片成像技術(shù)的創(chuàng)新與優(yōu)化，提高了成像效率和質(zhì)量，減少環(huán)境污染與成本消耗，實(shí)現(xiàn)了管道焊縫檢測(cè)的數(shù)字化、自動(dòng)化發(fā)展，促進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)水平的全面性提升。利用該技術(shù)在中俄東線管道環(huán)焊縫檢測(cè)中進(jìn)行使用，應(yīng)用效果較高，但是需要進(jìn)一步加深研究，并大范圍推廣使用，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備校驗(yàn)、檢測(cè)工藝規(guī)程的完善，強(qiáng)化整體檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用管理水平的提高，保障長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫檢測(cè)工作水平的提升。