DR数字射线管道检测上的应用及质量控制.docVIP

DR数字射线管道检测上的应用及质量控制在管道建设工程中，射线检测是确保焊接质量的主要无损检测手段，直接关系到工程建设质量、健康环境、施工效率、建设成本以及管线的安全运行。长期以来，射线检测主要采用X射线或射线的胶片成像技术，检测劳动强度大，工作效率较低，常常影响施工进度。近年来随着计算机数字图像处理技术及数字平板射线探测技术的发展，X射线数字成像检测正逐渐运用于容器制造和管道建设工程中。数字图像便于储存，检索、统计快速方便，易于实现远程图像传输、专家评审，结合GPS系统可对每道焊口进行精确定位，便于工程质量监督。同时，由于没有了底片暗室处理环节，消除了化学药剂对环境以及人员健康的影响。1、DR技术简介1.1.原理数字平板直接成像，（Director Digital Panel Radiography）是近几年才发展起来的全新的数字化成像技术。数字平板技术与胶片或CR的处理过程不同，在两次照射期间，不必更换胶片和存储荧光板，仅仅需要几秒钟的数据采集，就可以观察到图像，检测速度和效率大大高于胶片和CR技术。除了不能进行分割和弯曲外，数字平板与胶片和CR具有几乎相同的适应性和应用范围。数字平板技术有非晶硅（a-Si）和非晶硒(a-Se)和CMOS三种。非晶硅和非晶硒两种数字平板成像原理有所不用，非晶硅平板成像可称为间接成像：X射线首先撞击板上的闪烁层，该闪烁层以与所撞击的射线能量成正比的关系发出光电子，这些光电子被下面的硅光电二极管阵列采集到，并且将它们转化成电荷，X射线转换为光线需要的中间媒体闪烁层。而非晶硒平板成像可称为直接成像：X射线撞击硒层，硒层直接将X射线转化成电荷，如下图：硒或硅元件按吸收射线量的多少产生正比例的正负电荷对，储存于薄膜晶体管内的电容器中，所存的电荷与其后产生的影像黑度成正比。扫描控制器读取电路将光电信号转换为数字信号，数据经处理后获得的数字化图像在影像监视其上显示。图像采集和处理包括图像的选择、图像校正、噪声处理、动态范围，灰阶重建，输出匹配的过程，在计算机控制下完全自动化，上述过程完成后，扫描控制器自动对平板内的感应介质进行恢复。上述曝光和获取图像整个过程一般仅需几秒钟至十几秒。1.2系统主要组成2、国内外管道焊缝数字化检测的现状2.1 几种主要的射线数字检测技术（1）CCD型射线成像（影像增强器）（2）光激励磷光体型射线成像（CR）（3）线阵探测器（LDA）成像系统（4）平板探测器（FPD）成像系统几种技术各有特点，目前适用于管道工程检测的是CR和FPD，但CR不能实时出具检测结果，且操作环节较繁琐、成本较高，因此平板探测器成像系统成为射线数字检测的主要发展方向。2.2优点：（1）图像放大（2）与射线胶片照相底片质量三要素（灵敏度、黑度、几何不清晰度）相对应，X射线实时成像技术的图像质量也有三要素，即灵敏度、灰度、图像分辨率。（3）透照方式与胶片照相方法基本相同（4）利用计算机辅助评定，对缺陷进行定量和定级。采用计算机辅助评定可大大提高评定速度和准确性。（5）检测图像保存在计算机内，储存到一定数量后，备份到CD光盘上。光盘具有容量大、价格低、保存期长等优点。（6）图像质量与照相底片的质量相当，图像放大后影响更清晰，且无伪缺陷更无类似底片那样的报废情况发生。（7）经济效益明显，由于没有了底片暗室处理环节及胶片费用，实时成像的检测成本仅为胶片照相的2%左右。而且X射线实时成像适合于批量产品（如锅炉、压力容器、管道焊缝）的无损探伤，检测方法快速、准确，能收到良好的经济效益。2.3缺点：特殊位置不方便进行检测，单机价格高。2.4下面介绍几个生产厂家的平面成像板技术参数（1）Agfa公司：该公司提供“1116英寸硅板，为12位(灰度4096)，精度127m，Agfa公司也组装了Hologic公司的14 X 17英寸的硒板。这两种板都能够满足现场温度要求。（2）GE公司：目前GE公司提供4种数字化硅板，平板尺寸从63到256平方英寸，可以以静态模式操作，也可以以每秒30幅频速度操作，所有的4个板是14位(16000灰度)对比度，空间分辨率达9线对mm(55m)，没有几何放大。（3）Hologic Inc公司：该公司的14 X 17英寸的硒板，精度为36线对mm(139m)、14位(16000灰度)，Hologic也卖72线对mm(70m)的平板。（4）PerkinEImer公司：该公司的最高精度的平板是16 X 16英寸的，精度为200m。其8 X 8英寸平板的精度为400 m，采集速度为7幅频秒，其最高接受能量可达25 MeV。所有产品的对比度16位或65000灰度。（5）Varian Medical Systems Security & Inspection Products：该公司的12 X 16英寸的硅板，精度为397线对mm(126 m)。在高速模式时，采集速度为30幅频秒，精度为129线对mm(388 m)，Varian公司也卖高能量的平板，接受能量可达9 MeV，这样便有可能检测27英寸以下厚度的铝铸件。其产品的对比度为12位或4096灰度，也有65000灰度的版本。（根据图像制式的规定，图像采集速度能够达到25帧/秒（PAL制）或30帧/ 秒（NTSC制）即视为实时成像。我国多采用PLA制式，欧美等国家多采用NTSC制式。）3.DR技术方案、流程、技术关键点3.1基本方法(1) 将 X 射线机置于爬行器上进入管内, 在管外操纵爬行器, 使 X 射线机的焦点对准焊缝。(2) 将图像增强器旋转轨道固定在焊缝边缘, 根据工艺设定的放大倍数, 调节 l2距离, 图像增强器对准焊缝中心。(3) 在焊缝表面贴上铅字码和像质计以及分辨率测试卡。(4) 探伤人员在工程车内操作电脑和探伤机控制器以及旋转导轨。静止地采集一幅图像后, 图像增强器转动 1/N 等分, 再静止地采集一幅图像, 直至N 幅图像采集完毕, 关机。移至下一条焊缝, 重复以上操作程序。(5) 对检测图像进行计算机辅助评定, 打印探伤报告, 刻录光盘, 保存检测结果。3.2技术关键点3.2.1最佳放大倍数：Mo=1+(Us/df)3/2(1)根据几何投影的原理, X 射线实时成像检测的图像是放大的, 放大倍数M 为:M =L/L 1=（L 1 + L 2）/L 1= 1 +（L 2/L 1）(2)图像放大不仅是几何投影所致, 而且也是提高图像质量所必需。图像放大倍数根据设备性能而定,通常有一个最佳放大倍数M op t 为:M op t = 1 +（U s/df）3/2 式中 U s 成像设备系统固有不清晰度mm , 可通过试验方法测出。df X 射线机焦点尺寸,mm(3)图像可检测出的最小缺陷尺寸dmin 为: dmin =U s/M 2/3(4)一幅图像检测长度L 3 为: L 3 =D/M , D 图像增强器输入屏直径例如: 采用 6 图像增强器, 输入屏直径D =150mm , 图像放大倍数取M = M op t = 112L 3 =D/M =150/112= 125mm对于 100%检测的焊缝, 为了不漏检, 考虑一幅检测图像内两侧各留 5mm 搭接长度, 则一幅图像有效检测长度L ef f 为:L ef f = 125- 5- 5= 115mm例如: 外径 660mm 管道的对接环焊缝(焊缝高取 2mm ) , 圆周长度为 2080mm , 则一条环焊缝需要检测N 幅图像:N =2080/115= 18 (幅)3.2.2扫描速度和定位精度3.2.3图像处理（1）图像叠加图像在采集时不可避免地伴有随机噪声, 影响图像质量, 对于静止状态采集的检测线图像, 消除噪声有效方法是连续帧叠加, 只要叠加的帧数足够多, 理论上可以将时间噪声完全过滤掉。（2）灰度增强灰度增强处理是利用灰度变换技术, 通过按某种规律改善图像中的灰度变化来改善图像质量的。一般情况下图像的灰度分布范围仅集中在一个较窄的区域内, 使图像的对比度差、轮廓模糊。这时可通过线性变换使图像的灰度分布扩展到256 个灰度级(0 255) , 提高图像的整体对比度, 从而提高图像的分辨能力。（3）边缘锐化锐化是用某种方法突出图像的轮廓, 使图像比较清晰, 易于识别。锐化的实质是一种高通滤波技术。图像的锐化可通过模板(亦称算子)运算的方式来实现。模板运算具有效果明显、算法简单的特点, 选择合适的模板就能实现边缘锐化、边界检测、抽取特征、平滑滤波等目的。（4）图像反转X 射线数字化实时成像得到的检测图像灰度与透射射线强度成反比, 灰度越大, 表明透射射线强度越低, 和胶片照相法相反。（5）其他方法其他方法有伪彩色处理、直方图变换、数字滤波等。3.2.4系统性能校验设备系统综合性能对图像质量有很大的影响。设备系统综合性能指标可用系统分辨率来表示, 它实际反映的是系统固有不清晰度 (U s )。按照GB17925 标准, 系统分辨率应大于或等于 1.4LP/mm。系统分辨率与设备各分系统的性能有关。按照目前设备的性能水平, X 射线数字化实时成像检测系统分辨率可以达到 1.6 2.0L P/mm , 对提高检测图像质量提供了必要的设备保证。3.3质量控制3.3.1射线检测工程内容射线检测前质量控制是整个射线检测过程质量控制的前提, 是保证检测结果可靠性的基础。法规、 标准的准备。检测单位在接受射线检测委托后, 要详细了解管道特点、 所属行业、 设计依据、 管道检测环境情况, 收集射线检测相关的法规、 标准和技术规范, 防止在编制工艺规程和工艺文件时误用或错用标准、 技术规范。3.3.2人员资格和培训检测人员必须经过培训、 考核和认定, 取得资格证书后才能从事相应资格规定范围内的检测工作。检测单位在检测前应根据具体检测对象和检测工作量要求, 对持证人员进行岗位培训, 让持证人员熟悉工艺文件, 掌握操作要点, 明确各自职责,以便检测人员更好地理解和执行工艺规程。另外, 业主对检测人员有更高要求时。还要经业主考核认定后才能进行检测作业。3.3.3检测时的过程控制射线检测时的质量控制是整个射线检测质量管理的重要内容和中心环节。下面主要从几个方面讨论检测时的质控措施。(1) 最佳放大倍数的选择(2) 图像质量评价与射线胶片照相底片质量三要素（ 灵敏度、 黑度、 几何不清晰度） 相对应， 射线实时成像技术的图像质量也有三要素， 即灵敏度、 灰度、 图像分辨率。以像质指数作为图像灵敏度的衡量指标， 要求达到的像质指数与GB3323-87或 JB4730-2005标准相应的级别等同。与胶片照相方法中的“ 黑度” 概念相对应， 实时成像技术中引进“ 灰度”概念， 将显示屏的图像黑白程度变化的范围定义为256/级灰度。图像分辨率反映图像细小线条分离的程度， 能辨别出线条分离的间距越小， 表示图像越清晰， 可以用图像分辨率测试卡在图像上直接测试出来。图像清晰的程度也可以用图像清晰度来表示。图像清晰度反映的是图像细小线条分离时的间距宽度，用图像分辨率从测试卡在图像史昂直接测试，它与图像分辨率的换算关系是互为倒数的二分之一。(3)计算机辅助评定用windows操作系统作为X 射线数字化实时成像系统的操作平台。结合长输管道对接焊缝探伤的实际情况, 开发图像采集/图像处理/图像评定应用程序, 例如“SSCX2000 实时成像检测程序”。3.3.4检测质量的持续改进持续地改进射线检测质量, 可以提高射线检测单位的竞争能力, 使射线检测质量体系更为完善。运行更加有效, 它是以追求更高的过程效率和效益为目标的持续活动, 射线检测管理持续改进可以通过以下活动来实现。（1）射线检测质量评价射线检测质量评价目的是为了持续改进和不断提高质量管理水平。 使射线检测输出达到预期结果。 评价的内容包括: 射线检测质量方针和质量目标与本单位实际情况是否相适应, 射线检测质量管理文件是否足够齐全; 各类人员职责和权限是否明确合理; 质量管理过程是否能得到有效实施; 质量管理过程实现能力是否与预期目标相适应; 质量记录是否真实、 齐全、 有效; 不合格的识别和控制是否有效; 射线检测业绩和结果测量的充分性、 准确性等。对上述内容进行评价后, 确定质量改进目标, 策划质量改进活动的实施。（2）不合格控制在射线检测任何阶段均有可能产生不合格。以工作质量不合格和工作结果不合格形式出现。做好不合格的控制是射线检测质量管理得到持续改进的重要保证。射线检测人员对在检测中通过自检互检、 工艺纪律检查、 接受第三方监督检验以及其它相关人员检查等提出的不合格, 应及时记录。检测单位组织人员对不合格进行评审