x射線成像檢測技術中幾何參數的確定

x射線成像檢測技術中幾何參數的確定

x射線檢測技術是現代工業(yè)檢測的常用技術。對于大直徑管道的檢測,DR技術的工效比膠片照相大幅降低,在曝光時間方面,DR硬平板只能采用分段靜態(tài)曝光方式,受平板大小及幾何變形限制,一次曝光只能有十幾厘米長,加上必要的搭接,直徑1m的管道焊縫約需要曝光17次以上1檢測圖像放大的數學模型射線對物體檢測的最基本原理與光線的透射與接收方法一致,大部分射線檢測都使用“點源”。射線照相是通過投影將具有三維尺寸的試件(包括其中的缺陷)投射到底片上再轉化為只有二維尺寸的圖像,由于射線源、物體(試件及缺陷)、膠片三者間相對位置和角度的變化,會使底片上的影像與實際物體的尺寸、形狀、位置有所不同。而為了防止探測器被受檢工件表面撞壞,要求探測器與工件表面保持一定的空間距離。根據幾何投影的原理,檢測部分圖像必然是放大的。幾何放大倍數不宜過大,過大會使有效檢驗長度減少,且圖像質量會下降。為保護探測器、X射線管不受工件碰撞損傷,且為控制一次透照長度范圍內兩側環(huán)焊縫影像的不清晰度和投影變形量,圖像幾何放大倍數M宜控制在1.2左右2平行投影中的投影一組光線將物體的形狀投射到一個面上得到的圖像,稱為“投影”,這個面稱為“投影面”。投射線從一點出發(fā)的稱為“中心投影”,投射線相互平行的稱“平行投影”。平行投影中,投影與投射影面垂直的稱“正投影”,傾斜的稱“斜投影”。對于一物體,正投影和斜投影得到的影像形狀不同,如果正投影得到的像視為正常,則認為斜投影的像發(fā)生了畸變管道雙壁雙影的透照視圖如圖1所示。由于此次成像檢測以常見的薄壁管道為例,所以忽略管道的壁厚,幾何參數如圖1(a),以下計算公式以管道的外壁截面為參考平面,公式中θ角的單位為弧度。以θ角的外弧原始長度l平行投影長度l根據幾何形狀變形后的長度l根據幾何形狀變形后的長度l3管道dr檢測3.1模擬管道環(huán)焊接接頭模擬檢測為了更好地分析缺陷在曲面物體的成像狀況,將錫焊絲(規(guī)格ф1mm×15mm與ф1mm×30mm相連)用雙面膠標貼于檢測鋼管的外側,這是由于錫焊絲比較柔軟,可以模擬管道環(huán)焊縫緊帖在鋼管外壁上。被測鋼管的幾何參數為:鋼管規(guī)格ф64mm×3.6mm;焦距380mm;傾斜角17.4°;錫絲標貼總長200mm;透射方式為雙壁雙影。依據條款為NB/T47013.2-2015標準中4.1.4條“小徑管環(huán)向對接焊接接頭的透照布置規(guī)定”。小徑管采用雙壁雙影透照布置,當同時滿足T(壁厚)不大于8mm和g(焊縫寬度)不大于D3.2圖像長度測量DR檢測技術設備進行管道的透照試驗,現場檢測如圖2所示。此次檢測搭建的平臺中,射線源的透照中心為直徑為6.3mm的圓孔,管道橫截面(焊絲環(huán)面)與射線源的中心軸線的夾角γ(見圖1(b))為17.4°(符合標準射線束中心一般與被檢焊縫平面傾斜15°~20°的要求),采用雙壁雙投影照相法拍攝照片原圖調節(jié)灰度后測量焊絲長度(見圖3),經DR檢測的焊絲數字圖像周向變形如下:遠射線源側為左半側(主評定區(qū))靠近管道投影邊緣處,會產生明顯的縮短變形,其中實際長30mm的焊絲圖像的長度為24.1mm;而在投影中間產生的增長變形,其中近源側(副評定區(qū))表面實際長15mm的焊絲的圖像長度為16.5,17.5mm,離射線源越遠變形越大。用儀器自帶軟件測量圖3中焊絲時,在焊絲成像右半側的焊絲與通孔明顯發(fā)虛且被放大;左側中間的焊絲與通孔與實物比較接近。另外在上部與下部邊緣處的焊絲,因沿小管徑圓周曲率方向有偏轉,形狀畸變嚴重,不能準確測量。由于儀器自帶圖像測量軟件不完善,不能對測量線與圖像中的缺陷完全擬合,在測試中對焊絲直線測量值與軟件分多段測量值之和比對,擬合誤差在1.0%以內,為了簡化起見,測量結果未考慮軟件的擬合誤差。4成像關系修正根據射線數字成像技術的成像屏、管道與射線源成像的幾何關系,由式(1)~(4)經過MATLAB計算得出修正焊絲的成像關系如圖4所示,修正后的長度關系見表1。由表1得出管道的DR檢測成像,在圖像上所測量的焊絲尺寸與實際的焊絲尺寸有較大的出入,位于主評定區(qū)的長30mm的焊絲,縮短了20%,經過修正后變?yōu)閷嶋H長度的96%;處于透照中心位置的長15mm的焊絲與實際長度一致。副評定區(qū)中,兩條長15mm的焊絲處于放大的區(qū)域內,其中放大倍數較大的為117%。5檢測工藝及檢測設備DR檢測技術在增加檢測效率的同時,也增加了檢測缺陷的形狀畸變,通過對畸變的函數與實際檢測圖像的分析,得出以下結論:(1)當缺陷位于管道DR透照圖像中的主評定區(qū)(遠射線源側)時,其由中心向邊緣,主要產生逐漸縮短的畸變,且離管道中心越遠形狀縮短越嚴重。(2)當缺陷位于管道DR透照圖像中的副評定區(qū)(近射線源側)時,其由中心向邊緣,主要產生先放大后縮短的畸變,至一定位置后,離管道中心越遠形狀越短。(3)得到的畸變規(guī)律可為批量檢測管道(流水線作業(yè))的固定式DR檢測設備進行缺陷圖像的修正提供方法,減少透照次數降低缺陷定量的評定風險。(4)對于受現場檢測位置局限的管道