吳昊

青島維康中油檢測所，山東青島266300

基于無線控制的數(shù)字化成像自動檢測系統(tǒng)

吳昊

青島維康中油檢測所，山東青島266300

由于X射線數(shù)字成像技術(shù)有圖像靈敏度高、檢測效率高、勞動強(qiáng)度小、人員所接受的輻射劑量少、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，勢必在無損檢測領(lǐng)域得到大范圍的應(yīng)用。介紹了一種基于無線控制的數(shù)字化成像自動檢測系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)、改良和試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了檢測系統(tǒng)的便攜化、輕量化、無線化，并大大提升了缺陷評定的準(zhǔn)確度。該系統(tǒng)在煉化管道、長輸管道、集輸管道等無損檢測中具有廣闊的應(yīng)用前景，可為油氣田地面建設(shè)工程的安全、質(zhì)量及工期方面提供先進(jìn)的技術(shù)支撐。

數(shù)字成像；自動檢測；無線控制

應(yīng)用膠片的傳統(tǒng)射線檢測技術(shù)是目前煉化管道無損檢測應(yīng)用最為廣泛的檢測方法，但存在勞動強(qiáng)度大、工作效率低、輻射防護(hù)差、檢測周期長等局限性，成為制約煉化管道無損檢測的瓶頸，常常因此影響到整個(gè)裝置的工程進(jìn)度。

X射線數(shù)字成像技術(shù)同傳統(tǒng)射線檢測技術(shù)相比，沒有裁片、裝片、拆片、沖洗等環(huán)節(jié)，可即時(shí)出具檢測結(jié)果，縮短檢測周期，并實(shí)現(xiàn)檢測資料的數(shù)字化管理；可對出現(xiàn)問題的檢測圖像作及時(shí)的修正[1]；檢測圖像質(zhì)量高于膠片射線照相技術(shù)的水平；曝光時(shí)間極短，所需曝光時(shí)間是傳統(tǒng)射線拍片的1/10，甚至更短；不僅可加快檢測速度，提高施工效率，還大大降低檢測人員所接受的輻射劑量，改善檢測人員工作條件，提高安全性?；谝陨蟽?yōu)勢，X射線數(shù)字成像技術(shù)將在未來幾年得到廣泛的應(yīng)用。

目前，X射線數(shù)字成像無損檢測技術(shù)主要應(yīng)用在產(chǎn)品加工制造和油氣長輸管道焊縫等相對比較單一的受檢對象，配套工裝體積大、笨重，計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)與成像系統(tǒng)為有線連接，且連接線較多。在石油化工裝置施工現(xiàn)場，因現(xiàn)場檢測環(huán)境復(fù)雜，難以應(yīng)用。

隨著信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，如果能夠使X射線數(shù)字成像裝置的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)便攜化，數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)自動化，數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)無線化，必將大大推動該技術(shù)在煉化管道施工現(xiàn)場的應(yīng)用。

1　操作系統(tǒng)便攜化

為適應(yīng)煉化管道檢測環(huán)境要求，檢測系統(tǒng)應(yīng)盡可能便攜化、輕量化，以便于攜帶或高空架設(shè)。主要措施有：

（1）選用小型便攜式高頻恒壓X射線機(jī)，該射線機(jī)管頭質(zhì)量只有8 kg，能夠提供250 kV穩(wěn)定射線輸出，200 W的功率已能滿足大部分煉化管道對接接頭的檢測。

（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量簡化，并采用高強(qiáng)度的鋁合金材料，以減輕重量。同時(shí)使探測器連接模塊標(biāo)準(zhǔn)化，以便于在不同檢測工裝上更換。

（3）統(tǒng)一供電方式，所有設(shè)備通過公用的220V/AC輸電線供電，各用電部分可在裝置內(nèi)部轉(zhuǎn)換，以避免復(fù)雜的供電線布置和接插件連接。同時(shí)，應(yīng)用便攜式電池組電源，以便臨時(shí)使用時(shí)節(jié)省現(xiàn)場布置時(shí)間。

（4）應(yīng)用數(shù)據(jù)無線傳輸和無線控制技術(shù)，大幅度節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸線路，并使現(xiàn)場檢測輻射防護(hù)更有效。

2　數(shù)據(jù)采集自動化

2.1自動采集裝置組成

針對煉化裝置常見的DN200～DN400管道，設(shè)計(jì)制造由伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的自動檢測裝置，自動采集裝置主要包括：環(huán)形旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、支撐腳、伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)、探測器、射線機(jī)。如圖1所示。

圖1　自動采集裝置

2.2自動采集裝置工作原理

環(huán)形旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由內(nèi)環(huán)與外環(huán)組成，鎖緊機(jī)構(gòu)、支撐腳、伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)均安裝于外環(huán)之上，而探測器與射線機(jī)安裝于內(nèi)環(huán)之上。探測器與射線機(jī)呈180°對稱設(shè)置；支撐腳上設(shè)有沿管道徑向設(shè)置的滑動槽，探測器和射線機(jī)可沿滑動槽滑動，便于調(diào)整焦距。根據(jù)被檢管道公稱直徑，對支撐腳進(jìn)行粗調(diào)，完成后將打開的環(huán)形旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于被檢管道之上，壓緊鎖緊機(jī)構(gòu)使環(huán)形旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)閉合，同時(shí)調(diào)節(jié)支撐腳使環(huán)形旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定于管道之上，安裝并根據(jù)檢測要求調(diào)節(jié)探測器與射線機(jī)的位置，完成后將其固定，通過電機(jī)驅(qū)動，探測器與射線機(jī)可隨內(nèi)環(huán)同步旋轉(zhuǎn)，到達(dá)指定位置后停止，并開啟射線機(jī)與探測器采集圖像，完成后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到下一檢測位置，如此反復(fù)，完成整個(gè)管道對接環(huán)焊縫質(zhì)量檢測。

該裝置組件少，結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝和拆卸，穩(wěn)定性好，方便耐用，適用于DN200～DN400之間不同規(guī)格焊接接頭的X射線數(shù)字成像檢測。

3　數(shù)據(jù)傳輸無線化

X射線數(shù)字成像檢測的基本原理仍然是采用連續(xù)X射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律來實(shí)現(xiàn)對厚度差異的檢測，這與傳統(tǒng)的膠片照相技術(shù)是一致的。X射線對人體會造成輻射損傷，因而需要進(jìn)行防護(hù)，現(xiàn)場防護(hù)主要依靠距離，按照GB 18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行現(xiàn)場控制。如采用數(shù)據(jù)無線傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線控制以及檢測數(shù)據(jù)的無線傳輸，不僅可以保障設(shè)備正常運(yùn)行，同時(shí)有效地減少了人員吸收的輻射劑量。

數(shù)據(jù)無線傳輸裝置（實(shí)物如圖2所示）以本地計(jì)算機(jī)為中心，集中處理所有系統(tǒng)內(nèi)外的信息，并進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，通過組建局域網(wǎng)，將本地計(jì)算機(jī)的屏幕顯示傳遞至遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，將遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)、鍵盤操作等傳遞至本地計(jì)算機(jī)進(jìn)行鼠標(biāo)、鍵盤虛擬動作，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時(shí)，借助該局域網(wǎng)將存儲于本地計(jì)算機(jī)的檢測圖像按照國際通用的無損檢測數(shù)字成像與通訊標(biāo)準(zhǔn)傳輸至遠(yuǎn)程圖像評定終端，最終實(shí)現(xiàn)對連接硬件的遠(yuǎn)程控制和檢測圖像的遠(yuǎn)程傳輸。整個(gè)數(shù)據(jù)無線傳輸包括了控制指令、顯示屏幕以及檢測圖像等相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)無線傳輸在軟件上主要包括兩個(gè)方面，一是基于DICOM/DICONDE的圖像儲存與遠(yuǎn)程圖像傳輸，用于遠(yuǎn)程圖像評定；二是遠(yuǎn)程桌面技術(shù)，用于遠(yuǎn)程系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視與系統(tǒng)運(yùn)動控制。

圖2　無線控制系統(tǒng)實(shí)物

4　工作效果

4.1工作效率分析

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的工作效果，制作了D219 mm× 8 mm×1 500 mm，D 323 mm×8 mm×1 500 mm， D 406 mm×8 mm×1 500 mm三根試件進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置為俄羅斯SPEKTROFLASH生產(chǎn)的MAPT-250射線機(jī)和美國珀金埃爾默公司的XRD 0822非晶硅平板探測器。工藝參數(shù)：雙壁單影透照方式，焦距500 mm、合適的透照參數(shù)，150 m遠(yuǎn)程操作距離，2人操作。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1　無線控制自動檢測X射線數(shù)字成像裝置試驗(yàn)效果分析

4.2圖像效果分析

在厚度為18 mm、材質(zhì)為20#鋼、坡口形式為V型、焊接方法為氬電聯(lián)焊的人工缺陷試件上分別進(jìn)行X射線膠片成像與X射線數(shù)字成像的比對試驗(yàn)，比對結(jié)果見圖3。

圖3　X射線數(shù)字成像與X射線膠片成像的效果比對

X射線膠片成像主要試驗(yàn)裝置為理學(xué)250射線機(jī)和AGFA-C4膠片。工藝參數(shù)：單壁透照，3 mm鉛板做背散射防護(hù)，500 mm焦距，20 mA·min曝光量，自動沖洗，底片掃描儀掃描，底片黑度2.57～3.55，單張片曝光時(shí)間5 min，自動沖洗時(shí)間7 min，評定時(shí)間1 min。可辨識的缺陷（見圖3（a））分為3組，第一組：裂紋5條，氣孔4點(diǎn)；第二組：裂紋4條；第三組：裂紋2條，條孔1條。

X射線數(shù)字成像主要試驗(yàn)裝置[2]為俄羅斯SPEKTROFLASH生產(chǎn)的MAPT-250射線機(jī)和美國珀金埃爾默公司的XRD 0822非晶硅平板探測器。工藝參數(shù)：單壁透照，焦距500 mm，單張片位采集時(shí)間2s×16幀，評定時(shí)間1 min?？杀孀R的缺陷（見圖3（b））分為3組，第一組：裂紋10條，氣孔11點(diǎn)；第二組：裂紋9條；第三組：裂紋7條，條孔1條。

5　結(jié)論

已進(jìn)行的多次工藝試驗(yàn)與對比試驗(yàn)情況表明，X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)已達(dá)到煉化管道對接焊縫質(zhì)量檢測的要求，相比傳統(tǒng)的膠片照相技術(shù)，在檢測靈敏度上有了很大提升，檢測工藝已日趨完善。實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)便攜化、數(shù)據(jù)采集自動化、數(shù)據(jù)傳輸無線化以后，會給煉化管道焊接接頭質(zhì)量檢測行業(yè)帶來一次大的變革，同時(shí)也符合射線檢測的發(fā)展趨勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]NB/T47013.2-2015，承壓設(shè)備無損檢測[S].

[2]ISO 17636-2-2013，焊縫的無損檢測—射線檢測—第2部分X射線和γ射線數(shù)字檢測器技術(shù)[S].

ADigitalImaging Automatic Detection System Based on Wireless Control

WU Hao
Qingdao Weikang Zhongyou NDE&Test Institute，Qingdao 266300，China

Because of the advantages of higher image sensitivity and detection efficiency，lower labor intensity and radiation dose as well as good safety performance，X-ray digital imaging technology will be extensively used in NDT fields.This paper describes a digital imaging automatic detection system，which is based on wireless control.By the equipment design，improvement and test，the detection system realizes the object of portability，lightweight and wireless，and greatly improves the defect assessment accuracy.The system will have a wide application prospect in NDT fields of petrochemical pipeline，long-distance pipeline，gathering pipeline and so on.It can provide advanced technical support for oil and gas fields surface construction engineering to guarantee safety，quality and schedule.

digitalimaging；automatic detcetion；wireless control

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.023

吳昊（1981-），男，山東青島人，工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）金屬材料專業(yè)，現(xiàn)從事無損檢測技術(shù)質(zhì)量管理工作。Email：wuhao08054@126.com

2015-10-19；

2016-07-25