基于无线控制的数字化成像自动检测系统

吴昊

青岛维康中油检测所，山东青岛266300

基于无线控制的数字化成像自动检测系统

吴昊

青岛维康中油检测所，山东青岛266300

由于X射线数字成像技术有图像灵敏度高、检测效率高、劳动强度小、人员所接受的辐射剂量少、安全性能好等优点，势必在无损检测领域得到大范围的应用。介绍了一种基于无线控制的数字化成像自动检测系统。通过对系统装置的设计、改良和试验，实现了检测系统的便携化、轻量化、无线化，并大大提升了缺陷评定的准确度。该系统在炼化管道、长输管道、集输管道等无损检测中具有广阔的应用前景，可为油气田地面建设工程的安全、质量及工期方面提供先进的技术支撑。

数字成像；自动检测；无线控制

应用胶片的传统射线检测技术是目前炼化管道无损检测应用最为广泛的检测方法，但存在劳动强度大、工作效率低、辐射防护差、检测周期长等局限性，成为制约炼化管道无损检测的瓶颈，常常因此影响到整个装置的工程进度。

X射线数字成像技术同传统射线检测技术相比，没有裁片、装片、拆片、冲洗等环节，可即时出具检测结果，缩短检测周期，并实现检测资料的数字化管理；可对出现问题的检测图像作及时的修正[1]；检测图像质量高于胶片射线照相技术的水平；曝光时间极短，所需曝光时间是传统射线拍片的1/10，甚至更短；不仅可加快检测速度，提高施工效率，还大大降低检测人员所接受的辐射剂量，改善检测人员工作条件，提高安全性。基于以上优势，X射线数字成像技术将在未来几年得到广泛的应用。

目前，X射线数字成像无损检测技术主要应用在产品加工制造和油气长输管道焊缝等相对比较单一的受检对象，配套工装体积大、笨重，计算机、控制系统与成像系统为有线连接，且连接线较多。在石油化工装置施工现场，因现场检测环境复杂，难以应用。

随着信息、计算机技术的快速发展，如果能够使X射线数字成像装置的操作系统实现便携化，数据采集实现自动化，数据传输实现无线化，必将大大推动该技术在炼化管道施工现场的应用。

1　操作系统便携化

为适应炼化管道检测环境要求，检测系统应尽可能便携化、轻量化，以便于携带或高空架设。主要措施有：

（1）选用小型便携式高频恒压X射线机，该射线机管头质量只有8 kg，能够提供250 kV稳定射线输出，200 W的功率已能满足大部分炼化管道对接接头的检测。

（2）机械结构设计尽量简化，并采用高强度的铝合金材料，以减轻重量。同时使探测器连接模块标准化，以便于在不同检测工装上更换。

（3）统一供电方式，所有设备通过公用的220V/AC输电线供电，各用电部分可在装置内部转换，以避免复杂的供电线布置和接插件连接。同时，应用便携式电池组电源，以便临时使用时节省现场布置时间。

（4）应用数据无线传输和无线控制技术，大幅度节省数据传输线路，并使现场检测辐射防护更有效。

2　数据采集自动化

2.1自动采集装置组成

针对炼化装置常见的DN200～DN400管道，设计制造由伺服驱动机构驱动的自动检测装置，自动采集装置主要包括：环形旋转机构、锁紧机构、支撑脚、伺服驱动机构、探测器、射线机。如图1所示。

图1　自动采集装置

2.2自动采集装置工作原理

环形旋转机构由内环与外环组成，锁紧机构、支撑脚、伺服驱动机构均安装于外环之上，而探测器与射线机安装于内环之上。探测器与射线机呈180°对称设置；支撑脚上设有沿管道径向设置的滑动槽，探测器和射线机可沿滑动槽滑动，便于调整焦距。根据被检管道公称直径，对支撑脚进行粗调，完成后将打开的环形旋转机构置于被检管道之上，压紧锁紧机构使环形旋转机构闭合，同时调节支撑脚使环形旋转机构固定于管道之上，安装并根据检测要求调节探测器与射线机的位置，完成后将其固定，通过电机驱动，探测器与射线机可随内环同步旋转，到达指定位置后停止，并开启射线机与探测器采集图像，完成后继续旋转到下一检测位置，如此反复，完成整个管道对接环焊缝质量检测。

该装置组件少，结构简单，便于安装和拆卸，稳定性好，方便耐用，适用于DN200～DN400之间不同规格焊接接头的X射线数字成像检测。

3　数据传输无线化

X射线数字成像检测的基本原理仍然是采用连续X射线在物质中的衰减规律来实现对厚度差异的检测，这与传统的胶片照相技术是一致的。X射线对人体会造成辐射损伤，因而需要进行防护，现场防护主要依靠距离，按照GB 18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》进行现场控制。如采用数据无线传输装置，实现远程无线控制以及检测数据的无线传输，不仅可以保障设备正常运行，同时有效地减少了人员吸收的辐射剂量。

数据无线传输装置（实物如图2所示）以本地计算机为中心，集中处理所有系统内外的信息，并进行相应的控制操作，通过组建局域网，将本地计算机的屏幕显示传递至远程控制计算机，将远程控制计算机的鼠标、键盘操作等传递至本地计算机进行鼠标、键盘虚拟动作，并进行相应的处理。同时，借助该局域网将存储于本地计算机的检测图像按照国际通用的无损检测数字成像与通讯标准传输至远程图像评定终端，最终实现对连接硬件的远程控制和检测图像的远程传输。整个数据无线传输包括了控制指令、显示屏幕以及检测图像等相关数据的传输。数据无线传输在软件上主要包括两个方面，一是基于DICOM/DICONDE的图像储存与远程图像传输，用于远程图像评定；二是远程桌面技术，用于远程系统状态监视与系统运动控制。

图2　无线控制系统实物

4　工作效果

4.1工作效率分析

为了验证该系统的工作效果，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三根试件进行试验。试验装置为俄罗斯SPEKTROFLASH生产的MAPT-250射线机和美国珀金埃尔默公司的XRD 0822非晶硅平板探测器。工艺参数：双壁单影透照方式，焦距500 mm、合适的透照参数，150 m远程操作距离，2人操作。试验结果见表1。

表1　无线控制自动检测X射线数字成像装置试验效果分析

4.2图像效果分析

在厚度为18 mm、材质为20#钢、坡口形式为V型、焊接方法为氩电联焊的人工缺陷试件上分别进行X射线胶片成像与X射线数字成像的比对试验，比对结果见图3。

图3　X射线数字成像与X射线胶片成像的效果比对

X射线胶片成像主要试验装置为理学250射线机和AGFA-C4胶片。工艺参数：单壁透照，3 mm铅板做背散射防护，500 mm焦距，20 mA·min曝光量，自动冲洗，底片扫描仪扫描，底片黑度2.57～3.55，单张片曝光时间5 min，自动冲洗时间7 min，评定时间1 min。可辨识的缺陷（见图3（a））分为3组，第一组：裂纹5条，气孔4点；第二组：裂纹4条；第三组：裂纹2条，条孔1条。

X射线数字成像主要试验装置[2]为俄罗斯SPEKTROFLASH生产的MAPT-250射线机和美国珀金埃尔默公司的XRD 0822非晶硅平板探测器。工艺参数：单壁透照，焦距500 mm，单张片位采集时间2s×16帧，评定时间1 min。可辨识的缺陷（见图3（b））分为3组，第一组：裂纹10条，气孔11点；第二组：裂纹9条；第三组：裂纹7条，条孔1条。

5　结论

已进行的多次工艺试验与对比试验情况表明，X射线数字成像检测技术已达到炼化管道对接焊缝质量检测的要求，相比传统的胶片照相技术，在检测灵敏度上有了很大提升，检测工艺已日趋完善。实现操作系统便携化、数据采集自动化、数据传输无线化以后，会给炼化管道焊接接头质量检测行业带来一次大的变革，同时也符合射线检测的发展趋势，具有广阔的应用前景。

[1]NB/T47013.2-2015，承压设备无损检测[S].

[2]ISO 17636-2-2013，焊缝的无损检测—射线检测—第2部分X射线和γ射线数字检测器技术[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

吴昊（1981-），男，山东青岛人，工程师，2005年毕业于中国石油大学（北京）金属材料专业，现从事无损检测技术质量管理工作。Email：wuhao08054@126.com

2015-10-19；

2016-07-25