CN102695453B - 用于外部管线焊缝检查的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于管线周界焊缝的外部检查的装置。该装置包括辐射源(5)和辐射检测器(3)。两单元可受控地围绕在驱动带或轨道(7)移动，所述驱动带或轨道(7)配合在周界焊缝周围。为了使源与检测器对准，源和检测器相对彼此绕最初位置顺时针和逆时针地移动，同时在对在多个位置检测到的辐射进行采样。随后确定所检测到的辐射信号的最大强度的位置，从而可定位辐射源的中心点。随后使该源和检测器彼此基本对准并且提供使源和检测器围绕焊缝周向地移动并同时保持基本对准的装置。
Description
技术领域
本发明涉及用于管线焊缝的外部检查的方法和装置，例如可使用数字实时x射线执行的。
背景技术
用于在长距离上传输例如气、油等原料的类型的管线由金属管线管段构成。这些管段通过焊缝接合在一起。在大多数的情形下，管线是通过顺序地添加管段——即一个管段接着另一个管段——而形成的。当管段已添加时，它被焊接至前一管段。由于新添加管段的端部是敞开的，因此可从两侧检查焊缝，并且这一般是使用对焊缝的x射线穿透以及例如x射线感光胶片的适宜检测系统来完成的。在一些情形下，内部通达是难以获得的。例如，在管线必须从道路下面经过的情形下，管线可以传统方式在道路的任一侧构造并随后在道路下面挖隧道，管段可通过该隧道并随后与任一侧上的管线管段连接。当这完成时，经常无法获得对管线的内部通达以检查用于连接诸管线管段的焊缝。因此，必须提供完全处于管线之外的检查系统。
传统地，已通过使用例如x射线或伽玛射线的高强度宽射束放射性源穿透管线的两个壁并使管线的相对侧上的x射线/伽玛射线感光胶片板暴露于x射线/伽玛射线源来检查此类焊缝。
为了获得焊缝的完整图像，需要多次曝光并且六次或更多次曝光是很平常的，这依赖于管线直径。这允许在管线周界周围的所有位置检查焊缝。源的宽射束性质还要求相对长的曝光并因此在x射线/伽玛射线源周围需要提供的辐射禁区是广阔的。
发明内容
本发明的优选实施例在其各方面提供管线中的周围焊缝的整体性的实时外部检查的方法和装置。不需要使用内部x射线源或宽射束外部x射线或伽玛射线源。实施例也尝试不使用x射线/伽玛射线胶片板及其处理所需的相关化学制品。
本发明的一个方面提供一种管线周界焊缝的外部检查的装置，该装置包括：可独立地安装在管线焊缝的两相对外侧以及可绕焊缝周向地独立移动的辐射源和辐射检测器；以及使源和检测器绕最初位置相对彼此顺时针和逆时针移动并同时对在数个位置检测到的辐射采样以确定所检测的辐射信号的最大强度位置的装置，由此可定位辐射源的中心点，并且源和检测器基本彼此对准；以及绕焊缝周向地移动源和检测器并同时使基本对准的检测器保持基本彼此对准并可安装在管线周界焊缝的相对两侧上的装置。
附图说明
图1示出本发明实施例的立体图；
图2示出夹紧在管线周界焊缝周围并耦合至记录站的图1实施例的图；以及
图3示出用于图2的系统的x射线检测器的实施例。
具体实施方式
图1中本发明实施例的立体图示出如下要素。x射线检测组件包括耦合至图像采集设备2的x射线检测传感器1。x射线检测传感器1和图像采集设备2被安装在保护性管架10内。x射线检测组件3附连于可绕驱动带或轨道7可控制地移动的机动化推车4。该驱动带或轨道可夹紧在其焊缝需要检查的管线周围。轨道夹紧在管线周围是通过以铰接在位置12且由固定装置14固定在轨道7周围的两个部分来提供轨道实现的。
另外x射线源组件16经由机动化推车6可移动地安装在轨道7上，该x射线源组件16包括x射线源5。机动化推车4、6可同步地受到控制以绕轨道移动x射线检测组件和x射线源组件从而检查焊缝。x射线源和x射线检测器安装在沿与外部轨道7的轴线平行的直线纵向隔开的各个位置的相应组件上，以使轨道不位于x射线源和x射线检测器之间。
轨道通过安装垫18定位在管线周围，安装垫18使轨道与管线径向地隔开，由此允许x射线检测组件和x射线源组件经由它们的机动化推车可靠地安装在轨道上。x射线源和x射线检测器组件可绕轨道可控制地同步移动以检查周边焊缝。
x射线检测器包括高敏感x射线传感器而图像采集设备2包括数字化器和串行通信转换器。优选地，x射线检测器组件被冷却至一恒定温度以确保稳定的操作。这是通过使用流过管架3的冷却液来实现的。
所使用的x射线检测器具有优选地基本类似于中速x射线胶片板的分辨率和对比度性能。在一些应用中，可能需要不同的灵敏性。x射线检测器足够灵敏而能够采集比传统x射线胶片板能检测的x射线量子好上几个量级的x射线量子。
x射线检测器基于在牙科中使用且特别针对低剂量、高速全象x射线而设计的已有产品的高度定制版本。该商用产品使用多行电荷耦合器件(CCD)装置高速地扫描患者的下颚，所述CCD装置可直接或间接地将低能x射线转换成电信号。
借助示例，一种可商业获得的系统由覆盖150mm宽的3072×128元素CCD装置构成。以患者下颚为轨道的机构的扫描速度联系于CCD上从行至行的电荷转移速率，从而导致128倍于单行检测器的振幅的单输出信号行。这种类型的检测器一般被称为“分时积分”装置。
在使用中，CCD沿与其CCD元件的128行垂直的方向围绕其扫描弧线移动。每个元件例如直径为50微米。在第一次扫描中被读入的来自每个行的元件的电荷被存储在多个寄存器中的相应一个中，一个寄存器对应每个行，并且每个寄存器针对每个CCD元件包括一存储元件。
CCD随后前进并当已前进一基本等于一行CCD元件的距离(在本例中为50微米)时执行第二次扫描。来自每个行内的元件的电荷在第二次扫描中被读出。该电荷被添加至针对与正被扫描的物品相关的相应行位置而已经存储的电荷。也就是说，在第一次扫描中，CCD元件的第一行将其电荷存储在第一寄存器中，第二行存储在第二寄存器中，以此类推。在第二次扫描中，CCD元件的第一行将其电荷存储在新的寄存器中。CCD元件的第二行将其电荷加至第一寄存器中的电荷，因为它目前检测到与第一寄存器在第一次扫描上相同的位置。逐步通过各寄存器且每当CCD元件已移动一行则将电荷加至每一寄存器以又一次扫描的过程继续，直到来自CCD元件的最后一行的电荷已被写至第一寄存器为止。当这发生时，来自第一寄存器的数据可被送至数字化器和串行通信转换器。
在下一次扫描之后，与CCD元件的第一行的第二位置对应的寄存器将结束累积电荷并被送至数字化器。该过程继续以使整个物品被扫描。由此，对于扫描上的每个位置，来自CCD元件的128行的电荷被累积在单个寄存器中，对于扫描上的每个位置，由此产生一信号，其中只有显著的变化将被噪声所屏蔽。
由本实施例中描述的检测器使用的整个系统使用与前面描述的商用牙科产品相同的原理，但已在五种新方法中被改良。
首先，检测宽度减小至75mm，这是焊缝的常见检测宽度。在本例中，CCD阵列因此被减小至1536×128元素，但其它结构也是可能的。
第二，通过覆盖CCD输入窗的深(通常为50mm-100mm深度)辐射吸收相干光纤光学块保护CCD装置不受用于环形焊缝检查的较高能量(通常为300kV或更高)影响。
第三，CCD及其电子器件被重金属辐射吸收壳屏蔽以减少x射线的散射。
第四，光纤光学块耦合于场可变x射线闪烁体，所述场可变x射线闪烁体由多晶x射线-光转换器构成，包括几百万个针状晶体，其粘合于低密度载体板。
第五，CCD检测器和电子器件经由珀耳帖装置冷却以维持低的暗电流和高稳定性。这允许检测器在需要时以低速扫描环形焊缝。
x射线检测器电子器件经由主时钟与扫描机构同步以每当检测器前进CCD元件的一行时对来自CCD的数据采样。检测器的机械移动和检测器转移时钟之间的主时钟比可以这样一种方式变化以使x射线数据集“聚集”在空间内的特定平面。在大多数应用中，这在焊缝的中央，但其它操作也是可行的。这种方法的效果是使想要的薄层数据(x射线分层法)聚集在感兴趣区域同时使该特定平面以外的区域是失焦的。使用该检测器，系统能从x射线产生数据，该x射线已穿透管线的两个壁并仍然能传递可与通过管线的单个壁摄取的胶片板比拟的灵敏性。这是通过增加检测系统的灵敏性并利用系统薄层特性实际消除管表面最靠近x射线源的效应来达成的。
图3示出x射线检测器的示意图。X射线40进入组件。X射线40通过场可变x射线闪烁体44被转换成适当地匹配于CCD装置42的波长的光，该场可变x射线闪烁体44由多晶x射线-光转换器构成。它将x射线转化成光并随后使它们经过相干光纤光学块46。
CCD装置42和接口电子器件48被封装在重金属辐射吸收壳50中。珀耳帖效应装置52经由固定在CCD背部和承载接口电子器件的印刷电路板之间的热传递板54冷却CCD检测器42。热经由铜板56传递至铜块58。液体冷却剂经由入口和出口连接60被泵送通过铜块。CCD装置的冷却允许检测器在需要时以低速扫描焊缝，并允许其工作在高环境温度下。
x射线检测器通过第一推车4以恒定速度在周界焊缝周围移动，第一推车4在驱动带或轨道7周围移动。在其移动时，通过x射线传感器1检测x射线，x射线传感器1将输出数据提供给数字化器和串行通信转换器2。数字化器和串行通信转换器2进而耦合于外部控制中心，例如也将控制信号提供给机动化推车以驱动检测器绕轨道移动并当由x射线传感器1连接时与来自数字化器和串行通信转换器2的读数据同步地驱动检测器的计算机。
同时，x射线源组件由控制中心控制以与x射线检测器组件同步地围绕轨道移动，但在轨道的相反侧则以与x射线检测器相差大约180°的速度绕轨道移动。这确保了x射线源基本指向x射线检测器，因为它们均绕轨道7移动。
以这样一种方式使检测器及其关联的电子器件将数据转移至控制中心的速度与检测器组件绕轨道7的移动同步，即将x射线数据集在空间内“聚集”在特定平面上。前面描述的在“时延积分”模式下使用CCD装置意味着数据集将仅“聚集”在x射线源和检测器之间的狭窄范围的位置。通过选择表征待检焊缝表面处的数据的机械轨道运动速度和检测器行时钟以使其在检测器的所有CCD行上是固定的，在源和检测器之间其它位置(即最靠近x射线源的焊缝)获得的任何数据将是失焦的。在大多数场合下，这处于焊缝中央，但其它配置也是可行的。其效果是使数据检测聚集在感兴趣区域，优选为周界焊缝上离检测器最近的点，同时使落在其外的其它区域失焦。由于将数据送至控制中心的转移时钟的同步，随着检测器在周界焊缝周围扫描而产生一组薄层数据，即随着检测器一次一行地移动，来自扫描的数据被顺序地累积并被送至数字化器并随后前进以供分析。
x射线源校准于窄扇形光束。这确保其基本指向周界焊缝的区域，由此减少未使用x射线的散射。两个机动化推车4、6受来自控制中心的信号控制。它们绕轨道7同步地移动。优选地，每个推车具有车载电动机驱动器。然而，它们也可耦合在一起以在主/从操作中移动。
推车啮合在驱动带或轨道7上，这允许电动机围绕管线周界驱动推车。齿条可配合于驱动带以啮合于推车，从而提供管线周界的平滑和可靠的扫描。在另一实施例中，驱动带机构可由悬挂在管线上并承载x射线源和x射线检测器上的铰接“爪”环面型旋转装置来取代。
来自x射线源组件和x射线检测器组件的电缆被路由回到控制中心或执行控制和图像捕获/存储的检查站。
系统使用已知为双壁单图像(DWSI)的射线照相技术来扫描管线周界焊缝的整个周界。系统经由控制中心配置以产生x射线图像，它看上去像连续的焊缝长带。这是从来自聚焦的x射线检测器的连续采样图像产生的。失焦的数据在这里不使用。因此，从图像角度说，所显示的图像与使用单图像(SWSI)配置采集的图像属于相同类型，SWSI配置在对管线内部通达可能的情况下使用。
替代地，x射线源可相对于检测器顺时针和逆时针地移动，或者源和检测器可彼此相对地沿顺时针和逆时针地移动。
为了确保x射线检测器在x射线图像检测开始前正确地对准于x射线源，系统被安排成首先执行x射线搜索。在这里，x射线被首先供能并且x射线检测系统随后受控制以进入x射线搜索工作模式。在这里，其沿顺时针和逆时针两个方向在周界轨道7上绕其初始位置作轨道运动。当其移动时，所检测到的x射线数据的采样被提供给控制中心，控制中心确定在其移动的圆弧上检测到的x射线信号的最小和最大强度。由此能够计算检测到x射线信号的最大强度的位置，由此大致确定x射线光束中心。一旦已定位该中心点，则x射线检测器组件移动至该位置而无需移动x射线源推车。
系统随后移动至扫描模式，其中x射线检测器组件和x射线源组件均在同一速度下同步地绕轨道移动，并维持由x射线搜索模式选定的同一周界位移以执行周界焊缝的扫描。
图2示意地示出安装在管线上的x射线检查系统。驱动带或轨道7被夹紧至管线周界20。x射线检测器组件3随后被夹紧至轨道7并且x射线源组件16被夹紧在与x射线检测器组件近乎直径相对的位置。控制电缆22链接于两个组件并将它们耦合至低电压电源24、膝上计算机26和x射线控制器28。低电压功率源24、膝上计算机26和x射线控制器28被设置在可位于离x射线检查系统一安全距离的交通工具30内。便携式发电机32为整个系统供电，尽管在一些实施例中可将交通工具用作电源。
在操作中，系统被供能并且x射线一开始导通以进入x射线搜索模式来寻找x射线束的中心。一旦定位到x射线束的中心，则执行周界焊缝的完全扫描。然后解析和存储结果。检查系统随后移动至下一个待检焊缝。
在一替代实施例中，多个检测器可周向地设置在检测器的任一侧，在所示实施例中设置在沿同一轨道的推车上，以使它们可与主检测器同时地在焊缝周围周向地移动。
例如，两个附加检测器可安装在同一轨道的推车上的主检测器的任一侧上。x射线源扇形光束的宽度可能必须增加以确保辐射冲击所有这三个检测器。对结果数据的处理包括用来自主检测器对检测器经过的每个位置的数据来覆盖来自每个附加检测器的检测辐射数据。检测器将是类似检测器并优选为前述CCD装置。对于围绕周界的每个位置来自三个检测器的数据则被求和，这导致结果数据的提高的信噪比，由此相比单检测器允许增加轨道运动速度。
要理解，本发明的实施例可用于在通达管线内部不可行的情形下检查管线上的周界焊缝。本发明诸实施例的另一应用是在内径过小而无法方便地部署辐射源的情况下检查小直径管线内的周界焊缝。
也可将更改系统以检查非圆形的管线和管道上的焊缝。
Claims (14)
1.一种用于管线周界焊缝的外部检查的装置，包括：
用于夹紧在所述管线周围的导轨；以及
可独立地安装在管线焊缝的相对外侧的导轨上并可独立地围绕所述导轨周向地移动的辐射源和辐射检测器；
绕最初位置相对彼此顺时针和逆时针地移动所述源和所述检测器并同时对在数个位置检测到的辐射进行采样以确定所检测到的辐射信号的最大强度的位置的装置，藉此定位辐射源的中心点，并且所述源和所述检测器彼此基本对准，并且所述源和所述检测器可绕轨道可控制地同步移动；
其中所述辐射源校准成窄扇形光束以减少x射线的散射，所述窄扇形光束照射x射线检测器；
并进一步包括围绕所述焊缝周向地移动如此对准的所述源和所述检测器并同时保持基本对准的装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐射源和所述辐射检测器各自由相应的机动化推车承载，所述机动化推车可控制地围绕所述导轨移动，所述导轨围绕所述管线周界焊缝安装。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述导轨可拆卸地安装在所述管线周界焊缝周围。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述导轨通过多个安装垫与所述管线隔开。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述辐射源和辐射检测器可同步地在所述导轨周围受控制地移动。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述导轨包括铰链连接的两个部分，由此所述导轨可定位在所述管线周围并固定于此。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐射检测器聚焦在所述管线周界焊缝的狭窄部分，并且所述检测器读取来自所述管线周界焊缝当所述检测器在焊缝周围移动时所聚焦在的部分的数据，由此产生与所述焊缝的整体性关联的线性的检测数据集。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述辐射源包括x射线源且所述辐射检测器包括x射线-光转换器，x射线落到所述x射线-光转换器上，并使光透过辐射吸收光纤光学块到达检测光强度的电荷耦合器件。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电荷耦合器件包括检测器元件的二维阵列并且由所述电荷耦合器件采样的电荷随着所述电荷耦合器件在所述阵列的预定数量的行上机械移动而被同步、逐行地采样，并且在每行的每个位置上采样的电荷被累积在多个相应寄存器中。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，来自所述电荷耦合器件的预定数量行上的电荷累计的结果信号输出是单输出行，包含来自针对焊缝检查选定的预定数量行的总电荷累积。
11.如权利要求8-10中任何一项所述的装置，其特征在于，包括冷却所述辐射检测器的装置。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括位于所述辐射检测器的任一侧并可与所述辐射检测器同时地围绕所述焊缝周向地移动的至少两个额外辐射检测器。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，在围绕所述管线周界焊缝的多个位置中的每一位置的每个辐射检测器所采样的数据对于每个位置被求和。
14.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述辐射检测器被重金属辐射吸收壳屏蔽。
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Granted publication date: 20160120 Termination date: 20190827 |
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