CN108318509A - 用于射线检测的双向对焦方法及对焦装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种射线检测辅助装置，具体公开了一种用于射线检测的对焦装置，包括底座，测量盘，光束发射装置和限位装置；底座上设置有至少3条支腿；测量盘安装在底座上，测量盘上设置有用于测量光束发射装置发出的光束与工件表面法线夹角的角度标尺；所述光束发射装置能够发出细长的光束，并能以测量盘为旋转平面绕角度标尺的圆心做同心旋转，所述限位装置能限制光束发射装置自由转动。此外本发明还公开了一种用于射线检测的双向对焦方法。本发明的优点是：1)通过本装置和方法，将常规射线源头单向对焦定位，改为双向对焦定位，实现了射线检测快速精确对焦。2)本方法设备轻巧、操作简便、可有效提高操作速度。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测，尤其是一种射线检测辅助装置和检测方法。
背景技术
射线检测广泛应用于锅炉、压力容器、压力管道、核电、军工等产品在制造、安装、在役阶段的焊缝检测，射线源对焦操作是射线检测的关键操作环节，对焦准确性直接关系到底片合格与否、缺陷能否检出和缺陷定位精度等，对焦要求射线源发出的中心射线束与工件表面法线成需要夹角，以满足不同检测的需要。常规对焦方法采用人眼瞄、尺子量或射线机头按装十字定位激光器，对于厚壁焊缝、曲面焊缝或空间复杂结构工件，对焦准确性差，拍片成功率低，严重制约检测效率和检测效果。
发明内容
为解决现有技术中存在的对焦方法精度差、效率低等问题，本发明提供了一种用于射线检测的对焦装置，可对不同厚度焊缝，不同曲面工件，复杂空间结构工件，进行快速、精确对焦，保证检测效果和检测效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于射线检测的对焦装置，包括底座，测量盘，光束发射装置和限位装置；所述底座上设置有至少3条支腿；所述测量盘安装在底座上，测量盘上设置有用于测量光束发射装置发出的光束与工件表面法线夹角的角度标尺；所述光束发射装置能够发出细长的光束，并能以测量盘为旋转平面绕角度标尺的圆心做同心旋转，所述限位装置能限制光束发射装置自由转动。
传统对焦方法采用射线源单向对焦的方式，难以量化被检测焊缝处表面法线与射线入射中心束的夹角，只能通过反复调试或重新透照等方式来确定合适的对焦位置，使得对焦精度差、效率低。本发明彻底改变传统射线源单向对焦方式，而采用焊缝侧向射线源和射线源向焊缝的双向对焦方法，并自主设计了一种对焦装置，利用此装置可解决现有对焦方法存在的角度偏差大、操作效率低的问题。
本发明的的对焦装置可适用于不同曲面焊缝、空间结构变化复杂的工件，能快速找到基准，精确指定射线源的放置方位，确保投射到工件的射线束满足检测需要，避免反复测试和重新检测。
根据检测需要，改变传统射线源单向对焦的方式，采用焊缝侧向射线源和射线源向焊缝的双向对焦方法，设计了一种对焦射线源定位装置，可快速精确调节检测所需射线束与被检处工件表面法线夹角，光束指示射线源位置的设置，实现快速准确对焦。
利用本发明的对焦装置进行对焦定位方法的方法具体如下：
步骤1.寻找基准面：将经校准合格的对焦装置{支点同平面，光束发射装置发出的光束与角度标尺上的检测参考线(0刻度)对齐}横跨焊缝对称放置平稳；
步骤2.调节指示角度：根据检测技术要求，确定射线束入射方向和入射角度a，旋转光束发射装置，使光束对齐角度标尺对应角度值a，并固定；
步骤3.调节射线源位置：移动X射线机头到光束上，根据检测技术要求的焦物距，远近移动找到X射线机头所需固定位置；
步骤4.调节射线中心束方向：利用X射线机头的指示器发出的十字光标，旋转X射线机头寻找焊缝位置，使射线中心束对准被检焊缝，并固定X射线机头不动；
步骤5.移开对焦装置，关闭光束发射装置，即完成射线检测精确对焦工作。
为了便于光束发射装置的更换、旋转和固定，可增加旋转托架，并将光束发射装置固定在旋转托架上，旋转托架与测量盘转动连接，通过转动旋转托架可带动光束发射装置以测量盘为旋转平面绕角度标尺的圆心做同心旋转。
为了提高对焦的精确度和读数准确度，可在旋转托架上设置与角度标尺刻度配合的中心线和用于调节光束发射装置位置和垂直度的调节旋钮。测量时可通过调节旋钮使光束与中心线对齐，通过中心线指示读取刻度能够准确测定光束与待测工件表面法线的夹角。
为提高检测精确度，刻度标尺的圆心位置不宜过高，以使光束与法线的夹角和射线中心束与法线的夹角近似相等。因此可将刻度标尺的圆心设置于位于测量盘下部靠近底座的位置，并将圆心处作为旋转托架与测量盘的连接点。容易理解的，当刻度标尺的圆心落在被检焊缝上时检测精确度是最高的，但这并不利于对焦装置的制作和检测的稳定性。实际检测中焦物距通常在600mm以上，因此由圆心位置引起的微小误差并不会对检测的准确性造成任何影响。实际检测中可将角度标尺的圆心至工件上待测点的距离控制在5cm以内以保证检测的精确度，该距离可通过控制支腿长度和底座厚度等来实现。
为了便于对焦操作，旋转托架旋转至对应角度时应当是能够固定的，可采用设置紧固旋钮的方式进行固定，具体结构为在测量盘上设置有旋钮滑槽，紧固旋钮通过连接螺杆穿过旋钮滑槽与旋转托架连接，通过旋紧紧固旋钮可增大旋转托架和测量盘之间的摩擦力从而限制旋转托架转动。容易想到的，除此之外紧固旋钮还有其他的设置方式，例如可不设置旋钮滑槽，而是在测量盘上设置旋钮接孔，旋转旋钮可使旋钮的一端穿过接孔与旋转托架接触从而限制旋转托架转动。此外也可以不使用紧固旋钮，而使用图3所示的磁性限位件等其他限位结构来限制旋转托架转动。
为准确寻找待测焊缝处的基准平面和法线，可使用能够发出与光束反向共线的反向光束的光束发射装置，检测时将校准好的对焦装置(光束与检测参考线对其)横跨焊缝放置，并调整对焦装置的位置使反向光束落在待测焊缝上，此时与检测参考线对其的光束即可准确模拟待测焊缝处的法线，进一步提高检测准确性和检测效率。
本发明中支腿的数量和设置方式应当根据工件待测焊缝位置的表面情况进行设计，例如在对平面上的焊缝或球面上的焊缝就行检测时底座上可安装3条支腿且支点以等边三角形的形式排列，以保证对焦装置在工件表面能够稳定安放。而针对管道上的焊缝检测则更适于使用4条支腿并将支腿横跨焊缝对称放置以使支腿紧贴管壁两侧。实践中4条支腿的设计更具备实用性和更好的工况适应性。同时为进一步增强本对焦装置的适应性，可将测量盘与底座设计为可拆卸安装或底座与支腿可拆卸安装，以便于根据实际检测对象进行支腿形态的更换，使得本发明的的对焦装置可适用于不同曲面焊缝、空间结构变化复杂的工件。
为了使对焦更加便捷，可在支腿上安装磁性轮，以便于对焦装置吸附在工件表面，并便于位置的调整。容易理解的，除了磁性轮以外还可以使用其他的粘黏或吸附结构。
根据本发明的发明目的和工作原理容易理解，所述的光束发射装置指的是一切能够发出细长可见光束的装置，典型的例如激光笔。
本发明的有益效果是：1)通过采用对焦定位装置，将常规射线源头单向对焦定位，改为双向对焦定位，实现了射线检测快速精确对焦。2)采用测量盘指示射线入射角度，提高了定位准度。3)通过五步简便操作，提高了射线检测对焦的速度。4)采用4个带磁性轮的支腿与工件表面点接触，确保了适用于各种类型焊缝和复杂结构工件，且采用磁性轮易于在铁磁性工件表面固定，便于单人操作。5)本方法设备轻巧、操作简便、定位精确，可有效降低射线检测对焦的难度，减少对焦失误，提高操作速度。
附图说明
图1是实施例一中的用于射线检测的对焦装置的结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是图1的右视图。
图4是本发明工作原理示意图。需要说明的是，图4为了展示本发明的工作原理人为在图中扩大了光束与工件表面法线夹角α和射线中心束与工件表面法线夹角β之间目视角度差。实际检测中角度标尺的圆心至工件表面的距离仅在2～3cm，而检测焦物距通常在600mm～2000mm，因此该角度差很微小，可看作近似相等，不会对检测的精确度造成任何影响。
图5是实施例二中的用于射线检测的对焦装置的结构示意图。
图6是图5的左视图。
图7是图5的右视图。
图8是锅炉旋风分离器管屏正面结构示意图。
图9是锅炉旋风分离器管屏侧面结构示意图。
图10是实施例二的射线检测要求示意图。
图11是实施例二中本发明的工作状态示意图。
图12是实施例二中同一焊缝3个不同方向的透照对焦装置放置方式示意图。
图中标记为：1-底座，2-测量盘，3-旋转托架，4-激光笔，5-角度标尺，6-光束，7-紧固旋钮，8-磁性轮，9-调节旋钮，10支腿，11-圆心，12-中心线，13-旋钮滑槽，14-磁性限位件，α-光束与工件表面法线夹角，β-射线中心束与工件表面法线夹角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
如图1、图2、图3所示，本发明的用于射线检测的对焦装置，包括底座1，测量盘2，激光笔4和磁性限位件14；所述底座1上设置有4条支腿10；所述测量盘2安装在底座1上，测量盘2上设置有用于测量激光笔4发出的光束6与工件表面法线夹角的角度标尺5；所述激光笔4能够发出细长的光束6，并能以测量盘2为旋转平面绕角度标尺5的圆心11做同心旋转，所述角度标尺5的圆心11位于测量盘2下部靠近底座1的位置。所述磁性限位件14能限制激光笔4自由转动。
如图4所示，采用上述对焦装置对工件表面某处焊缝进行射线检测，步骤如下：
(1)寻找基准面：将经校准合格的对焦装置{支点同平面，激光笔4发出的光束与角度标尺5上的检测参考线(0刻度)对齐}横跨焊缝对称放置平稳，此时测得角度标尺5的圆心11与工件表面的距离为3.3cm；
(2)调节指示角度：根据检测技术要求，确定射线束入射方向和入射角度a，旋转激光笔4，使光束6对齐角度标尺5对应角度值a，并固定；
(3)调节射线源位置：移动X射线机头到光束6上，根据检测技术要求的焦物距，远近移动找到X射线机头所需固定位置；
(4)调节射线中心束方向：利用X射线机头的指示器发出的十字光标，旋转X射线机头寻找焊缝位置，使射线中心束对准被检焊缝，并固定X射线机头不动；
(5)移开对焦装置，关闭激光笔，即完成射线检测精确对焦工作。
实施例二：
图5～图7展示了本发明的另一种实施方式，与实施例一不同的是，本实施例中我们增加了旋转托架3，并将激光笔4固定在旋转托架3上，旋转托架3与测量盘2转动连接，通过转动旋转托架3可带动激光笔4以测量盘2为旋转平面绕角度标尺5的圆心11做同心旋转。此外旋转托架3上还设置有与角度标尺5刻度配合的中心线12和用于调节激光笔4位置和垂直度的调节旋钮9。并将用于限制激光笔4自由转动的磁性限位件更换为紧固旋钮7，紧固旋钮7的设置方式为：在测量盘2上设置有旋钮滑槽13，紧固旋钮7通过连接螺杆穿过旋钮滑槽13与旋转托架3连接，通过旋紧紧固旋钮7可增大旋转托架3和测量盘2之间的摩擦力从而限制旋转托架3转动。为了便于支腿10的更换将底座1与测量盘2设计为可拆卸安装，并在各支腿10上安装磁性轮8以便于该对焦装置在工件表面固定。
以本公司某车间生产的锅炉旋风分离器管屏小径管对接焊缝射线检测对焦应用为例进行说明，具体检测对象如下：
接管规格：Φ45×7mm，焊缝宽度：约8mm，材质：12Cr1MoVG，焊缝数量：24只/屏。
结构特点：如图8、图9所示，正面看，被检焊缝所在的管子形成等间隔夹角(约5°)的扇形面；侧面看，该扇形面与垂直面成约10°左右的倾角。
技术要求：如图10所示，每一小径管焊缝应间隔60°进行3次椭圆成像透照，椭圆成像要求开口度(上下焊缝投影最大间距)为1倍焊宽；采用X射线机进行透照，焦物距为600mm。
一、该结构焊缝检测射线检测对焦难点及常规对焦的不足
1、所有焊缝空间角度位置均在不断变化。在扇形面上，间隔约5°变化，对焦一次和采用简单平移方式难以实现多个焊缝检测，因此每个焊缝检测都必须重新对焦；
2、每个焊缝透照3次，射线检测透照方位均不同，每次透照均需重新对焦；
3、扇形面与垂直面约成10°倾角，使得整个焊口空间位置变得复杂。
以上计算可知检测整个管屏24条焊缝，共计需要对焦72次，因空间角度复杂，且不断变化，采用常规单向激光辅助对焦，单次对焦操作用时约5分钟，完成一次检测共需约7分钟，且对焦成功率为60％左右，检测完整个管屏24条焊缝，共计需要约14小时(7×72÷60％÷60)。可以看出，对焦准确性差，成功率和效率均低。
二、采用本发明的对焦装置进行对焦操作及效果
如图11、图12所示，采用本对焦方法和对焦定位装置对该管屏焊缝进行射线检测对焦。
具体步骤：
1.在管子上，对每个焊缝按60°间隔划3条检测参考线(-60°左方位，0°正方向，+60°右方位)；
2.根据射线检测椭圆成像技术要求，开口度为1倍焊宽，则角度a＝arctag[焊宽/(外直径-2倍壁厚)]＝arctag[8/(45-7×2)]＝14.5°；
3.将经校准的对焦定位装置横跨焊缝对称放置平稳，要求中心线12对齐检测参考线(0刻度)，测得圆心11与管子的距离为2.3cm；
4.旋松对焦定位装置测量盘2上的紧固旋钮7，转动旋转托架3使中心线12对齐角度标尺14.5°值，并旋紧固定；
5.沿管子轴向平移微调对焦定位装置的位置，使中心线12过焊缝边沿。
6.打开激光笔4开关，调节X射线机头位置，使射线机头落在光束6上，且射线源点离管子距离600mm。
7.打开X射线机头上的激光指示器，旋转射线机头使指示器发出的“十”字光标中心对准激光笔4。
8.检查此时射线机头出束口的中心是否落在光束6上，平移机头微调处理；
9.关闭激光笔4，并取下对焦装置，检查X射线机头发出的激光十字光标是否对准焊缝同侧边缘，轻微旋转机头调节到位；
10.最后关闭X射线机头上的激光指示器，即完成对焦工作。
以上对焦操作，单次对焦时间最多需要1.5分钟，检测结果显示，对焦成功可达100％。
三、利用本对焦方法和对焦装置后的效果
通过前后对比看出，使用本发明的用于射线检测的对焦装置指导操作，以被检焊缝位置为基准，克服了因焊缝空间角度变化带来影响，给X射线机头定位调节以准确指导，避免了盲目操作和反复调试。从检测效果来看，单次对焦时间节约70％，对焦成功率由60％提高到100％，单屏旋风分离器接管焊缝检测时间由14小时缩短为4.2小时(3.5×72÷100％÷60)，检测效率提升230％，且检测质量更稳定可靠。
Claims (14)
1.用于射线检测的对焦装置，包括底座(1)，测量盘(2)，光束发射装置和限位装置；所述底座(1)上设置有至少3条支腿(10)；所述测量盘(2)安装在底座(1)上，测量盘(2)上设置有用于测量光束发射装置发出的光束(6)与工件表面法线夹角的角度标尺(5)；所述光束发射装置能够发出细长的光束(6)，并能以测量盘(2)为旋转平面绕角度标尺(5)的圆心(11)做同心旋转，所述限位装置能限制光束发射装置自由转动。
2.根据权利要求1所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：还包括旋转托架(3)，所述光束发射装置固定在旋转托架(3)上，旋转托架(3)与测量盘(2)转动连接，通过转动旋转托架(3)可带动光束发射装置以测量盘(2)为旋转平面绕角度标尺(5)的圆心(11)做同心旋转。
3.根据权利要求2所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述角度标尺(5)的圆心(11)位于测量盘(2)下部靠近底座(1)的位置。
4.根据权利要求3所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：工作状态下，所述角度标尺(5)的圆心(11)至工件表面的距离小于5cm。
5.根据权利要求2所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述旋转托架(3)上还设置有与角度标尺(5)配合的中心线(12)和用于调节光束发射装置位置和垂直度的调节旋钮(9)。
6.根据权利要求2所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述限位装置为紧固旋钮(7)。
7.根据权利要求6所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述紧固旋钮(7)的设置方式为：在测量盘(2)上设置有旋钮滑槽(13)，紧固旋钮(7)通过连接螺杆穿过旋钮滑槽(13)与旋转托架(3)连接，通过旋紧紧固旋钮(7)可增大旋转托架(3)和测量盘(2)之间的摩擦力从而限制旋转托架(3)转动。
8.根据权利要求2所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述支腿(10)的数量为4条。
9.根据权利要求2所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述底座(1)和测量盘(2)为可拆卸安装或所述底座(1)和支腿(10)为可拆卸安装。
10.根据权利要求2所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述光束发射装置能够发出与光束(6)反向共线的反向光束。
11.根据权利要求1～10中任一权利要求所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述各支腿(10)上安装有磁性轮(8)。
12.根据权利要求1～10中任一权利要求所述的用于射线检测的对焦装置，其特征在于：所述光束发射装置为激光笔(4)。
13.用于射线检测的双向对焦方法，其特征在于：从被检工件表面出发，采用角度标尺和可见光束指导射线源的固定位置。
14.根据权利要求13所述的用于射线检测的双向对焦方法，包括以下步骤：
A、于工件表面待测位置调节角度标尺，使角度标尺检测参考线与工件表面待测位置的法线基本重合；
B、根据检测技术要求，确定射线束入射方向和入射角度a，调节可见光束，使可见光束从角度标尺的圆心出发指向角度标尺对应角度值a；
C、移动射线源到可见光束上，并根据检测技术要求的焦物距找到射线源所需固定位置。
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