-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Wanddicke eines
rohrförmigen
Objekts nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Das Verfahren eignet
sich zum Beispiel für
berührungslose
Messungen der Wanddicke eines Stahlrohres unter Verwendung von Strahlen
mit hoher Eindringkraft.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Üblicherweise
wird die Wanddicke von Rohrleitungen unter Verwendung der Projektionsradiographie bzw.
Projektionsradioskopie gemessen. Zu diesem Zweck wird eine isolierte
oder nicht isolierte Rohrleitung mittels einer Röntgenröhre oder einen Gammastrahler
durchleuchtet. Um ein Projektionsbild der Rohrleitung zu erhalten,
wird ein Filmdetektor oder ein anderer flächenhafter Detektor, der senkrecht
zur Strahlrichtung befestigt ist, verwendet, wobei dieser sich zwischen
der Strahlungsquelle und der Rohrleitung befindet. Nach visueller
Schätzung
wird herkömmlicherweise
das Schattenbild der Rohrwand auf dem Film auf einem anderen Detektor
mit einem Längenmessinstrument
(zum Beispiel einem Lineal oder einem Messschieber) gemessen. Die
Wanddicke erhält
man nach Korrektur der gemessenen Werte anhand des bekannten Vergrößerungsfaktors
des Wandbildes. Ein Problem, das sich dabei stellt, ist, dass aufgrund
der Überstrahlung
und der Unschärfe
nur eine ungenaue visuelle Bestimmung der zu messenden Wandgrenzen
möglich
ist und dass diese Bestimmung von einem Bewertenden zum anderen
sehr stark schwankt.
-
Es
wurden verschiedene Systeme patentiert und beschrieben, um dieses
Problem einer subjektiven menschlichen Beurteilung zu umge hen, wobei
diese zur Vermeidung von Messfehlern eine rechnerunterstützte Bewertung
ermöglichen
und den Messungsablauf automatisieren.
-
Durchdringt
ein Strahl, zum Beispiel ein Röntgenstrahl,
ein Objekt, so nimmt die Intensität des Strahls aufgrund der
Absorption durch das Objekt ab. Die Intensität des Strahls kann an der Zahl
der Photonen und auch am Ablesen von Strahlungsdetektoren abgelesen
werden. Für
die primäre,
das Bild bildende Strahlung werden die physischen Verhältnisse
durch die folgende Gleichung wiedergegeben: I = I0·EXP(–μx) (1)worin I die
Intensität
des Strahls nach dem Durchdringen durch das Objekt, I0 die
Intensität
des Strahls vor dem Eindringen in das Objekt, EXP die Basis natürlicher
Logarithmen, μ ein
Absorptionskoeffizient in Abhängigkeit von
Werkstoff und Energie und x die Länge des Weges des Strahls durch
das Objekt darstellen.
-
Die
ein Objekt durchdringenden Strahlen werden nicht nur absorbiert,
sie werden auch gestreut. Der Einfluss, der dadurch ausgeübt wird,
wird durch den so genannten Zuwachsfaktor B berücksichtigt: I = I0·B·EXP(–μx) (2)worin B größer oder
gleich eins ist. Der Zuwachsfaktor b ist veränderlich, er ist von dem Abstand
zwischen dem Objekt und dem Strahlendetektor, von der Geometrie
und von dem Material des Objekts abhängig.
-
1 zeigt
ein bekanntes Verfahren zur Messung der Wanddicke eines Stahlrohres
anhand von Strahlen und ist in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 114263 offenbart. 1 zeigt ein (mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnetes)
rohrförmiges
Objekt, das im wei teren Verlauf kurz „Rohr" genannt wird und dessen Wanddicke gemessen
werden soll. Es wird davon ausgegangen, dass das Rohr eine zylindrische Form
aufweist, und dass daher seine Außenfläche einen Radius R1 und seine
Innenfläche
einen Radius R2 aufweist. Ein Röntgenstrahl 2,
der senkrecht auf das Rohr gerichtet wird, dient dazu, das Rohr
abzutasten. Die x-Achse gibt den Weg x des Strahls durch die Rohrwand
wieder. Die y-Achse verläuft
im rechten Winkel zur Rohrachse und somit auch im rechten Winkel
zur Rohrwand. Die I-Achse gibt die ermittelte Intensität I des Strahls
nach dem Durchdringen des Rohres wieder. Ein typisches Profil einer
Intensitätskurve
(I in Abhängigkeit
von y) ist in 1 dargestellt. Die Stellen der
Wendepunkte S1 und S2 bzw. S3 und S4 werden auf einer gemessenen
Kurve P bestimmt, der Abstand zwischen den Wendepunkten S1 und S2
bzw. S3 und S4 entspricht der Wanddicke des Rohres. Der Wendepunkt
S1 bzw. S4 befindet sich an der Stelle, an der der Strahl tangential
zur Außenfläche des
Rohres verläuft
und die Dämpfung
der Strahlen noch minimal ist. Der Wendepunkt S2 bzw. S3 befindet
sich an der Stelle, an der der Strahl tangential zur Innenfläche des
Rohres verläuft und
die Dämpfung
der Strahlen maximal ist.
-
Ein
weiteres bekanntes Verfahren zur Messung der Wanddicke eines Stahlrohres
unter Verwendung von Strahlen ist in der deutschen offen gelegten
Patentanmeldung Nr. 312 36 85 A1 offenbart. Bei diesem Verfahren
ist die Intensitätskurve
in 1 in mindestens drei Bereiche unterteilt, wobei
jeder dieser Abschnitte durch eine Gleichung angenähert wurde.
Durch Lösen
dieser Näherungsgleichungen
werden die Y-Koordinaten
der Wendepunkte bestimmt, wobei die Wanddicke anschließend durch
Subtraktion bestimmt wird.
-
Dieses
bekannte Verfahren ergibt eine unzulängliche Genauigkeit bei der
Bestimmung der Rohrwanddicke, da aufgrund der unscharfen Abbildung
des Strahls und der Streuung desselben in dem Material, insbe sondere
dann, wenn das Rohr mit einer Flüssigkeit
gefüllt
ist, es praktisch unmöglich
ist, die Wendepunkte mit einer aktuellen Messung zu finden.
-
Um
ein scharfes Bild des Rohres zu erhalten, wird ein sehr schmaler
Strahl benötigt.
Eine Verringerung der Strahldicke führt zu einer Reduktion der
Strahlintensität,
die pro Zeiteinheit den Strahlendetektor erreicht. Um den gewünschten
Signalpegel zu erreichen, ist es notwendig, entsprechend der Verringerung
der Strahldicke die Messzeit pro Messpunkt auf bis zu mehreren Minuten
zu verlängern.
Daraus ergibt sich eine Messzeit von einigen wenigen Stunden für die jeweilige
Ermittlung der Rohrwanddicke.
-
Die
Streuung des Strahls wird durch die Verringerung der Strahldicke
nicht aufgehoben. Eine zuverlässige
Vorhersage des Ausmaßes
der Streuung, des Zuwachsfaktors B und der daraus resultierenden
Korrektur der durch die Streuung erzeugten Unschärfe ist praktisch unmöglich, insbesondere
dann, wenn das Rohr mit einer eine zusätzliche Streuung verursachenden
Flüssigkeit
gefüllt
ist.
-
Durch
die Verwendung von Strahlungsschildern, so genannten Kollimatoren,
kann die Streuung reduziert werden. Ein Kollimator ist derart ausgestaltet,
dass der Strahlengang in geometrisch definierter Weise durch einen
von zwei rechteckigen massiven Strahlungsschirmen gebildeten flachen
Schlitz verlaufen kann. Die Verwendung eines Kollimators beschreibt
die Messrichtung der Wanddicke, das heißt die Messung der Wanddicke
kann nur auf einer Linie mit dem Kollimator durchgeführt werden.
Daher ist der Kollimator senkrecht zum Rohr ausgerichtet. Die Messung
der Wanddicke in einem mit einer Isolierung umgebenen Rohrknick ist
mit dem Kollimator so gut wie unmöglich, da es nicht möglich ist
zu gewährleisten,
dass der Kollimator genau senkrecht zur erfassten Rohrfläche verläuft.
-
Wie
oben gezeigt wurde, ist das bekannte Verfahren für die aktuelle Anwendung zur
Messung einer Wanddicke nicht durchführbar; dies gilt insbesondere
für die
Prüfung
von Rohrleitungen in chemischen Anlagen und in Raffinerien.
-
Aufgabe der
Erfindung
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Messung der
Wanddicke von mindestens teilweise rohrförmigen Objekten bereitzustellen,
die die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme überwindet.
-
Kurzdarstellung
der Erfindung
-
Die
Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch das Verfahren nach
Anspruch 1 gelöst.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung eignet sich zur Verwendung
bei der Prüfung
von Objekten, die mindestens teilweise rohrförmig sind, wie zum Beispiel
Rohrleitungen in chemischen Anlagen und in Raffinerien. Es ist dafür geeignet,
Wanddicken unter tatsächlichen
Betriebsbedingungen zu messen, das heißt, wenn das teilweise rohrförmige Objekt
leer oder gefüllt
ist, z.B. wenn ein Medium durch das Rohr fließt, wenn die Oberflächentemperatur
des Rohres zwischen –120°C und +400°C beträgt, wenn
das Rohr aufgrund der Isolierung bedeckt ist und wenn die Rohrleitung
in verschiedenen weitläufigen
Rohrkrümmungen
verläuft.
Das erfindungsgemäße Verfahren
umfasst die folgenden Schritte:
- • ein rohrförmiger Teil
eines Objekts wird mit einer von einer Strahlungsquelle ausgesendeten
Strahlung durchstrahlt,
- • das
Strahlungsbild dieses rohrförmigen
Teils wird mit Hilfe eines Strahlungsdetektors aufgezeichnet,
- • das
Strahlungsbild wird in ein digitales Bild umgewandelt,
- • von
diesem digitalen Bild wird ein lineares Dämpfungsprofil erstellt, wobei
das Dämpfungsprofil
ein tangentiales Bild der Wand des rohrförmigen Teils des Objekts und
eines Abschnitts außerhalb
des rohrförmigen
Teils und eines Abschnitts innerhalb des rohrförmigen Teils aufweist,
- • dieses
Dämpfungsprofil
wird zur Mitte dieses Objekts hin reflektiert und somit wird ein
gemessenes reflektiertes Dämpfungsprofil
erzielt,
- • eine
relative Dichteverteilung des Objekts wird anhand eines transmissionstomographischen
Projektionsrekonstruktionsverfahrens, bei welchem das gemessene
reflektierte Dämpfungsprofil
für alle
Ringpositionen verwendet wird, rekonstruiert,
- • aufgrund
dieser Dichteverteilung wird durch lineares Abtasten durch die Mitte
des Objekts ein Dichteprofil ausgewählt, welches die Wand von mindestens
dem rohrförmigen
Teil des Objekts mit seiner Randumgebung wiedergibt, wobei die Wand
aufgrund des Dichteunterschieds zu seiner Randumgebung durch einen hervorgehobenen
Abschnitt dargestellt wird,
- • Positionen
der Außen-
und Innenfläche
dieser Wand werden aufgrund dieses Dichteprofils bestimmt,
- • die
Wanddicke wird aufgrund des Abstands zwischen den Positionen der
Außen-
und Innenfläche
der Wand bestimmt.
-
Der
Strahlungsdetektor kann ein Röntgenfilm,
eine Zeilenkamera, ein Speicherphosphor, ein Röntgenbildverstärker oder
eine auf Halbleiter beruhende Detektoreinrichtung sein.
-
Die
Positionen der Außen-
und Innenflächen
der Wand liegen in einem Bereich von zwischen 25% und 75% der Höhe des Dichteprofils
in dem hervorgehobenen Abschnitt. Bevorzugt werden 50% der Höhe des Dichteprofils
in dem hervorgehobenen Abschnitt.
-
Die
Strahlungsquelle kann eine Röntgenröhre oder
ein Gammastrahler und gegenüber
dem Strahlungsdetektor angeordnet sein, wobei das Objekt sich zwischen
der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor befindet.
-
Dann
wird die gemessene Wanddicke mit einem Vergrößerungsfaktor korrigiert, der
von der aufgezeichneten Geometrie stammt.
-
In
einer anderen Ausführungsform
sind die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor derart angeordnet,
dass ein Projektionsprofil mit parallelen Strahlenbündeln erzeugt
wird.
-
Zur
Bestimmung der Wanddicke aufgrund von Projektionsprofilen der Strahlung
von mindestens teilweise rohrförmigen
Objekten mit einer konstanten Wanddicke kann das reflektierte Profil
durch ein Profil ersetzt werden, das sich über den gesamten Querschnitt
des Objekts erstreckt.
-
Auf
die Reflektion des gemessenen Profils kann verzichtet und die Projektionsrekonstruktion über einen
Winkel von 90 Grad durchgeführt
werden.
-
Eine
Reihe von Werten konstanter Intensität kann am Reflexionspunkt dem
Dämpfungsprofil
hinzugefügt
werden, wobei diese konstante Intensität aufgrund von gemessenen Intensitätswerten
bestimmt wird, welche dem in der Mitte dieser Reihe von konstanten
Intensitätswerten
festgelegten Reflexionspunkt am nächsten liegen.
-
Die
Wanddicke kann aufgrund des Abstands zwischen den Extremwerten der
abgeleiteten Funktion des rekonstruierten Dichteprofils bestimmt
werden.
-
Das
rekonstruierte Dichteprofil kann vor oder nach der Ableitung geglättet und
die Wanddicke dann aufgrund des Abstands zwischen den Extremwerten
dieser abgeleiteten Funktion bestimmt werden.
-
Es
ist auch möglich,
von dem digitalen Bild mehrere benachbarte parallele Dämpfungsprofile
entlang der Wand des rohrförmigen
Objekts zu erstellen und ein neues Dämpfungsprofil durch Kombinieren
dieser Dämpfungsprofile
zu berechnen und dieses Dämpfungsprofil
dann dafür
zu verwenden, die oben ausgeführte relative
Dichteverteilung zu berechnen.
-
Die
Anzahl der Punkte des gemessenen Profils oder der rekonstruierten
Dichteverteilung kann sowohl bei nicht konstanter als auch bei konstanter
Wanddicke durch Interpolation gesteigert werden, sodass die Wanddicke
mit einer höheren
Auflösung
bestimmt wird.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile sowie besondere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden ausführlichen
Beschreibung, die anhand der folgenden Zeichnungen dargestellt wird,
in denen
-
1 das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Messung der Wanddicke im Falle einer Durchstrahlung eines Objekts
mittels paralleler Strahlenbündel
darstellt,
-
2 das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Messung der Wanddicke im Falle einer Durchstrahlung eines Objekts
mittels konischer Strahlenbündel
darstellt,
-
3 die
Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes anhand von Projektionen
g(s, θ)
aus allen Richtungen darstellt,
-
4 auf
der Radon-Transformation basierende Rückprojektionsverfahren darstellt,
-
5 einen
Fourier-Rekonstruktionsalgorithmus darstellt,
-
6 das
Ergebnis der Projektionsrekonstruktion darstellt,
-
7 den Einfluss der entstehenden Unschärfe bei
einem herkömmlichen
Verfahren (7a) und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
(7b) darstellt,
-
8 eine
Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Berechnung einer Sequenz von aufeinander folgenden Wanddicken
entlang der axialen Richtung eines rohrförmigen Objekts darstellt.
-
Ausführliche
Beschreibung
-
Zur
Bestimmung der Wanddicke von leeren oder gefüllten rohrförmigen oder teilweise rohrförmigen Objekten 1 werden
letztere mittels Röntgen-
oder Gammastrahlung 2 einer geeigneten Energie durchstrahlt. Hierzu
kann sowohl ein Verfahren verwendet werden, das wie in 1 mit
parallelen Strahlenbündeln
arbeitet, als auch ein Verfahren, das sich wie in 2 gefächerter
bzw. konischer Strahlenbündel
bedient.
-
Beide
Anordnungen beruhen auf der Tatsache, dass ein messbares Intensitätsprofil
P als Funktion der Messposition von dem auf einen flächig, linear
oder punktförmig
abtastenden Detektor 4 projizierten Röntgenbild genommen werden kann.
-
Dies
wird entweder direkt elektronisch durch Analog-Digital-Wandlung oder aufgrund
von Werten eines Photonenzählers
oder durch Filmdigitalisierung mittels eines optischen Scanners
oder durch Digitalisierung eines durch Scannen eines photographischen
Filmes oder eines photostimulierbaren Phosphorschirms, usw. durchgeführt.
-
Typische
flächige
Detektoren sind in diesem Falle Filme, Röntgenbildverstärker, Speicherfilme,
photostimulierbare Phosphorschirme, auf amorphem Silizium basierende
flächige
Detektoren mit umwandelnden Leuchtstoffschirmen oder Halbleitern
usw.
-
Lineare
Profile können
auch direkt erzielt werden, indem Detektoranordnungen oder Zeilenkameras verwendet
werden. Weitere Arten, einen digitale Bilddarstellung zu erhalten
sind möglich.
-
Ein
gemessenes Intensitätsprofil
P wird durch eine typische Form gekennzeichnet, die sich aus der veränderten
Wanddicke PW in Abhängigkeit
der durchstrahlten Position y ergibt (1). Die
in diesem Falle sich ergebenden Extremwerte werden in herkömmlichen
Verfahren verwendet, um die Wanddicke zu bestimmen. Die entsprechenden
Punkte werden in dem Intensitätsprofil
P durch S1–S4
markiert, wobei die linke bzw. die rechte Wanddicke aufgrund des
Abstands S2–S1
bzw. S4–S3
entlang der y-Achse bestimmt werden kann. Die Profildarstellung
in 1 ergibt sich aufgrund des Gesetzes der Strahlungsabsorption.
In der Praxis wird das Profil P durch verschiedene Faktoren gestört. Die
durch die Unschärfe
und die gestreute Strahlung hervorgerufenen Wirkungen können zu
beträchtlichen
Abweichungen von der Idealform der gemessenen Profile führen. Dann
können
die Positionen S1–S4
nicht länger
genau bestimmt werden. Die Verschiebung der Positionen der Kanten
des Nadirpunktes bzw. der Extremwerte erfolgt ebenfalls.
-
Werden
Röntgenröhren bzw.
Gammastrahler 3 zusammen mit flächigen bzw. linearen Detektoren
verwendet, so ist die aufzeichnende Geometrie im Allgemeinen die
Technik eines gefächerten
oder konischen Strahlenbündels
(2).
-
In
diesem Falle ist es vorzuziehen, eine genau vorgegebene aufzeichnende
Geometrie beizubehalten oder die entsprechenden Abweichungen zu
messen, um rechnerisch Vergrößerungseffekte
und Abweichungen der Position des Detektors von der optimalen Position
zu berücksichtigen.
Im Falle der aufzeichnenden Anordnung gemäß 2 sind die
Abmessungen a und b notwendig, um der geometrischen Vergrößerung Rechnung
zu tragen. V = a/b (3)
-
Für andere
Geometrien wird Gleichung (3) komplizierter.
-
Zur
Bestimmung der Wanddicke wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
das gemessene Profil P1 invertiert und logarithmiert, um so die
Projektionsrekonstruktion zu erstellen: P2 = In(I0/P1) (4)
-
2 zeigt
das Ergebnis dieses Rechenvorgangs als P2. Die Reflektion des Messprofils
und eine Erweiterung der Profillinie in das Innere des Rohres sind
als punktierte Linien zu sehen.
-
6 zeigt
das Ergebnis der Projektionsrekonstruktion.
-
Alle
bekannten Rückprojektionsverfahren
können
verwendet werden. In der besonderen Ausführungsform, die weiter unten
beschrieben wird, wurde eine gefilterte Rückprojektion verwendet.
-
Mehrere
weitere Rückprojektionsverfahren
werden in Kapitel 10 von A. K. Jain, Fundamentals of Image Processing
(Grundlagen der Bildbearbeitung), Prentice Hall [Ref. 1] und in
Kapitel 8 von A. Rosenfeld und A. C. Kak, Digital Picture Processing
(Digitale Bildbearbeitung), Academic Press [Ref. 2] ausführlich beschrieben.
-
Eine
erste Art Verfahren basiert auf der Radon-Transformation, die den
mathematischen Rahmen bietet, der benötigt wird, um zwischen räumlichen
Koordinaten (x, y) und Koordinaten im Projektionsraum (s, θ) zu wechseln.
-
Die
Rekonstruktion eines Bildes erfordert Projektionen g(s, 6) aus allen
Richtungen. Dies ist in der von A. K. Jain [1] entliehenen 3 zu
sehen. Theoretisch ist dies gleichwertig mit dem Auffinden der inversen Radon-Transformationen
von g(s, θ).
-
Um
diese Umkehrfunktion zu erhalten, ist das Projektionstheorem von
grundlegender Bedeutung. Dieses Theorem setzt die eindimensionale
Fourier-Transformation mit Bezug auf s der Projektion g(s, θ) mit der zweidimensionalen
Fourier-Transformation der Funktion gleich, die eine zentrale Scheibe
des Objektes mit einem Winkel θ,
beschreibt.
-
In
der Praxis kann die inverse Radon-Transformation auf mehrere Arten
erzielt werden:
- a) indem ein Filter mit der
gewünschten
Frequenzantwort |ξ|
aufgebracht wird und die gefilterten Projektionen rückprojiziert
werden.
- b) indem Hilbert-Transformationen verwendet werden. Auf diese
Weise kann die inverse Radon-Transformation dadurch abgeleitet werden,
dass die differenzierten Projektionen mit 1/2πs gefaltet werden und das Ergebnis
dann rückprojiziert
wird.
- c) indem in dem Fourierraum gefiltert wird.
-
Diese
sind in der A. K. Jain [Ref. 1] entliehenen 4 abgebildet.
-
Die
für die
inverse Radon-Transformation benötigte
Filterfunktion hebt die hohen Raumfrequenzen hervor. Da die meisten
Bilder ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis bei hohen Raumfrequenzen
aufweisen, sollte eine zusätzliche
Rauschverstärkung
durch die Verwendung dieses Filters vermieden werden. Zur Begrenzung
der Rauschverstärkung
wird ein Bandbegrenzungsfilter angewendet. Alle in [Ref. 1–Ref. 2]
vorgeschlagenen Bandbegrenzungsfilter können angewendet werden, wobei
die Erfindung jedoch nicht auf diese Auswahl an Rekonstruktionsfiltern
beschränkt
ist.
-
Andere
Rekonstruktionsverfahren wie zum Beispiel die Fourier-Rekonstruktion (siehe
Absatz 10.10 in [Ref. 1]) und die algebraische Rekonstruktion (siehe
Absatz 10.11 in [Ref. 1]) können
verwendet werden.
-
Die
Fourier-Rekonstruktion basiert auf dem Projektionstheorem. Der zweidimensionale
Fourierraum wird mit eindimensionalen Fourier-Transformationen der
Projektionen gefüllt.
Dann wird die zweidimensionale inverse Fourier-Transformation durchgeführt. Dies
ist in der A. K. Jain [Ref. 1] entliehenen 5 abgebildet.
-
Algebraische
Rekonstruktionstechniken wenden iterative Algorithmen an, um einen
Satz Gleichungen zu lösen.
Dieser Satz Gleichungen setzt die Objektfunktion mit den Projektionen
für einen
separaten Satz an Gitterpunkten des Objekts in Beziehung. Alle bekannten
Algorithmen der algebraischen Rekonstruktion können angewandt werden.
-
Im
vorliegenden Fall wurde eine gefilterte Rückprojektion verwendet (siehe 6),
wobei alle hier verwendeten 180 Projektionen mit P2 identisch waren.
Nach dem Filtern von P2 ergibt sich P3 aus der Faltung unter Verwendung
der Filterfunktion (zum Beispiel Bracewell Filter) als: P3 = Filter·P2 (5)
-
Die
Rückprojektion
kann über
180° oder über 190° durchgeführt werden:
-
-
In
diesem Falle ist es wichtig, den Reflektionspunkt als virtueller
Drehpunkt (y = 0) zu verwenden. Ein radiales Profil an einer beliebigen
Stelle (zum Beispiel gemäß Gleichung
6) wird von einem errechneten flachen Rohrprofil erstellt. Dieses
Profil entspricht annähernd
der Dichteverteilung P4 innerhalb und außerhalb der Rohrleitung und
wird zur Bestimmung der Wanddicke W = W2 – W1 verwendet. Es wird darauf
hingewiesen, dass die auftretenden Unschärfen die auf halber Höhe des Wandprofils
gemessene mittlere Wanddicke nicht länger beeinflussen. Diese Messung
wird auch dann nicht gestört,
wenn als Füllung
ein Medium mit einer im Vergleich zum Werkstoff der Wand niedrigen
Röntgendichte
verwendet wird. Die richtige Wanddicke ergibt sich aus dem gemessenen
Wert W (2), durch Dividieren verbunden
mit dem Wert der geometrischen Vergrößerung V.
-
Bei
diesem Verfahren ist vorteilhaft, dass die verschwommenen Ecken
und Spitzen des Profils P1 bei verstärkter Unschärfe nicht von kritischer Bedeutung
sind. Eine verstärkte
Unschärfe
entsteht, wenn Gammastrahler verwendet werden, die aufgrund ihrer
hohen Strahlungsenergie eine hohe innere Unschärfe ui im
Detektor erzeugen (zum Beispiel Co-60 mit ui ≥ 400 μm) oder wenn
der erforderliche Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem
Detektor auf eine Weise unterschritten wird, die durch die Anlage
hervorgerufen wird, und dabei eine verstärkte geometrische Unschärfe verursacht.
Das absichtliche Unterschreiten der Abstände zwischen der Strahlungsquelle
und dem Detektor kann in diesem Fall zu wesentlichen Zeit- und Kosteneinsparungen
führen.
-
Im
Vergleich zu anderen Verfahren, die auf der Hochpassfilterung der
gemessenen Profile basieren, wird das Signal-Rausch-Verhältnis des
gemessenen Profils infolge der Umwandlung in das Dichteprofil nur
geringfügig
reduziert. Hochpassfilter, die auf der 1. oder auf höheren Ableitungen
basieren, können
nicht allgemein verwendet werden, es sei denn es werden spezifische
Maßnahmen
zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses
eingeleitet. Diese Wirkung bietet auch hier einen Vorteil bezüglich der
Messzeit oder einen Kostenvorteil für das beschriebene Verfahren,
da weniger Aufwand, bzw. Belichtungszeit benötigt werden, um mit anderen
Verfahren vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.
-
7 zeigt den Einfluss der sich verstärkenden
Unschärfe
in den Messprofilen und die gemessenen und rekonstruierten Profile.
Während
eine verstärkte
Unschärfe
die Profile in 7a deutlich verändert und
die Punkte S1 sowie S2 verschwommen sind, bleiben die auf halber
Höhe des
Profils gemessenen Wanddickenabstände W2 – W1 in 7b konstant.
-
Das
Verfahren zur Messung der Wanddicke kann dahingehend erweitert werden,
dass es die Berechnung einer Sequenz von aufeinander folgenden Wanddicken
entlang der axialen Richtung eines rohrförmigen Objektes ermöglicht.
Die ist in 8 dargestellt. Zwei vorherrschende Rohrformen
sind hierbei von besonderer Bedeutung, nämlich das gerade Rohr (8a) und das kreisförmige Segment (8b).
Gerade weil unbekannt ist, auf welcher Höhe des axialen Weges eines
Rohres dessen Querschnitt am dünnsten
ist, ist die automatische Berechnung der Wanddicke als Funktion
der axialen Position ein erwünschtes
Merkmal einer automatischen Vorrichtung zur zerstörungsfreien
Prüfung,
da diese die kritischste Position ausfindig machen kann.
-
Im
Folgenden wird offenbart, wie eine derartige Funktionsweise erreicht
wird.
- 1. (1) Entlang der axialen Achse eines
geraden Rohres, dessen Wanddicke gemessen werden soll. Zu diesem
Zweck wird ein gedrehtes Rechteck in das Bild positioniert, das
den betreffenden Rohrabschnitt abdeckt. Der Winkel des Rechtecks
wird so eingestellt, dass er parallel zur Rohrachse verläuft. Dies
wird entweder (a) manuell durch den Bediener unter Verwendung einer
graphischen Nutzerschnittstelle oder (b) automatisch unter Verwendung
der berechneten Ausrichtung des Rohres auf dem Bild erreicht. Letztere
Option wird im Folgenden näher
erläutert.
Das gedrehte Rechteck wird durch eine Grundlinie und eine Höhe definiert
und kann ggf. außerhalb
des Bildes liegen. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass
die Grundlinie sich lediglich teilweise über den Querschnitt des Rohres
erstrecken braucht, so dass nur eine der beiden Rohrwände bedeckt
ist. Das ursprünglich
eingegebene Bild A wird entlang eines kartesischen Gitters in dem
Rechteck erneut abgetastet, um ein Ausgabebild B zu erhalten, in
dem der Teil des Rohres absolut parallel zu den senkrechten Bildrändern des
Ausgabebildes verläuft.
Der Stand der Technik (wie er in Digital Image Warping (Digitale
Bildverzerrung) von G. Wolberg, IEEE Computer Society Press, Ch.
6 Image Resampling (Erneutes Abtasten eines Bildes dargestellt wird)
wurde verwendet, um aus einer Kombination von Eingangspixeln wie
zum Beispiel der bilinearen Interpolati on oder der kubischen B-spline
Interpolation die Ausgangspixel zu bestimmen. Anschließend wird
das Bild B einem senkrechten Glättungsfilter
unterzogen, um das Signal-Rausch-Verhältnis in einem Bild C zu erhöhen. Die
Bedeutung einer genauen Ausrichtung wird somit deutlich, da ansonsten
die Rohr-Luft Kante verschwommen wäre, was zu fehlerhaften Werten
der Wanddicke führen
würde.
Diese Glättung
bzw. Integration kann mit einem einfachen Box-Filter oder einem Gaußschen Filter,
die aus dem Stand der Technik allgemein bekannt sind, so zum Beispiel
aus Digital Image Processing (Digitale Bildbearbeitung), Springer-Verlag,
1993, Ch. 6.1 Smoothing (Glättung)
von B. Jähne,
erzielt werden. Jede horizontale Linie in dem Bild C wird schließlich an
den Messalgorithmus für
die Messung der Wanddicke weitergeleitet, um einen Wert für die Wanddicke
(bzw. bei Anwendung auf beiden Seiten des Profils zwei Werte) zu
erzielen. Die Sequenz derartiger Werte stellt das Wanddickenprofil
entlang der axialen Richtung dar und ein derartiges Profil kann
durch ein beliebiges Kurvenzeichenprogramm angezeigt werden, um
den kritischsten Querschnitt des Rohres zu identifizieren und zu
extrahieren. Die sich aus diesem Algorithmus ergebende Wanddicke
wird anhand einer Konvertierung in eine physische Länge umgewandelt.
Der Konvertierungsfaktor wird entweder (a) unter Verwendung eines
gleichzeitig belichteten Lineals oder (b) automatisch unter Verwendung
der Pixelzahl zwischen den äußeren Kantenpunkten
des Rohres auf der Grundlinie bestimmt. Normalerweise verändert sich
der Außendurchmesser
des Rohres während
der Lebensdauer des Rohres nicht, so dass dieser bekannt ist und
vorab gespeichert wird. Durch Berechnen eines Histogramms der quantisierten
Ausrichtungswerte der Pixel an der Rohr-Luft Kante und durch Festhalten
der Ausrichtung des Maximalwertes des Histogramms wird das Problem
der automatischen Extraktion der Ausrichtung des Rechteckes gelöst. Die
Rohr-Luft Pixel sind normalerweise diejenigen mit dem größeren Gradientenbetrag,
so dass durch Begrenzung des Betrages eines Kantendetektionsoperators
die nützlichen
Kantenpixel erzielt werden. Jeder Kantenoperator mit Betrag und
Integralkantenausrichtung kann hierbei verwendet werden, so zum
Beispiel der allgemein bekannte Kantendetektor von Sobel oder Canny.
-
Wanddickenberechnung
entlang der axialen Achse eines kreisförmigen Rohrabschnittes. Obwohl
es bei kreisförmigen
Rohrabschnitten schwieriger ist, die Wanddicke zu quantifizieren,
so ist eine Prüfung
derselben sehr wünschenswert,
da die korrosive Wirkung des Mediums dort aufgrund einer verstärkten Strömungsturbulenz
verstärkt
wird. Im Gegensatz zu geraden Abschnitten wird hier nach dem Ziehen
der oberen und unteren Linie eines betreffenden kreisförmigen Abschnitts
eine erneute Abtastung in dem Radius-theta-Raum (r, θ) durchgeführt, und
man erhält
ebenfalls ein Bild B, in dem die Rohr-Luft Kante absolut parallel zu
den Bildrändern
verläuft.
Der Ursprung des (r, θ)
Raums wird entweder (a) manuell anhand des vorbekannten Radius des
Abschnittes oder (b) automatisch anhand einer Hough-Transformation
für Kreise,
die auf die Kantenpixel des kreisförmigen Abschnittes angewendet
werden, bestimmt. Allgemeiner gesprochen kann die verallgemeinerte
Hough-Transformation jede parametrierbare Form erfassen und daher
wird eine Profilsequenz durch erneutes Abtasten senkrecht zur Tangenten
des gebogenen Weges des Rohr-Luft Übergangs konstruiert. Die Wanddicke
ergibt sich anschließend
in ähnlicher
Weise durch Anwendung auf ein beliebiges dieser Profile des Algorithmus
zur Bestimmung der Wanddicke.
