CN101387611A - 平移式管道ct检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平移式管道CT检测装置及其检测方法，包括射线发生装置、数据采集装置和控制及图像处理***，射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理***相连，还包括平移式机械装置，平移式机械装置包括导轨和滑块，导轨与待检管道平行并相对固定设置，滑块以横向固定纵向可滑动的方式设置在导轨上，射线发生装置和数据采集装置以与滑块相对固定的方式设置在待检管道两侧，本发明用于固定管道的检测，扫描的同时进行迭代重建，提高检测效率，提高物体图像质量，装置结构紧凑，体积小，制造成本低；使用分段在线滚动式多进程并行加速的迭代重建算法重建断层或立体图像，具有检查速度快、影像不重叠、无需深入管道内部、不需要旋转等优点。

Description

平移式管道CT检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种管道探伤检测装置，特别涉及平移式管道CT检测装置及其检测方法。

背景技术

管道检测在石化、化工和电力等行业是比较重要的维护程序，关系到装置的安全运行，是避免因为管道的焊缝、腐蚀、衬底脱落、裂纹而出现安全事故的重要手段。

现有技术中，在线使用的管道普遍采用无损检测的方法，无损检测不需要拆装管道，方法快捷方便；但是现在大量采用的透视成像检测方法，无法避免射线方向上物体的重叠效应，无法做到真正的立体成像；有的无损检测方法将X射线发生器安装在待检管道中，不适于密闭管道的检测；有的需要移动待检管道，这对已经固定了的管道是不实用的；有的需要旋转，这增加了制造的难度和对检测现场的条件要求。

现有技术用于航空、铁路、海关等公共场所对集装箱、行李物品等安全检查的平移式CT检测装置包括射线发生装置，用于产生射线；数据采集装置，包括面对所述射线源设置的探测器阵列并用于通过接收穿透待检查物体的射线来获得投影数据；传送装置，用于在检查的过程中使位于射线源和探测器阵列之间的待检查物体与射线源和探测器阵列做相对直线运动；控制和图像处理装置，用于控制所述射线发生装置、数据采集装置和传送装置，并从所述投影数据重建待检查物体的图像。所述控制和图像处理装置包括：投影数据转换部分，用于将所述投影数据转换成拟平行束扫描下的投影数据；滤波部分，通过用预定的卷积核函数与拟平行束扫描下的投影数据卷积，来获得滤波后的投影数据；以及反投影部分，通过对滤波后的投影数据进行加权反投影来重建图像。该方法中采用射线发生装置和射线检测装置固定不动，让物体做直线运动的扫描方式；这对于已经固定了的管道是不可行的；此外，由于管道的扫描时间较长，若等到扫描完成后再进行耗时的迭代重建，则检测的时间效率不高。由于在直线式扫描方式下，待检查物体的投影数据是不完备的，此时用卷积反投影算法重建得到的物体图像质量不高。

因此，需要一种管道CT探伤检测装置，能够方便的用于固定管道的快速、立体、图像清晰的无损检测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种平移式管道CT检测装置及其检测方法，能够方便的用于固定管道的检测，扫描的同时进行多进程并行迭代重建，提高检测效率，提高物体图像质量，装置结构紧凑，体积小，制造成本低。

本发明的平移式管道CT检测装置，包括射线发生装置、数据采集装置和控制及图像处理***，所述射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理***相连，还包括平移式机械装置，所述平移式机械装置包括导轨和滑块，所述导轨与待检管道平行并相对固定设置，滑块以横向固定纵向可滑动的方式设置在导轨上，所述射线发生装置和数据采集装置以与滑块相对固定的方式设置在待检管道两侧。

进一步，所述平移式机械装置还包括平移驱动装置，所述平移驱动装置与滑块配合，驱动滑块沿导轨纵向移动；

进一步，所述导轨两侧分别设置纵向导轨槽，滑块呈槽状卡在导轨上，滑块槽状的两内侧面设置横截面形状与导轨槽横截面形状一致的突起，所述突起嵌在导轨槽内并可沿导轨槽纵向移动；

进一步，所述滑块两侧分别固定设置横梁I和横梁II，所述射线发生装置和数据采集装置分别通过横梁I和横梁II与滑块相对固定设置；

进一步，所述导轨通过分布在待检管道两侧的至少四个支脚与待检管道平行设置；

进一步，所述射线发生装置产生的射线为锥束射线，所述数据采集装置为面阵探测器；

进一步，所述射线发生装置产生的锥束射线相对于数据采集装置的纵向张角α的范围为30°至120°，径向张角β覆盖待检管道；

进一步，所述平移驱动装置为电机驱动与滑块配合的链条、齿轮齿条或丝杆结构。

本发明还公开了一种平移式管道CT检测装置检测管道的方法，包括以下步骤：

a.启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理***；

b.分段扫描，滑块沿导轨移动，将管道分段扫描，数据采集装置接收并回传投影数据，控制及图像处理***接收数据，当一个分段的投影数据完整时，继续扫描的同时进行该分段的多进程并行重建，将射线发生装置在该分段的每一个位置时，数据采集装置所获得的投影数据沿扫描的方向均匀的分成与运算进程数目相同的块，每个进程负责计算一个块；将各进程i(i＝0，1，...，Q-1)的重建区域Ri的体数据离散化后得到N维图像向量F＝[f₁，f₂，Λ，f_N]^T，经过R_i的扫描射线组成M维投影数据P＝[p₁，p₂，Λ，p_M]^T，W＝(w_ij)为M×N维投影系数矩阵，其中w_ij表示第j个像素对第i条射线的贡献率，R_i的图像重建采用下面加型迭代公式：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_j^{\left(0\right)}=0\\ f_j^{\left(k\right)}=f_j^{(k-1)}+\frac{\underset{l\∈[D_i,D_{i+1})}{\mathrm{\Σ}}(\frac{p_l-\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{lj}}\·f_j^{(k-1)}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{lj}}}\·w_{\mathrm{lj}})}{\underset{l\∈[D_i,D_{i+1})}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{lj}}}\end{array}\right.(j=\mathrm{1,2},...,N)$

其中，f⁽⁰⁾是待检管道的灰度数据的初值，[D_i，D_i+1)为进程i(i＝0，1，...，Q-1)负责重建的区域R_i对应的投影数据的范围，k为迭代次数；

c.分段重建完毕，拼接数据进行显示；

d.各进程转向对管道的下一个分段的重建，依次进行分段在线滚动式多进程并行重建，全部管道重建完毕时，结束程序。

本发明的有益效果是：本发明的平移式管道CT检测装置，采用简单的沿被检测管道平行移动的检测装置，能够方便的用于固定管道的检测，装置结构紧凑，体积小，制造成本低；扫描的同时使用分段在线滚动式多进程并行加速的迭代重建算法重建断层或立体图像，提高检测效率，提高物体图像质量；本发明具有检查速度快、影像不重叠、无需深入管道内部、不需要旋转等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为纵向张角α示意图；

图3为径向张角β示意图；

图4为管道分段扫描示意图；

图5为本发明的检测方法框图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，图2为纵向张角α示意图，图3为径向张角β示意图，图4为管道分段扫描示意图，如图所示：本发明的平移式管道CT检测装置，包括射线发生装置1、数据采集装置6和控制及图像处理***7，射线发生装置1和数据采集装置6与控制及图像处理***7相连，本实施例中射线发生装置1产生的射线为锥束射线，数据采集装置6为面阵探测器，适用于接收锥束射线；

还包括平移式机械装置，平移式机械装置包括导轨2、和滑块3和平移驱动装置4，导轨2与待检管道9平行并相对固定设置，本实施例中待检管道9为水平设置，导轨2通过分布在待检管道9两侧的四个支脚8设置在待检管道9的上部，当然待检管道9也可采用其它设置方式，保证导轨与之平行，同样可达到发明目的；导轨2两侧分别设置纵向导轨槽21，滑块3呈槽状卡在导轨2上，滑块3槽状的两内侧面设置横截面形状与导轨槽21横截面形状一致的突起31，突起31嵌在导轨槽21内并可沿导轨槽21纵向移动，滑块3通过突起31和导轨槽21以横向固定纵向可滑动的方式设置在导轨2上，结构简单可靠，加工成本低；滑块3两侧分别固定设置横梁I 3a和横梁II 3b，射线发生装置1和数据采集装置6分别通过横梁I 3a和横梁II 3b与滑块3相对固定设置，射线发生装置1和数据采集装置6分别设置在待检管道9两侧，射线发生装置1产生的射线相对于数据采集装置6的纵向张角α的范围可以为30°至120°任意角度，这样可以得到较好质量的重建图像；径向张角β覆盖待检管道，当然也可以是其它感兴趣区域；

平移驱动装置4为电机5驱动与滑块3配合的链条，驱动滑块3沿导轨2纵向移动；当然也可以是电机5驱动齿轮齿条或丝杆结构，同样能达到发明目的。

图5为本发明的检测方法框图，如图所示：利用本发明的平移式管道CT检测装置检测管道的方法，包括以下步骤：

a.启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理***；

b.分段扫描，滑块沿导轨移动，将管道分段扫描，图4为管道分段扫描示意图，将管道9分为9₁至9_L段，将每段进行扫描；数据采集装置接收并回传投影数据，控制及图像处理***接收数据，当一个分段的投影数据完整时，继续扫描的同时进行该分段的多进程并行重建，将射线发生装置在该分段的每一个位置时，数据采集装置所获得的投影数据沿扫描的方向均匀的分成与运算进程数目相同的块，每个进程负责计算一个块；将各进程i(i＝0，1，...，Q-1)的重建区域R_i的体数据离散化后得到N维图像向量F＝[f₁，f₂，Λ，f_N]^T，经过R_i的扫描射线组成M维投影数据P＝[p₁，p₂，Λ，p_M]^T，W＝(w_ij)为M×N维投影系数矩阵，其中w_ij表示第j个像素对第i条射线的贡献率，R_i的图像重建采用下面加型迭代公式：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_j^{\left(0\right)}=0\\ f_j^{\left(k\right)}=f_j^{(k-1)}+\frac{\underset{l\∈[D_i,D_{i+1})}{\mathrm{\Σ}}(\frac{p_l-\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{lj}}\·f_j^{(k-1)}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{lj}}}\·w_{\mathrm{lj}})}{\underset{l\∈[D_i,D_{i+1})}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{lj}}}\end{array}\right.(j=\mathrm{1,2},...,N)$

其中，f⁽⁰⁾是待检管道的灰度数据的初值，[D_i，D_i+1)为进程i(i＝0，1，...，Q-1)负责重建的区域R_i对应的投影数据的范围，k为迭代次数；

c.分段重建完毕，拼接数据进行显示；

d.各进程转向对管道的下一个分段的重建，依次进行分段在线滚动式多进程并行重建，全部管道重建完毕时，结束程序。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种平移式管道CT检测装置，包括射线发生装置(1)、数据采集装置(6)和控制及图像处理***(7)，所述射线发生装置(1)和数据采集装置(6)与控制及图像处理***(7)相连，其特征在于：还包括平移式机械装置，所述平移式机械装置包括导轨(2)和滑块(3)，所述导轨(2)与待检管道(9)平行并相对固定设置，滑块(3)以横向固定纵向可滑动的方式设置在导轨(2)上，所述射线发生装置(1)和数据采集装置(6)以与滑块(3)相对固定的方式设置在待检管道(9)两侧。

2.根据权利要求1所述的平移式管道CT检测装置，其特征在于：所述平移式机械装置还包括平移驱动装置(4)，所述平移驱动装置(4)与滑块(3)配合，驱动滑块(3)沿导轨(2)纵向移动。

3.根据权利要求2所述的平移式管道CT检测装置，其特征在于：所述导轨(2)两侧分别设置纵向导轨槽(21)，滑块(3)呈槽状卡在导轨(2)上，滑块(3)槽状的两内侧面设置横截面形状与导轨槽(21)横截面形状一致的突起(31)，所述突起(31)嵌在导轨槽(21)内并可沿导轨槽(21)纵向移动。

4.根据权利要求3所述的平移式管道CT检测装置，其特征在于：所述滑块(3)两侧分别固定设置横梁I(3a)和横梁II(3b)，所述射线发生装置(1)和数据采集装置(6)分别通过横梁I(3a)和横梁II(3b)与滑块(3)相对固定设置。

5.根据权利要求4所述的平移式管道CT检测装置，其特征在于：所述导轨(2)通过分布在待检管道(9)两侧的至少四个支脚(8)与待检管道(9)平行设置。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的平移式管道CT检测装置，其特征在于：所述射线发生装置(1)产生的射线为锥束射线，所述数据采集装置(6)为面阵探测器。

7.根据权利要求6所述的平移式管道CT检测装置，其特征在于：所述射线发生装置(1)产生的锥束射线相对于数据采集装置(6)的纵向张角α的范围为30°至120°，径向张角β覆盖待检管道。

8.根据权利要求2所述的平移式管道CT检测装置，其特征在于：所述平移驱动装置(4)为电机(5)驱动与滑块配合的链条、齿轮齿条或丝杆结构。

9.一种利用权利要求1所述的平移式管道CT检测装置检测管道的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理***；

b.分段扫描，滑块沿导轨移动，将管道分段扫描，数据采集装置接收并回传投影数据，控制及图像处理***接收数据，当一个分段的投影数据完整时，继续扫描的同时进行该分段的多进程并行重建，将射线发生装置在该分段的每一个位置时，数据采集装置所获得的投影数据沿扫描的方向均匀的分成与运算进程数目相同的块，每个进程负责计算一个块；将各进程i(i＝0，1，...，Q-1)的重建区域R_i的体数据离散化后得到N维图像向量F＝[f₁，f₂，Λ，f_N]^T，经过R_i的扫描射线组成M维投影数据P＝[p₁，p₂，Λ，p_M]^T，W＝(w_ij)为M×N维投影系数矩阵，其中w_ij表示第j个像素对第i条射线的贡献率，R_i的图像重建采用下面加型迭代公式：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_j^{\left(0\right)}=0\\ f_j^{\left(k\right)}=f_j^{(k-1)}+\frac{\underset{l\∈[D_i,D_{i+1}]}{\mathrm{\Σ}}(\frac{p_l-\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{lj}}\·f_j^{(k-1)}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{lj}}}\·w_{\mathrm{lj}})}{\underset{l\∈[D_i,D_{i+1}]}{\mathrm{\Σ}}{w}_{\mathrm{lj}}}\end{array}\right.(j=\mathrm{1,2},...,N)$

其中，f⁽⁰⁾是待检管道的灰度数据的初值，[D_i，D_i+1)为进程i(i＝0，1，...，Q-1)负责重建的区域R_i对应的投影数据的范围，k为迭代次数；

c.分段重建完毕，拼接数据进行显示；

d.各进程转向对管道的下一个分段的重建，依次进行分段在线滚动式多进程并行重建，全部管道重建完毕时，结束程序。

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