CN111707687A - 一种直线轨迹扫描ct检测方法及装置 - Google Patents

一种直线轨迹扫描ct检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种直线轨迹扫描CT检测方法及装置，包括射线源和探测器，所述射线源用于产生穿透被测对象的锥形X射线束，所述探测器用于接收并检测透过所述被测对象的X射线束，还包括第一直线运动机构和第二直线运动机构，所述第一直线运动机构和第二直线运动机构均包括导轨和电机，且两个导轨平行设置，所述射线源和探测器分别安装在两个平行导轨上，通过电机控制射线源和探测器以被测对象为中心沿两个平行导轨作相对平行直线运动，对被测对象进行多点位的直线扫描。

Description

一种直线轨迹扫描CT检测方法及装置
技术领域
本申请属于CT扫描技术领域，尤其是涉及一种直线轨迹扫描 CT检测装置及方法。
背景技术
高压输电导线作为电力输送的重要组成部分，一般采用钢芯铝绞线、铝合金导线、碳纤维复合芯绞线等各类导线制成，在整个电网中起到至关重要的作用。由于高压输电导线大部分安装于较为偏远无人的地区，环境、气候恶劣，运行工况较差，导线断股和损伤等事故时有发生。服役中的输电导线难以做到与变电站内设备相同的随时监测、定期检验，因此对输电导线的前期安装检验及事故后的原因分析成为控制输电导线质量及运行稳定性的重要手段。
钢芯铝绞线、铝合金导线、碳纤维复合芯绞线均为多层绞合结构。导线的表面损伤容易观测，由于***绞线的遮挡，内层绞线无法观测。目前钢芯铝绞线、铝合金导线可以采用X射线检测，对内部绞线进行检测。由于碳纤维复合芯绞线不同于钢芯铝绞线，其芯线是由碳纤维和玻璃纤维复合材料构成，常规的X射线检测技术难以检测到碳纤维导线内部芯棒缺陷。工业CT检测与物质的几何结构无关，可以清晰地看清被检物断层内的结构层次，从图像上能直接获得目标特征的具体空间位置，形状以及尺寸信息。因此使用工业CT成像技术不但可以获得碳纤维复合芯导线铝绞线损伤情况还可以获得碳纤维芯棒的缺陷分布，可以说目前最优的检测方法。
对于在役架空碳纤维复合芯线缆的无损检测和失效性分析，由于无法进行工件自身的旋转或射线源-探测器无法绕工件从各个角度采集数据，传统的工业CT扫描方式无法满足检测需求。此外，由于线缆的自身缠绕结构，通常的数字X射线照相无法看清内部复合芯棒的缺陷，因而需要研究新的线缆CT扫描成像方式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中对于在役架空碳纤维复合芯线缆的无损检测的不足，提供一种直线轨迹扫描CT检测方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种直线轨迹扫描CT检测方法，其特征在于，包括：
首先将射线源、探测器对中，控制射线源和探测器向相反方向运行至各自对应的半行程位置，达到***扫描零位；
然后控制射线源和探测器同时做平行的相对直线运动，以等角或等距的方式对被测对象进行扫描，采集多个采样点的投影数据；
利用图像重建算法对采集到的投影数据进行图像重建，得到被测对象的断层图像，实现缺陷检测。
本发明第二方面提供了一种直线轨迹扫描CT检测装置，包括射线源和探测器，所述射线源用于产生穿透被测对象的锥形X射线束，所述探测器用于接收并检测透过被测对象的X射线束，还包括第一直线运动机构和第二直线运动机构，所述射线源和探测器分别安装在第一直线运动机构和第二直线运动机构上，所述第一直线运动机构和第二直线运动机构控制射线源和探测器同时做相对平行直线运动，对被测对象进行多点位的直线扫描，采集多个采样点的投影数据，用于图像重建。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的检测装置基于CT成像技术，检测快速可靠，能够将待测线缆的内部情况清晰准确地反映出来；
(2)结构简单有效，便于携带和安装，具有良好的经济性能；
(3)采用本发明的检测装置进行CL(Computed Laminography，计算机层析成像技术)成像也能获得比较清楚的层析图像，本装置还可用于板状类构件的检测，功能实用性和推广性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的检测装置结构示意图；
图中的附图标记为：其中：1-吊板，2第一支撑柱，3-第二支撑柱，4-射线源支架，5-探测器支架，6-射线源，7-探测器，8-被测对象，9第一直线运动机构，10第二直线运动机构。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种直线轨迹扫描CT检测装置，如图1所示，包括：固定架、第一直线运动机构9、第二直线运动机构10、射线源支架4、探测器支架5、射线源6和探测器7。
射线源6通过射线源支架4安装在第一直线运动机构9上，探测器7通过探测器支架5安装在第二直线运动机构10上，第一直线运动机构9驱动射线源6做直线运动，第二直线运动机构10驱动探测器7做直线运动，通过所述第一直线运动机构9和第二直线运动机构 10控制射线源6和探测器7同时做相对平行直线运动，对被测对象8 进行多点位的直线扫描，采集多个采样点的投影数据，用于图像重建。
射线源6用于产生穿透被测对象8(本实施例被测对象设置为在役架空碳纤维复合芯线缆)的锥形X射线束，探测器用于接收并检测透过所述被测对象的X射线束，射线源6发出的中心射线要经过探测器7的有效面阵中心，并垂直于探测器7的接收面。射线源6和探测器7在相对直线运动过程中，保持被测对象在焦平面位置不变，从而实现多点位的直线扫描运动。
可选的是，所述第一直线运动机构9和第二直线运动机构10均采用电动线性位移台，包括导轨和直线电机，且第一直线运动机构9 和第二直线运动机构10的两个导轨平行设置，射线源支架4和探测器支架5分别安装在两个平行导轨上，通过两个直线电机分别驱动射线源支架4和探测器支架5在对应的导轨上相对平行运动，从而带动射线源6和探测器7以被测对象8为中心沿两个平行导轨作相对平行直线运动，对被测对象进行多点位的直线扫描。
本实施例的射线源可以采用L10321型射线源。该射线源焦点大小可达到微米级，通过调节输出功率大小可改变***的检测极限分辨率。在直线扫描过程中，射线源发出的射线扇束的实际中心射线始终与直线运动轨迹垂直，随着扫描过程的进行，射线扇束所覆盖的视场会一直变化，为使被测对象始终处于射线扇束内，需要较大的射线张角，该射线源的射线张角可达到118°。
探测器采用DEXELA1207型平板探测器。在直线扫描过程中，为更好的保证同步信号采集，探测器的触发方式为外部触发，信号来源为射线源或探测器的位置信息。本实施中，第一直线运动机构9和第二直线运动机构10的直线电机内含光栅尺和旋转编码器，射线源或探测器的位置信息由所述光栅尺和旋转编码器提供。
可选的是，本实施例的电动线性位移台采用的是M-ILS250BPP 型号的步进驱动式直线运动滑台，其运动和定位精度可达到亚微米级，为***较高的极限分辨率提供硬件保障。
本实施例还设置了载物台，被测对象放置在载物台上，通过调整载物台高度和水平方向上的位置，使被测对象能在探测器上投影到合适位置，使被测对象不同部位在扫描视场中能够清晰扫描成像，实现对被测对象不同区域的缺陷检测。
可选的是，本实施例还设置了固定架，固定架包括吊板1和两个平行的支撑柱，即第一支撑柱2和第二支撑柱3，第一直线运动机构9和第二直线运动结构10分别对应安装在第一支撑柱2和第二支撑柱3上，通过移动固定架，改变CT检测装置和被测对象的相对位置，实现对被测对象不同区域的检测。
以在役架空碳纤维复合芯线缆的扫描检测为例，本实施例在扫描测试时，首先将射线源和探测器分别反向运动到各自的半行程位置，达到***扫描零位。
根据需要的扫描角度以及射线源和探测器到的距离进行射线源和探测器行程的计算，然后分别反向平移到各自的半行程位置，开启射线源准备开始扫描。
θ为扫描角度，SO为射线源到被测对象中心的距离，SD为探测器到被测对象中心的距离，LO是射线源的运动行程，LD是探测器的运动行程。射线源和探测器的行程计算方式如下：
LO＝2·SO·tan(θ/2)
LD＝2·SD·tan(θ/2)
其中，LO≤LOmax、LD≤LDmax，其中LOmax、LDmax分别为射线源、探测器的极限行程，由电动线性位移台平行导轨的长度决定。
扫描过程中，控制射线源和探测器同时做相对平移运动，采集若干个采样点位的直线扫描数据。本实施例根据射线源的扫描张角和直线运动机构的行程范围，选用扫描角度为90°，本实施例是有限角成像，故设置扫描分度为300°，扫描方式选用数据均匀性更好的等角扫描，也即射线源和探测器在所计算的行程段上每步进0.3°进行一次扫描，共需要扫描300张图像，从而采集到一组直线扫描数据。
将采集得到的二维数据进行算法重建，得到导线的三维模型，从而实现导线内部的缺陷检测。对于碳纤维复合芯线缆的检测，由于无法围绕检测导线进行360°数据采集，利用传统解析算法会导致重建图像出现有限角伪影，故本实施例中重建方法选用SIRT(Simultaneous iterative reconstruction technique)迭代算法来实现。
本发明可以清晰准确地将导线内部芯棒的缺陷检测出来，这对于在役架空导线检测特别是射线源-探测器运动受限的情况有重要意义，进一步验证了本发明装置对于在役架空导线缺陷检测的可行性和有效性。
实施例2：
本实施例提供了一种直线轨迹扫描CT检测方法，包括：
首先将射线源、探测器对中，控制射线源和探测器向相反方向运行至各自对应的半行程位置，达到***扫描零位；
然后控制射线源和探测器同时做平行的相对直线运动，以等角或等距的方式对被测对象进行扫描，采集多个采样点的投影数据；
利用图像重建算法对采集到的投影数据进行图像重建，得到被测对象的断层图像，实现缺陷检测。
本实施例在进行CT扫描前，需要先进行准备工作：
1，进行***初始化，使射线源、探测器运动到导轨行程的中点，实现两者对中。
本实施例的直线导轨行程例如可以是250mm，首先，利用平行计仪器进行两直线导轨的平行安装固定，再通过对标准圆棒的DR扫描成像调节射线源和探测器的安装位置，从来实现两者对中，并把该位置录入***初始化零位。
2，对碳纤维复合芯线缆进行DR扫描，确定所述线缆投影在探测器的合适位置。将被测线缆放置于载物台上，进行水平和高度方向上的位置调节，使被测线缆不同部位在扫描视场中清晰扫描成像，实现对被测线缆不同区域的缺陷检测。在本发明中，可通过固定架的移动来改变检测装置和被测线缆的相对位置，从而进行合适位置的扫描成像。
3，在扫描准备工作完成后，射线源和探测器分别反向运动到半行程位置，达到***扫描零位。根据扫描角度以及射线源和探测器到被测导线的距离，计算射线源和探测器的行程，在分别反向平移到各自的半行程位置，开启射线源准备开始扫描。
θ为扫描角度，SO为射线源到被测对象中心的距离，SD为探测器到被测对象中心的距离，LO是射线源的运动行程，LD是探测器的运动行程。对射线源和探测器的行程进行计算，即：
LO＝2·SO·tan(θ/2)
LD＝2·SD·tan(θ/2)
其中，LO≤LOmax、LD≤LDmax，其中LOmax、LDmax分别为射线源、探测器的极限行程，由电动线性位移台平行导轨的长度决定。
4，射线源和探测器同时做相对平移运动，采集多个采样点位的直线扫描数据。
采用等距扫描方式时，射线源、探测器的步进距离分别为：
ΔLO＝LO/N
ΔLD＝LD/N
其中，N表示采样点数，ΔLO表示等距扫描时射线源的步进距离；ΔLD表示等距扫描时探测器的步进距离。
采用等角扫描方式时，射线源、探测器步进距离分别为：
ΔLO′＝SO[tan(θ-kΔθ)-tan(θ-(k-1)Δθ)]
ΔLD′＝SD[tan(θ-kΔθ)-tan(θ-(k-1)Δθ)]
其中，ΔLO′表示等角扫描时射线源的步进距离；ΔLD′表示等角扫描时探测器的步进距离，θ表示扫描角度，Δθ表示每次扫描的间隔角度，k表示扫描次数。
本实施例根据射线源的扫描张角和直线运动机构的行程范围，选用扫描角度为90°，直线扫描是有限角成像，故设置扫描分度为300，扫描方式选用数据均匀性更好的等角扫描，也即射线源和探测器在所计算的行程段上每步进0.3°进行一次采样，共需要扫描300张图像，从而采集到一组直线扫描数据。
5，将采集得到的二维数据进行算法重建，得到导线的三维模型，从而实现导线内部的缺陷检测。
对于在役碳纤维复合材料导线的检测，由于无法围绕检测导线进行360°数据采集，利用传统解析算法会导致重建图像出现有限角伪影，故本实验中重建方法选用SIRT(Simultaneous iterative reconstruction technique)迭代算法，该算法利用一个像素内通过的所有射线的修正值来确定对此像素的平均修正值，这样取平均修正值可以进一步减小数据不一致性的影响。
本发明可以清晰准确地将导线内部芯棒的缺陷检测出来，这对于在役架空导线检测特别是射线源-探测器运动受限的情况有重要意义。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种直线轨迹扫描CT检测方法，其特征在于，包括：
首先将射线源、探测器对中，控制射线源和探测器向相反方向运行至各自对应的半行程位置，达到***扫描零位；
然后控制射线源和探测器同时做平行的相对直线运动，以等角或等距的方式对被测对象进行扫描，采集多个采样点的投影数据；
利用图像重建算法对采集到的投影数据进行图像重建，得到被测对象的断层图像，实现缺陷检测。
2.根据权利要求1所述的直线轨迹扫描CT检测方法，其特征在于，根据扫描角度以及射线源和探测器到被测对象的距离，对射线源和探测器的行程进行计算，即：
LO＝2·SO·tan(θ/2)
LD＝2·SD·tan(θ/2)
其中，LO是射线源的运动行程，LD是探测器的运动行程，θ为扫描角度，SO为射线源到被测对象中心的距离，SD为探测器到被测对象中心的距离。
3.根据权利要求2所述的直线轨迹扫描CT检测方法，其特征在于，采用等距扫描方式时，射线源、探测器的步进距离分别为：
ΔLO＝LO/N
ΔLD＝LD/N
其中，N表示采样点数，ΔLO表示等距扫描时射线源的步进距离；ΔLD表示等距扫描时探测器的步进距离。
4.根据权利要求2所述的直线轨迹扫描CT检测方法，其特征在于，采用等角扫描方式时，射线源、探测器步进距离分别为：
ΔLO'＝SO[tan(θ-kΔθ)-tan(θ-(k-1)Δθ)]
ΔLD'×SD[tan(θ-kΔθ)-tan(θ-(k-1)Δθ)]
其中，ΔLO'表示等角扫描时射线源的步进距离；ΔLD'表示等角扫描时探测器的步进距离，θ表示扫描角度，Δθ表示每次扫描的间隔角度，k表示扫描次数。
5.一种直线轨迹扫描CT检测装置，包括射线源和探测器，所述射线源用于产生穿透被测对象的锥形X射线束，所述探测器用于接收并检测透过被测对象的X射线束，其特征在于，
还包括第一直线运动机构和第二直线运动机构，所述射线源和探测器分别安装在第一直线运动机构和第二直线运动机构上，所述第一直线运动机构和第二直线运动机构控制射线源和探测器同时做相对平行直线运动，对被测对象进行多点位的直线扫描，采集多个采样点的投影数据，用于图像重建。
6.根据权利要求5所述的直线轨迹扫描CT检测装置，其特征在于，所述第一直线运动机构和第二直线运动机构均采用电动线性位移台。
7.根据权利要求6所述的直线轨迹扫描CT检测装置，其特征在于，还包括固定架，所述第一直线运动机构和第二直线运动机构安装在固定架上，通过移动固定架，改变CT检测装置和被测对象的相对位置，实现对被测对象不同区域的检测。
8.根据权利要求5所述的直线轨迹扫描CT检测装置，其特征在于，所述多点位的直线扫描采用等角扫描方式或者等距扫描方式。
9.根据权利要求5所述的直线轨迹扫描CT检测装置，其特征在于，所述射线源为L10321型射线源。
10.根据权利要求5所述的直线轨迹扫描CT检测装置，其特征在于，所述探测器为DEXELA1207型平板探测器。
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