专利名称：用于分层照相检验的方法和设备的制作方法
技术领域：
一般来说，本公开涉及分层照相检验系统，并且更具体地说，涉及具有固定多焦点 X射线源的分层照相检验系统。
背景技术：
许多工业应用依靠放射检验技术来确定工业配件(例如，管道、管道阵列、风扇叶片、风力叶片凸缘(spar cap)等)的质量。此类检验技术还可用于确定物体的一个或多个特征，例如确定管道的壁厚度。由于这些工业应用为了质量控制目的经常需要检验整个物体，因此在此类应用中通常采用的X射线源与机械门架相关联。每次机械门架将X射线源移至新位置，拍摄另一个图像，并且一系列此类图像通常用于确定配件中是否存在缺陷。不幸地，与这些单点X射线源相关联的门架通常复杂而缓慢，从而因接受或拒绝制作物体所需时间量的增加而降低了效率。另外，此类系统的复杂性可导致与必要维修和故障相关联的停机时间。此外，此类复杂系统可与高金钱成本和有限视场相关联。因此，需要克服此类缺点的改进分层照相检验系统和方法。
发明内容
在一个实施例中，成像系统包括多焦点X射线源，其适于生成至少两个X射线束并将每个生成的X射线束以不同角度逐个向物体投射，而基本不旋转或平移多焦点X射线源。 多焦点X射线源安放在物体的第一面上。成像系统还包括安放在与第一面相对的物体第二面上的检测器。检测器适于接收被物体衰减后的、来自每个不同角度的投射X射线束的至少一部分，并产生对应于每个不同角度的、物体的至少两个X射线投影图像。每个X射线投影图像适于互相相对移动并相加，以重构物体的平面。在另一个实施例中，分层照相检验方法包括提供物体到检验区，通过至少两个X 射线束从至少两个不同角度逐个照射物体，以生成一系列成角度移位的物体图像。X射线束由固定多焦点X射线源生成。该方法还包括互相相对移动每个成角度移位的图像，将每个移动图像相加到一起以重构物体平面的图像，并检验重构的图像平面以识别物体中是否存在缺陷。在另一个实施例中，分层照相检验系统包括多焦点X射线源，其适于通过一系列成角度移位的χ射线束逐个照射物体，而基本不旋转或平移多焦点X射线源。多焦点X射线源安放在物体的第一面上。分层照相检验系统还包括检测器，适合接收被物体衰减后的、 成角度移位的X射线束的至少一部分，以产生物体的至少两个X射线投影图像。检测器安放在与第一面相对的物体的第二面上。分层照相检验系统还包括处理器，适于移动和相加至少两个X射线投影图像，以将物体的至少两个平面逐个置于焦点中。
当参考附图阅读下面的详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相似的符号表示相似部件，在附图中图1示出包括基本固定多焦点X射线源的分层照相成像系统的一实施例；图2示出根据本发明实施例带有定位以用于成像的管道的图1的成像系统的正视图；图3示出根据本发明实施例生成第一 X射线束后的图2的成像系统；图4示出根据本发明实施例生成第二 X射线束后的图2的成像系统；图5示出根据本发明实施例生成第三X射线束后的图2的成像系统；图6示出根据本发明实施例带有定位以用于成像的管道阵列的图1的成像系统的正视图；图7示出根据本发明实施例生成第一 X射线束后的图6的成像系统；图8示出根据本发明实施例生成第二 X射线束后的图6的成像系统；图9示出根据本发明实施例生成第三X射线束后的图6的成像系统；图10示出图1-9所示多焦点X射线源的一实施例；图11示出根据本发明实施例可用于操作图1的成像系统的分层照相检验方法；以及图12示出根据本发明实施例可用于处理图11的方法期间获取的图像数据的处理方法。
具体实施例方式如下文中详细描述的，提供成像系统的实施例，其中包括基本固定的多焦点X射线源，其生成在被检测器检测之前照射物体的、成角度移位的X射线。此类系统能够在弧线上获得物体的一组完整平面图像，同时保持基本固定；该组平面图像可用于在物体中的不同平面重构切片(slice)。例如，在一个实施例中，分层照相检验系统的处理器可利用该组平面图像重构管道切片，确定管道的壁厚度以及确定管道中是否存在缺陷及其位置。此外， 在一些实施例中，可经由移动并相加步骤重构物体(例如，管道)的切片，然后可使用数学去模糊技术改进图像质量和切片灵敏度曲线。本发明实施例的上述特征可提供优于现有单焦点X射线源检验系统的优点。例如，使用多焦点X射线源可加快检验过程的速度。也就是说，多焦点X射线源能够通过迅速接连地逐个激活每个焦点快速获得多个图像，由此消除对门架移动时间的需要。这种X射线源中的每个焦点通过特定方式电可寻址，从而允许快速(例如，在1微秒内、100微秒内、 1000微秒内等)激活和去激活每个焦点。此类特征可减少检测和表征工业产品中的缺陷必需的时间长度。此外，本文公开的系统可提供优于单焦点X射线源的额外优点，例如生成功率的可缩放性。例如，在一个实施例中，多焦点X射线源的每个焦点可具有约600瓦特的平均功率，并且相应地，十焦点X射线源可具有约6000瓦特的总功率。这样的总功率可能是许多典型单焦点X射线源的约六倍。实际上，此类多焦点X射线源可提供优于传统单点系统的许多独特优点。现在来看附图，图1示出分层照相成像系统10，其适于获得物体12在某个角度范围的多种投影图像而多焦点X射线源14基本不运动。为此，系统包括具有焦点16的多焦点X射线源14，物体12 (安放在X射线源视场内的检验板18上)，检测器20以及包含存储器M的图像控制和处理系统22。在所示实施例中，显示X射线束沈从焦点16投射到视场中，并穿过物体12到检测器20上。但是应当注意，虽然在图1中仅显示单个焦点16，但在一些实施例中多个焦点可位于焦点16旁边，如下文中更详细描述的。在此类实施例中，每个焦点可配置成用作提供不同视场的模块，并且相应地，与单焦点源相比，可在一平面中使用多焦点源以增大总视场。在操作期间，多焦点源14从第一焦点16生成X射线束26。X射线沈投射到物体 12上，它使束沈在到达检测器20前衰减。因此，检测器20接收经物体12衰减后的、投射 X射线束26的一部分。在所示实施例中，探测器20是平板数字检测器，它将接收的经转换 X射线能量数字化并将此数字化数据导出到图像控制和处理系统22。图像控制和处理系统 22适于将数字化数据转换为第一投影图像并将第一投影图像存储到存储器M中以便将来检索和/或处理。在一些实施例中，图像控制和处理器系统22可在将第一投影图像存储到存储器之前对其进行处理。随后，在保持基本固定的同时，多焦点X射线源14从安放在预定义弧线上的不同焦点逐个生成额外X射线束。也就是说，在基本不旋转或平移运动的情况下，多焦点X射线源以多种不同的角度位置投射X射线束。如前所述，每个X射线束来自基本固定的X射线源14，投射穿过物体12，并射在检测器20上，在检测器20它们各自转换成关于预定义弧线的不同角度处获取的分离投影图像。然后，在弧线上获得的生成平面图像组可由图像控制和处理系统22用于在不同平面重构物体12的切片。例如，在一个实施例中，在不同角度位置获取的数字投影图像被移动并然后相加所需的次数以将物体的多个深度逐个置于焦点中。在这个实施例中，可使用不同的移动距离来重构物体12的体积中的不同平面。例如，通过相加为施加移动距离获取的投影图像， 与扫描的焦平面重合的物体12的焦平面可由图像处理系统22重构。又例如，透过将每个图像移动基于系统几何构造确定的另一组第一距离，并随后相加移动的图像，可将物体12的第二焦平面置于焦点中。使用这种方法，图像处理系统22可在获取体积中重构所有受关注平面。然后，处理系统22可对每个重构的平面应用一种或多种数学去模糊技术，以通过从离焦(out of focus)平面去除图像伪像来改进图像质量。如以下参照11和12更详细描述的，此类经重构和处理的图像切片可由控制和处理系统22进一步用于例如确定物体12 中是否存在多个缺陷中的一个。在一些实施例中，在预定义弧线上获取一组投影图像后，可平移物体12，如箭头沈所示，并且可在沿物体长度的下一个位置重复所述步骤。在进一步的实施例中，多焦点 X射线源14可平移到沿物体长度的另一个位置，如箭头观所示，并且可重复所述步骤。也就是说，可在物体12的下一个纵向位置的给定弧线上获取第二组图像，并且该额外图像组可用于在物体中的不同平面重构额外切片。但是，每次定位多焦点X射线源14以成像物体时，在所需角度范围获取一组完整的投影图像的同时，源14保持固定(即，不旋转或平移)。图2-5示出图1的成像系统10的正视图，在示例操作模式期间，它可用于在给定弧线上获取一组投影图像，然后使用这些投影图像在不同平面重构所需的物体切片。具体地说，图2示出图像获取之前的初始设置。在这个实施例中，成像设置包括多焦点X射线源 14、检测器阵列20以及安放在X射线源14与检测器20之间用于成像的管道30。多焦点X射线源14包括第一焦点16、第二焦点32、第三焦点34、第四焦点36、第五焦点38、第六焦点 40以及第七焦点42。在操作期间，X射线源14适于选择性地激活各个焦点以获取管道30的一组投影图像。例如，图3示出管道30的第一投影图像的获取。如图所示，激活第一焦点16以产生第一 X射线束26。第一 X射线束沈投射穿过管道30，并且检测器阵列20检测到X射线束沈的至少一部分。检测器20生成所检测X射线的数字表示，并将其导出到处理系统进行存储和处理。图4示出管道30的第二投影图像的获取，其获得是在基本不旋转或平移X射线源 14并且基本不旋转或平移检测器20或物体30的情况下进行的。如图所示，激活第四焦点 36以产生向管道30投射的第二 X射线束44。第二 X射线束44在由检测器阵列20检测之前被管道30衰减。如前所述，检测器20将检测的X射线数字化，以生成第二投影图像并将其导出供进一步处理和存储。图5示出管道30的第三投影图像的获取，其获得同样是在基本不移动X射线源 14、检测器20或物体30的情况下进行的。在获取第三投影图像期间，激活第七焦点42以产生向管道30定向的第三X射线束46。第三X射线束46在射在检测器阵列20上并被转换成第三投影图像之前，被管道30衰减。这样，通过成像系统可获取管道30的三个投影图像，而基本不移动多焦点X射线源14、检测器20或物体30。在所示实施例中，三个获取的投影图像形成在单个弧线上获取的单组图像，可用于重构管道30的获取体积中的多个受关注平面。但是应当注意，在进一步的实施例中，任何所需数量的焦点可在固定X射线源14中提供并被激活，以在指定弧线范围中产生任何所需数量的图像。例如，在所示实施例中，可激活七个焦点中的每一个以产生单个获取组中的七个投影图像。此外，图像可在任何所需角度范围(例如，20度、30度、40度等)中获取。 但是，如上文中详细描述的，可对每个获取组执行移动并相加步骤，以重构管道30中的所需平面。图6-9示出图1的成像系统10的正视图，在示例操作模式期间，它可用于获取物体阵列的一组投影图像。具体地说，图6示出图像获取之前的初始设置。在这个实施例中， 成像设置包括多焦点X射线源14、检测器阵列20以及安放在X射线源14与检测器20之间用于成像的管道阵列48。管道阵列48包括第一管道50、第二管道52、第三管道M以及第四管道56。如前所述，多焦点X射线源14包括焦点16、32、34、36、38、40及42。在操作期间，X射线源14选择性地激活各个焦点以获取管道阵列48的一组投影图像。例如，图7示出管道阵列48的第一投影图像的获取。如图所示，激活第一焦点16以产生第一 X射线束58。第一 X射线束58投射穿过管道阵列48，并且检测器阵列20检测到经管道50、52及M衰减后的X射线束58的至少一部分。检测器20生成检测的X射线的数字表示，并将其导出到处理系统进行存储和后续处理。图8示出管道阵列48的第二投影图像的获取，其获得是在基本不旋转或平移X射线源14、检测器20或物体50、52、M、56、58的情况下进行的。如图所示，激活第四焦点36 以产生向管道阵列48投射的第二 X射线束60。第二 X射线束60在通过检测器阵列20检测之前被管道阵列48中的每一个管道50、52、M及56衰减。如前所述，检测器20将检测的X射线数字化，以生成第二投影图像并将其导出供进一步处理和存储。
图9示出管道阵列48的第三投影图像的获取，其获得同样是在基本不移动X射线源14、检测器20或物体50、52、M、56、58的情况下进行的。在获取第三投影图像期间，激活第七焦点42以产生向管道阵列48定向的第三X射线束62。第三X射线束62在射在检测器阵列20上并被转换成第三投影图像之前，被管道5254及56衰减。这样，像之前图2-5 的单管道系统一样，通过成像系统可获取管道阵列48的三个投影图像，而基本不移动多焦点X射线源14、检测器20或物体50、5254、56、58。另外，在所示实施例中，三个获取的投影图像形成在单个弧线上获取的单组图像，可用于重构管道阵列48的获取体积中的多个受关注平面。图10示出图1-9所示多焦点X射线源14的一实施例。但是应当注意，这样的实施例只是一个示例，并且任何适当的多焦点X射线源均可在本文所述的固定成像系统中使用。在所示实施例中，X射线源14包括控制器64、多个阴极66、多个阳极68、高压和油馈通 70以及真空室72。多个阳极包括第一阳极74、第二阳极76、第三阳极78、第四阳极80以及第五阳极82。多个阴极包括第一阴极84、第二阴极86、第三阴极88、第四阴极90以及第五阴极92。控制器经由控制线路94耦合到第一阳极74、经由控制线路96耦合到第二阳极 76、经由控制线路98耦合到第三阳极78、经由控制线路100耦合到第四阳极80并经由控制线路102耦合到第五阳极82。在操作期间，多个阴极66将电子发射到真空室72中，这些电子被多个阳极68收集，由此建立通过X射线导管14的电子束104、106、108、110及112。在电子从多个阴极66 发起并撞击多个阳极68时，能量生成并作为X射线在例如与电子束104、106、108、110及 112垂直的方向中发射。高压和油馈通70在电子流经X射线导管时对其加速。控制器64 分别控制每个阳极以控制X射线生成，以便可获取之前描述的投影图像组。图11示出可用于操作图1的成像系统的分层照相检验方法114。方法114包括提供物体到检验区(框116)，例如，提供管道到检验区。方法114还包括使用固定的多焦点X 射线源以所需角度照射物体(框118)，并且在X射线被物体衰减后，在检测器阵列上检测X 射线的至少一部分(框120)。获取的X射线投影数据还被存储(框122)到例如控制或处理系统的存储器。然后，以多种额外角度照射物体以获得额外投影图像，同时保持X射线源基本固定(框124)。在所示方法中，物体随后被平移(框126)并再次以多个角度照射，从而获得沿物体长度的第二纵向位置的另一组投影图像(框128)。但是应当注意，在获取该组投影图像期间，多焦点X射线源相对旋转和平移运动保持基本固定。然后，处理沿物体长度获取的X 射线数据(框130)，并确定是接受、拒绝还是标记物体(框132)。也就是说，检验物体是否存在缺陷，例如管道上的应力腐蚀。在上述方法的一个实施例中，如果物体处于源检测器活动区域的界限之内，可能不需要移动物体以获得分层照相数据及重构物体平面。在此类实施例中，源的虚拟运动可取代物体的运动。因此，某些实施例可以是基本固定的，无需移动配件，从而可减少与制造和操作所公开的成像系统相关联的复杂性和资金花费。图12示出图11的处理步骤的一个实施例。处理方法130包括将获取的投影数据提供给处理器(框134)。例如，在沿物体长度的一个纵向位置在给定角度范围中采集的单组投影数据可提供给处理器。方法130还包括将该组投影数据中的每个获取的图像移动所需量以重构第一平面(框136)，并相加每个移动的图像以产生未处理的第一平面(框 138)。也就是说，如上所述，可移动并相加获取的投影图像以产生物体在多种体积深度的切片。如果需要，可使用一种或多种去模糊或处理技术来去除离焦伪像以产生处理的第一平面(框140)。可将处理的第一平台与参考对比，以确定是否存在缺陷(框14幻。为重构其它平面，可再次将指定组中的投影图像移动第二所需量，相加到一起，并处理以产生通过物体在不同深度处的额外平面的图像(框144)。本发明的实施例的技术效果包括比传统系统改进的检验速度。也就是说，本文公开的多焦点X射线系统能够通过特定方式对每个焦点进行电寻址，从而允许快速(例如，在 1微秒内)激活和去激活每个焦点。此类特征可减少检测和表征工业产品中的缺陷必需的时间长度。此外，本文公开的系统可提供优于单焦点X射线源的其它技术优点，例如生成功率的可缩放性。本发明实施例能够生成的总功率可能远高于许多典型的单焦点X射线源。 另外，在物体大小在源检测器配置的活动区域内的实施例中，可能不需要移动X射线源、物体或检测器，从而可减少或消除运动模糊。本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求确定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。配件表
权利要求
1.一种成像系统(10)，包括多焦点X射线源(14)，配置成生成至少两个X射线束06)并将每个所生成的X射线束 (26)以不同角度逐个向视场投射，而基本不旋转或平移所述多焦点X射线源(14)；与所述多焦点X射线源(14)相对的检测器(20)，与所述视场相关并配置成接收从每个所述不同角度所投射的X射线束06)的至少一部分，以及产生对应于每个所述不同角度的、所述视场的至少两个X射线投影图像，其中每个所述X射线投影图像配置成互相相对移动并相加，以重构所述视场的平面。
2.如权利要求1所述的成像系统(10)，其中，所述多焦点X射线源(14)包括阳极(68) 和阴极(66)，并且配置成通过在所述阴极(66)与所述阳极(68)之间生成电流来生成所述至少两个X射线束(104、106、108、110及112)。
3.如权利要求1所述的成像系统(10)，还包括控制器(22)，其配置成检验所重构的所述视场的平面，以确定所述视场内的物体(1 是否存在缺陷。
4.如权利要求3所述的成像系统(10)，还包括控制器(64)，其配置成激活分离和不同的阳极(84)和阴极(74)对，以生成所述至少两个X射线束(104和106)的每一个。
5.如权利要求1所述的成像系统(10)，还包括台面(18)，其配置成从第一位置平移到第二位置，以便在所述视场内移动定位于所述台面(18)上的物体(12)。
6.如权利要求5所述的成像系统(10)，其中，在所述台面(18)从所述第一位置平移到所述第二位置时，所述多焦点X射线源(14)配置成生成至少两个额外X射线束并以不同角度向所述物体(1 逐个投射，而基本不移动所述多焦点X射线源(14)，并且其中所述检测器00)检测被所述物体(1 衰减后的所述至少两个额外X射线束的至少一部分，以产生所述物体(12)的额外至少两个X射线投影图像。
7.如权利要求1所述的成像系统(10)，其中，物体(12)放置在X射线源(14)与所述检测器00)之间，以使得所述物体(1 被所述检测器00)的视场基本覆盖，并且其中所述物体(12)的所述至少两个投影图像配置成被重构，以提供所述物体(12)的体积切片。
8.—种分层照相检验方法(114)，包括提供(116)物体(12)到检验区(18)；通过至少两个X射线束06)照射(118)所述物体(12)，逐个从不同角度入射在所述物体上，以生成所述物体的一系列成角度移位的图像，其中，所述至少两个X射线束06)由固定多焦点X射线源(14)生成；互相相对移动(136)每个所述成角度移位的图像；将每个所移动的图像相加(138)到一起，以重构所述物体(1 的平面的图像；以及检验(13 所重构的图像平面，以识别所述物体(1 中是否存在缺陷。
9.如权利要求8所述的方法(114)，其中，所述多焦点X射线源(12)配置成通过在阳极(68)与阴极(66)之间建立的电流生成所述至少两个X射线束06)。
10.如权利要求8所述的方法(114)，其中，检验(132)所述重构的图像平面包括将所重构的平面与参考平面对比(142)，以识别所述重构的平面与所述参考平面之间的一个或多个差异。
11.如权利要求8所述的方法(114)，其中，所述固定多焦点X射线源(14)配置成相对旋转和平移运动保持固定。
12.如权利要求8所述的方法(114)，其中，所述一系列成角度移位的图像在约等于40 度的角度上获得。
13.如权利要求8所述的方法(114)，包括在检验(132)所述重构的平面图像是否存在缺陷之前，对所述重构的平面图像应用(140)去模糊算法，以充分减少离焦平面的背景效应。
14.如权利要求8所述的方法(114)，还包括将每个所述移动的图像相加(138)到一起以重构所述物体(1 的第二平面的第二图像。
15.如权利要求14所述的方法(114)，还包括基于所述物体的所述平面的所述图像和所述物体(1 的所述第二平面的所述第二图像来确定(130)所述物体(1 的厚度。
全文摘要
本发明名称为用于分层照相检验的方法和设备。在一些实施例中，一种成像系统(10)包括多焦点X射线源(14)，其配置成生成至少两个X射线束(26)并将每个生成的X射线束(26)以不同角度逐个向视场投射，而基本不旋转或平移多焦点X射线源(14)。系统(10)还可包括与多焦点X射线源(14)相对的检测器(20)，它与视场相关并配置成接收从每个不同角度投射的X射线束(26)的至少一部分，以及产生对应于每个不同角度的、视场的至少两个X射线投影图像，其中每个X射线投影图像配置成互相相对移动并相加，以重构视场的平面。
文档编号G01N23/04GK102539456SQ20111043710
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者C·比诺, D·米什拉, F·F·霍普金斯, K·J·弗鲁特希, W·R·罗斯 申请人:通用电气公司