任文浩（江蘇省海韻機(jī)械制造有限公司，江蘇揚(yáng)州 225261）

X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)在壓力容器無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

任文浩
（江蘇省海韻機(jī)械制造有限公司，江蘇揚(yáng)州 225261）

同傳統(tǒng)的射線照相法相比，X射線實(shí)時(shí)成像的檢測(cè)原理發(fā)生了較大變化。傳統(tǒng)射線照相法是將穿過(guò)工件的X射線在膠片上感光，通過(guò)在暗室內(nèi)顯影，定影來(lái)將影響顯示在底片上，得到的圖像是靜止不動(dòng)的，而X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)式將穿過(guò)工件的X射線經(jīng)圖像增強(qiáng)器、CCD攝像系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成一幅圖像，這種圖像是可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的，電壓、電流等參數(shù)實(shí)時(shí)可調(diào)，同時(shí)計(jì)算機(jī)可對(duì)動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行積分降噪、對(duì)比度增強(qiáng)等處理，以得到最佳的靜態(tài)圖像。X射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單，高效、結(jié)果直觀、精確、成本低的優(yōu)點(diǎn)。圖像的靈敏度和清晰度是X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)的重要特征，本文總結(jié)了提高X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)圖像的一些有效方法。

實(shí)時(shí)成像 射線檢測(cè) 靈敏度 清晰度

1 檢測(cè)系統(tǒng)的組成

1.1 X射線機(jī)

X射線機(jī)工作電源為交流220V，50～60HZ，金屬陶瓷射線管，雙焦點(diǎn)（d=1.9mm/d=3.6mm）可以自動(dòng)切換，管電流為1～5mA，管電壓在40～320KV連續(xù)可調(diào)。

1.2 圖像增強(qiáng)器

X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)需要選擇1.6in圖像增強(qiáng)器和9in圖像增強(qiáng)器。前者輸入、輸出圖像尺寸分別為150mm和20毫米，中心極限分辨率為54LP/cm；后者輸入、輸出圖像尺寸分別為230mm和25mm，中心極限分辨率為52/64/72 LP/cm。

X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像檢測(cè)設(shè)備系統(tǒng)綜合性能用系統(tǒng)分辨率來(lái)表示，它反映的是系統(tǒng)綜合性的固有分辨率或固有不清晰度。按照標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)分辨率應(yīng)≥14 LP/cm。按照我公司目前配置設(shè)備的性能，系統(tǒng)綜合分辨率遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，這為提高檢測(cè)圖像質(zhì)量提供了可靠的設(shè)備保證。

1.3 CCD攝像機(jī)

系統(tǒng)組成：平行光鏡頭；可變鏡頭；CCD射線機(jī)；電源；輸出電纜。

技術(shù)參數(shù)：1024*1024有效像素；+12V工作電源；10-12Bit動(dòng)態(tài)范圍。

1.4 圖像處理系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)通過(guò)圖像采集卡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由CCD攝像機(jī)傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)，并可以根據(jù)檢測(cè)的需要選擇動(dòng)態(tài)檢測(cè)和靜態(tài)檢測(cè)。在靜態(tài)檢測(cè)中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了去噪聲、圖像增強(qiáng)、偽彩色、負(fù)像、缺陷區(qū)域檢測(cè)、缺陷尺寸測(cè)量、圖片存儲(chǔ)于查詢、報(bào)表打印等X射線探傷中常用的典型功能；在動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)負(fù)像、實(shí)時(shí)偽彩、實(shí)時(shí)銳化、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和回放功能。系統(tǒng)具有靜態(tài)檢測(cè)靈敏度高和動(dòng)態(tài)智能化以及方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2 影響圖像質(zhì)量的因素

影響實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)的因素有很多，主要有透照電壓、電流、像素、不清晰度、放大倍數(shù)、焦距等。

2.1 電壓

同射線照相法相比，實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)不需要曝光過(guò)程，只要X射線能穿過(guò)工件到達(dá)圖像增強(qiáng)器即可，為了防止過(guò)大的電壓損壞設(shè)備，在檢測(cè)過(guò)程中可以緩慢地升高電壓，通過(guò)像質(zhì)計(jì)的絲徑來(lái)判斷達(dá)到最佳效果。

2.2 電流

檢測(cè)過(guò)程中當(dāng)電流較小時(shí)，圖像非常暗淡而無(wú)法識(shí)別，反之，電流過(guò)大時(shí)，圖像成一片亮色也無(wú)法識(shí)別。這是因?yàn)楫?dāng)入射的射線強(qiáng)度較小時(shí)，圖像增強(qiáng)器輸入屏被激發(fā)的電子數(shù)量太少，故輸出的可見(jiàn)圖像亮點(diǎn)就小。反之，入射強(qiáng)度過(guò)大，則圖像愈亮。所以電流要控制在某一數(shù)值范圍，通常選擇3-5毫安比較合適。

實(shí)驗(yàn)表明，隨著管電壓和管電流的增大，圖像亮度有較大的增加，能看到的像質(zhì)計(jì)絲徑越細(xì)，靈敏度提高，圖像質(zhì)量也得到了提高。圖像質(zhì)量好，圖像上能反映工件缺陷的影像就容易識(shí)別。

2.3 像素

像素是有檢測(cè)系統(tǒng)決定的，一般為1024*1024，像素越高，圖像越清晰。

2.4 不清晰度

檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)視器屏幕的圖像是由許多灰度等級(jí)不同的像素組成，由于像素具有一定的尺寸，因而使圖像的清晰度受到影響。不清晰度可分為幾何清晰度和固有不清晰度。根據(jù)射線檢測(cè)的理論，總的不清晰度Ut與幾何不清晰度Ug和固有不清晰度Ui之間存在以下關(guān)系：

2.5 放大倍數(shù)

在實(shí)時(shí)成像檢測(cè)中，圖像增強(qiáng)器不可能緊貼著被檢工件，因此，所得檢測(cè)圖像必然會(huì)被放大。當(dāng)X射線源焦點(diǎn)尺寸很小時(shí)，圖像放大倍數(shù)M為：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，圖像放大，圖像不清度減小，有利于提高與影像細(xì)節(jié)尺寸有關(guān)的圖像有效清晰度Ue。

但是，由于受幾何不清晰度影響，圖像放大倍數(shù)不是越大越好，存在一個(gè)最佳放大倍數(shù)Mo。

2.6 焦距

焦距對(duì)圖像幾何清晰度和靈敏度的影響起著很大作用，根據(jù)平方反比定律得知隨著焦距增大，到達(dá)圖像增強(qiáng)器的電子數(shù)量減少，促使圖像的清晰度和靈敏度降低。雖然可以通過(guò)提高管電壓和電流來(lái)彌補(bǔ)，但是這又會(huì)使焦點(diǎn)發(fā)熱嚴(yán)重，如果冷卻不好，焦點(diǎn)很容易燒壞。

從幾何不清晰度公式可知，為減小幾何不清晰度，應(yīng)增大焦點(diǎn)與工件間距離L1或（和）縮短工件和圖像增強(qiáng)器之間的距離L2，但是由于在增大L1和縮短L2的同時(shí)，檢測(cè)圖像的放大比例也在降低，從而減小了檢測(cè)靈敏度，微小缺陷將無(wú)法識(shí)別。

3 實(shí)際應(yīng)用

我公司制作了具有代表性的焊接試樣，包含各種缺陷，如裂紋，未熔合，氣孔等，然后用照相法和實(shí)時(shí)成像法進(jìn)行檢測(cè)比較，結(jié)果表明完全能滿足JB/T4730的像質(zhì)要求，圖像達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。對(duì)試樣中的缺陷進(jìn)行比較，結(jié)果表明兩種方法檢測(cè)符合率未99.5%，底片上的氣孔，夾雜，條渣、未焊透、裂紋等在圖像上均能發(fā)現(xiàn)。

4 實(shí)時(shí)成像圖像和射線照相圖像對(duì)比

X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)圖像質(zhì)量可與和傳統(tǒng)的射線照相法底片相媲美，圖像放大后，影響更清晰，在顯示屏上可以正、負(fù)象隨意翻轉(zhuǎn)，觀察時(shí)可以通過(guò)改變電壓來(lái)調(diào)節(jié)圖像灰度來(lái)觀察缺陷，非常方便。實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)不需要膠片，故不需要洗片，不必產(chǎn)生廢水而污染環(huán)境。實(shí)時(shí)成像圖像可以通過(guò)刻錄光盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)永久保存，一帳光盤(pán)可以保存數(shù)千張圖像。實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)也可在安裝必要軟件后實(shí)現(xiàn)錄像功能，一次保存整條焊縫的影像數(shù)據(jù)。

5 應(yīng)用

通過(guò)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)與X射線照相法在檢測(cè)結(jié)果上是可以等效的，用它可以代替射線照相法，因此，具有巨大的應(yīng)用前景，尤其是對(duì)一些形狀簡(jiǎn)單，批量大或流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)特別適合，例如：壓力容器、壓力管道、氣瓶等主焊縫。可以預(yù)見(jiàn)，不久的將來(lái)，X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)會(huì)在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

［1］GB/T19293-2003，對(duì)接焊縫X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)法.

［2］JB/T4730.2-2005，承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第2部分，射線檢測(cè).