，，

(1.廊坊北檢無損檢測有限公司，廊坊 065001;2.中國石油天然氣管道局第一工程公司，廊坊 065000)

數(shù)字射線檢測(CR)時(shí)需要采用雙線型像質(zhì)計(jì)測量圖像空間分辨率，筆者在進(jìn)行一項(xiàng)管道CR檢測課題研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)雙線型像質(zhì)計(jì)的擺放方向?qū)D像空間分辨率影響很大。例如：壁厚為22 mm鋼板的單壁透照(AB級(jí)技術(shù)等級(jí))時(shí)，雙絲垂直于焊縫擺放可識(shí)別線號(hào)為D5，雙絲平行于焊縫擺放時(shí)可識(shí)別線號(hào)D9，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.14—2016《承壓設(shè)備無損檢測 第14 部分:計(jì)算機(jī)輔助成像射線檢測對空間分辨率的要求》應(yīng)識(shí)別線號(hào)為D8，經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙絲垂直焊縫擺放時(shí)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，只有雙絲平行焊縫擺放時(shí)才能滿足要求。

經(jīng)過查詢相關(guān)資料，ASME V(2013版)《鍋爐及壓力容器規(guī)范》第二章附錄Ⅱ-286規(guī)定“當(dāng)使用線型像質(zhì)指示器時(shí)，射線透視檢驗(yàn)系統(tǒng)可能呈現(xiàn)不對稱靈敏度，因此，線徑軸線應(yīng)對準(zhǔn)系統(tǒng)最低靈敏度的軸線?！盜X-221.2條規(guī)定“當(dāng)使用線型像質(zhì)計(jì)時(shí)，放置兩個(gè)線徑軸成90°的像質(zhì)計(jì)對系統(tǒng)進(jìn)行不對稱靈敏度評價(jià)，如果系統(tǒng)顯示不對稱靈敏度，線徑軸應(yīng)沿產(chǎn)生射線照相的最小靈敏度的系統(tǒng)軸線方向”。聯(lián)系前后文，ASME V標(biāo)準(zhǔn)中說的是單絲像質(zhì)計(jì)的對比靈敏度變化，也沒有說明不對稱靈敏度的原因。

經(jīng)過分析，筆者認(rèn)為上述問題的產(chǎn)生原因可能是所采用的射線機(jī)有效焦點(diǎn)形狀不同，一個(gè)不對稱的有效焦點(diǎn)在水平和垂直兩個(gè)方向上的幾何不清晰度不同，對單絲像質(zhì)計(jì)細(xì)絲的本影灰度造成了影響。不清晰度大的本影灰度下降多，更難以發(fā)現(xiàn)；不清晰度小的細(xì)絲本影灰度大，容易發(fā)現(xiàn)。從而造成了兩個(gè)方向的對比靈敏度不相同。雙線型像質(zhì)計(jì)的目的是測量空間分辨率，也就是圖像的不清晰度，像質(zhì)計(jì)放置方向?qū)D像不清晰度的影響要遠(yuǎn)大于其對對比靈敏度的影響。

1 原因分析

1.1 射線機(jī)焦點(diǎn)的形狀

射線機(jī)的有效焦點(diǎn)形狀有正方形、長方形、圓形和橢圓形等，試驗(yàn)采用的國產(chǎn)XXG2505定向射線機(jī)焦點(diǎn)形狀為正方形[1-2]，有效焦點(diǎn)尺寸(長×寬)為2.0 mm×2.0 mm，定向射線機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和焦點(diǎn)尺寸如圖1所示。

圖1 定向射線機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和焦點(diǎn)尺寸

周向射線機(jī)XXHz2505是錐形陽極靶，從陰極方向看過去的焦點(diǎn)形狀是一個(gè)有一定寬度的環(huán)，因此廠家給出的焦點(diǎn)尺寸是環(huán)外徑和環(huán)的寬度，如φ5 mm×0.8 mm，國外設(shè)備常這樣表示，而國產(chǎn)設(shè)備常簡化表示為矩形，如1.0 mm×2.5 mm，周向射線機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和焦點(diǎn)尺寸如圖2所示，采用的周向射線機(jī)XXHz2505有效焦點(diǎn)尺寸為1.0 mm×3.5 mm。

圖2 周向射線機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和焦點(diǎn)尺寸

1.2 不清晰度分析

檢測的總不清晰度U與幾何不清晰度Ug和探測器固有不清晰度UD的關(guān)系為[3]

(1)

在相同的條件下，探測器固有不清晰度UD是固定不變的，只存在幾何不清晰度Ug的變化，因此為了定性分析，可忽略系統(tǒng)的固有不清晰度UD，空間分辨率R和不清晰度U之間為倒數(shù)關(guān)系,可知當(dāng)幾何不清晰度Ug改變時(shí)，圖像空間分辨率R將隨之呈倒數(shù)關(guān)系變化。

(2)

定向射線機(jī)最大幾何不清晰度為[4]

(3)

(4)

Ug1max/Ug2max=1.0

(5)

式中：Ug1max為周向最大幾何不清晰度;Ug2max為軸向最大幾何不清晰度;L1為焦點(diǎn)到工件射線源側(cè)表面的距離;L2為工件射線源側(cè)表面到探測器間的距離。

周向射線機(jī)最大幾何不清晰度為

(6)

(7)

Ug1max/Ug2max=3.5

(8)

圖3 長方形焦點(diǎn)導(dǎo)致的幾何不清晰度變化示意

可見，定向射線機(jī)正方形焦點(diǎn)所測量的幾何不清晰度是對稱的；而周向射線機(jī)焦點(diǎn)的這種不對稱形狀，使軸向與周向兩個(gè)方向呈現(xiàn)不同的幾何不清晰度，其周向與軸向幾何不清晰度之比等于焦點(diǎn)在對應(yīng)方向的尺寸之比。當(dāng)雙線型像質(zhì)計(jì)的絲垂直焊縫時(shí)(像質(zhì)計(jì)順焊縫擺放)，因?yàn)橹芟蛏渚€機(jī)的周向幾何不清晰度大，所以雙線型像質(zhì)計(jì)測量的空間分辨率降低；反之，當(dāng)雙絲平行于焊縫時(shí)(像質(zhì)計(jì)垂直焊縫擺放)，得到的空間分辨率又高于前者。

2 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)工件為φ1 219 mm×18.4 mm(外徑×壁厚)，試驗(yàn)使用兩臺(tái)X射線機(jī)，分別為定向X射線機(jī)，型號(hào)為XXG2505，周向X射線機(jī)型號(hào)為XXHz2505，曝光參數(shù)均為180 kV,5 mA，焦距為609 mm，單壁單影(中心)曝光。CR激光掃描儀為德爾CR-35,成像板為Carestream INDUSTREX Flex HR型全新板,掃描步進(jìn)為50 μm，其他參數(shù)采用系統(tǒng)默認(rèn)。

曝光量應(yīng)保證母材處數(shù)字圖像灰度約50%，NB/T 47013.14-2016標(biāo)準(zhǔn)要求的空間分辨率應(yīng)識(shí)別線號(hào)為D8，對比靈敏度應(yīng)識(shí)別線號(hào)為W11。將兩只單絲型及兩只雙線型像質(zhì)計(jì)貼在管道內(nèi)壁射線源側(cè)，像質(zhì)計(jì)擺放位置示意如圖4所示，為防止背散射，在成像板背部貼厚2 mm的鉛板，透照布置示意如圖5所示。分別用定向射線機(jī)和周向射線機(jī)拍攝，圖6為定向射線機(jī)透照影像，透照參數(shù)為180 kV,30 s；圖7為周向射線機(jī)透照影像，透照參數(shù)為180 kV,84 s。實(shí)際照相中兩種射線機(jī)可識(shí)別的線號(hào)見表1。

對于普通單絲型像質(zhì)計(jì)，可以通過表1中的數(shù)據(jù)看出，兩個(gè)方向的測量值均為W11，說明定向射線機(jī)在兩個(gè)方向上的對比靈敏度是相同的。試驗(yàn)中的周向射線機(jī)兩個(gè)方向的測量值也是相同的，均為W11，沒有發(fā)現(xiàn)不對稱對比靈敏度的問題。

圖4 像質(zhì)計(jì)擺放位置示意

圖5 透照布置示意

圖6 定向射線機(jī)透照影像

圖7 周向射線機(jī)透照影像

射線機(jī)類型單絲型像質(zhì)計(jì)雙線型像質(zhì)計(jì)垂直平行垂直平行定向射線機(jī)W11W11D8D9周向射線機(jī)W11W11D5D9

對于雙線型像質(zhì)計(jì)，定向射線機(jī)測量的兩個(gè)空間分辨率分別是D8和D9，證明定向射線機(jī)所測量的空間分辨率方向性不強(qiáng)；而周向射線機(jī)兩個(gè)方向的測量值分別是D5和D9，幾乎相差一倍。這表明周向射線機(jī)的不對稱焦點(diǎn)形狀導(dǎo)致了不對稱的空間分辨率測量值，證實(shí)了前文的分析。

3 結(jié)論

(1) 在常規(guī)膠片照相過程中，采用定向射線機(jī)及單絲像質(zhì)計(jì)測量對比靈敏度時(shí),周向及軸向幾何不清晰度不同的問題不明顯，但管道檢測爬行器采用錐靶周向射線機(jī)，其使用單絲像質(zhì)計(jì)，絲軸線垂直于焊縫，像質(zhì)計(jì)靈敏度是低于絲軸線平行于焊縫的，完全符合ASME V標(biāo)準(zhǔn)的“低靈敏度方向布置”要求。但是，在數(shù)字射線照相中，需要使用雙絲型像質(zhì)計(jì)測量圖像空間分辨率，通過試驗(yàn)可知，這種由于非對稱焦點(diǎn)形狀帶來的影響不容忽視，雙線型像質(zhì)計(jì)的擺放方向值得重視。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.14-2016中5.12.3條規(guī)定:測定數(shù)字圖像分辨率時(shí)，雙線型像質(zhì)計(jì)應(yīng)放在被檢工件的源側(cè)表面,且“b”值較大部位。附錄B中數(shù)字圖像分辨率測試條件中規(guī)定“雙線型像質(zhì)計(jì)放在被檢工件源側(cè)表面，透照條件與實(shí)際檢測條件一致”，只是規(guī)定了雙線型像質(zhì)計(jì)應(yīng)該放在哪的問題，沒有規(guī)定放置方向的問題。

(3) 根據(jù)分析及試驗(yàn)結(jié)果，筆者認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更加明確地規(guī)定雙線型像質(zhì)計(jì)的擺放方法，如直接規(guī)定雙絲應(yīng)平行焊縫放置，或者對于不同的擺放方向規(guī)定不同的圖像空間分辨率。

(4) 因?yàn)椴磺逦扰c焦點(diǎn)尺寸等有關(guān)，即與貼在射線源側(cè)或工件側(cè)有關(guān)，貼在工件側(cè)時(shí)，上述影響較小。試驗(yàn)中雙線型像質(zhì)計(jì)貼于射線源側(cè)，使用的是國產(chǎn)普通周向及定向射線機(jī)，不能代表全部實(shí)際情況。