x射线实时成像电流电压如何调整

x射线实时成像电流电压如何调整

X射线照相法操作简单,结果显示直观,是企业常用的无损检测方法之一.但该方法检测成本高,检测图像不能动态可调,因此目前国外已普遍采用X射线实时成像系统和工业CT 成像系统.X 射线照相法是使用最广泛的无损探伤方法,仅胶片一项,每年就需要十几万元,而X 射线实时成像系统的检测费用还不及照相法的1 % ,每年节约成本在十万元以上.但该系统价格昂贵,一次成本高,以及技术标准不全面等原因,限制了其在国内的普及和使用.从长远利益出发,为降低生产成本,提高产品质量,引进了一套飞利浦X 射线实时成像系统,该系统由飞利浦MG325 X 射线系统,XRS232 型图像增强器和PXV2200 型图像处理系统组成. 同传统照相法相比,X 射线实时成像的检测原理变化很大.传统照相法是将穿过零件的X 射线在胶片上感光,根据胶片的灰白程度判定零件内部质量,得到的图像是静态不可调的.而X 射线实时成像系统是将穿过零件的X 射线经图像增强器,CCD(电荷耦合器件) 摄像系统以及计算机转换成一幅数字图像,这种图像是动态可调的,电压,电流等参数实时可调,同时计算机可对动态图像进行积分降噪,对比度增强等处理,以得到最佳的静态图像. X射线实时成像在国外应用比较成熟,而国内近几年才有应用,技术经验还不很成熟,相关的技术标准还很欠缺,这些因素一直影响着该系统的推广应用.国外相关技术资料和国内的应用经验表明,2.0~30mm 厚金属材料的实时成像检测灵敏度已接近或超过了照相法,但过薄和过厚两个极限厚度的灵敏度与照相法还有差距.实时成像实际应用的瓶颈问题是如何使实时成像系统符合"三度四性"(三度指厚度灵敏度,清晰度和像质计灵敏度,四性指环境适应性,周期连续性,规格覆盖性和机械传动性)的要求,尽可能使该系统完全适用于各种零件的检测;同时根据试验研究,结合现行标准,在不降低标准要求的前提下,实现产品的在线检测. 1 影响像质的因素 1. 1 参数 影响实时成像的参数很多,主要因素有像素,对比度,不清晰度,分辨力,放大倍数和透照电压. 1. 1. 1 像素 像素是由系统决定的,一般为512 ×512 ,像素越高,图像越清晰. 1. 1. 2 对比度 对比度一般直接在微机上测出.设某一点的灰度为M ,背景灰度为N ,则对比度C = M - N .试 验表明,对比度40~210 效果最佳. 1. 1. 3 不清晰度 不清晰度是指一条明锐的棱边在成像后变得模糊并扩展成一区域的宽度.不清晰度直接影响图 像质量,不清晰度过大, 得到的图像模糊不清, 操作人员无法读取缺陷.如图1 所示, Ug 为焦点引起 的几何不清晰度,L1 表示焦点到工件的距离, L2 表示工件到图像增强器的距离,则放大倍数M 为 设图像增强器的不清晰度为Ui ,图像传输到计算机后的总不清晰度U 为 图1 零件透照图 图像增强器不清晰度Ui 一般固定不变,试验测得Ui = 0. 5~0. 7mm.为得最佳图像效果,降低总 不清晰度,放大倍数不宜过大,焦点尺寸越小越好. 1. 1. 4 图像分辨力 图像分辨力在数值上等于不清晰度的倒数,它主要与以下几个因素有关. (1) 所选用的图像增强器和摄像系统. (2) 对比度,当对比度 40. 1. 1. 5 放大倍数 放大倍数M 是实时成像的密度灵敏度和不清晰度的重要影响因素.采用飞利浦三视野图像增强 器,320kV(1. 2mm ×1. 2mm 焦点) X 射线管,X 射线管到图像增强器的距离L = 1 000mm ,对厚度 T 分别为5 ,10 ,15 ,20mm的钢件在不同放大倍数M 下用线型像质计测量密度灵敏度S ,结果见表 1. 表1 灵敏度S 与厚度T 和放大倍数M 的关系 由表1 可见,当放大倍数> 2 时,灵敏度数值增大,实际灵敏度反而降低,因此采用过大的放大倍数 对于灵敏度的提高没有太大意义.最佳放大倍数Mo 由图像增强器的固有不清晰度Ui 和射线源尺 寸d 决定,由Mo = 1 + ( Ui/ d) 3/ 2计算可得, Mo 在1. 2~1. 5 时,综合考虑放大倍数与密度灵敏度, 不清晰度之间的关系以及现场的情况,对于1. 2~4. 0mm的焦点建议放大倍数介于1. 0~3. 0 ,此时 能满足零件灵敏度的要求,动态灵敏度 2 % ,满足无损检测有关标准和实际使用 要求. 1. 1. 6 透照电压 照相检验中为得到一定黑度的底片,胶片必须经过曝光,曝光量在数值上等于电流和时间的乘积; 而实时成像无需曝光过程,只要X 射线穿过零件就能在显示器上成像,因此对实时成像系统来讲,研究 曝光量没有多大的实际意义. 为防止过强的射线对图像增强器的损害,在透照过程中,电压应从零缓慢升起,直到能看清楚每个 细节为止. 1. 2 灵敏度 1. 2. 1 与照相法的比较 制作了具有代表性的焊接试样,在各试样的焊缝部位加工了生产中可能产生的缺陷,然后用照相 法和实时成像法进行检测,结果如表2 所示(缺陷按航标进行评定) . 试验表明,该实时成像系统在焊缝检测上可达到照相法的水平,对7mm 30CrMnSiA 钢板对接焊 缝的探伤水平超过了传统照相法,此外,该系统还具有多幅图像叠加功能,减少了X 射线漫反射等干扰 因素对成像的影响,提高了系统发现缺陷的能力. 1. 2. 2 图像叠加对灵敏度的影响 采用丝型像质计,1. 2mm ×1. 2mm 焦点尺寸,228. 6mm(9in) 图像增强器,放大倍数M = 3 的试 验条件,分别对厚度为20 ,40 ,60 ,80 ,100 ,120 ,140 和160mm的铝合金及厚度为 5 ,10 ,15 ,20 ,25 ,30 ,35 和40mm 的碳钢进行灵敏度试验,结果如表3 和表4 所示. 从表3 和表4 可见,通过多幅图像叠加,可显著提高灵敏度,叠加的幅数要适中,过少达不到降噪 效果,灵敏度提高不明显;过多叠加时间长,效率降低.试验证明,图像叠加幅数在25~50 有最佳效果. 2 实时成像检测工艺规程的编制 经大量试验研究,结合国内外一些应用经验,根据产品自身特点,在不降低现用标准的基础上,编制 了X射线实时成像检测工艺规程,该规程经长期的修订和补充,现已成功应用于实际在线检测. 表3 铝合金材料图像叠加对灵敏度的影响 表2 焊接件检测结果 表4 碳钢材料图像叠加对灵敏度的影响 X射线实时成像检测规程共包括17 个章节,对范围,引用标准,定义,人员要求,X射线实时 成像系统,检测环境,图像处理,图像质量,成像技术,工艺评定,检测方法,图像观察,图像评 定,缺陷等级评定,检测报告及保存,射线防护以及工艺文件等方面进行了规定和限制,有效保证了 X 射线实时成像检测系统对产品质量的控制. 3 巩固措施 实际检测中的零件缺陷具有不可预见性,遇到典型缺陷,应详细记录并录入缺陷图集.加强经验交 流.X射线实时成像检测是一项高新应用技术,需不断研究和交流加以完善. 4 结论 应用研究表明,X 射线实时成像系统的灵敏度达到了照相法的水平,在有些零件的检测上比传统 照相法有更高的检出率和灵敏度. X射线实时成像检测系统实现了检测图像动态可调,能从多个角度观察缺陷,增加了检测结果的 可靠性,避免了错判和漏判.此外,通过多幅图像叠加,增强对比度,放大细节等图形处理方法对图像 进行调整,可方便准确地评定缺陷细节. X射线实时成像检测系统是现代科技发展的产物,它将计算机图像处理系统和传统照相法有机结 合,使X射线探伤上升到一个更高的层次,可实现质量控制的智能化和自动化,减少各干扰因素对试验 结果的影响. 经过研究和印证,X 射线实时成像检测系统完全可以应用于零件的实时在线检测,能提高产品质 量和生产效率,为企业创造大的经济效益.