X射線實時成像系統在壓力容器無損檢測中的應用

任文浩（江蘇省海韻機械制造有限公司，江蘇揚州 225261）

X射線實時成像系統在壓力容器無損檢測中的應用

任文浩
（江蘇省海韻機械制造有限公司，江蘇揚州 225261）

同傳統的射線照相法相比，X射線實時成像的檢測原理發生了較大變化。傳統射線照相法是將穿過工件的X射線在膠片上感光，通過在暗室內顯影，定影來將影響顯示在底片上，得到的圖像是靜止不動的，而X射線實時成像檢測系統式將穿過工件的X射線經圖像增強器、CCD攝像系統以及計算機轉換成一幅圖像，這種圖像是可以動態調節的，電壓、電流等參數實時可調，同時計算機可對動態圖像進行積分降噪、對比度增強等處理，以得到最佳的靜態圖像。X射線實時成像技術具有操作簡單，高效、結果直觀、精確、成本低的優點。圖像的靈敏度和清晰度是X射線實時成像檢測技術的重要特征，本文總結了提高X射線實時成像檢測圖像的一些有效方法。

實時成像 射線檢測 靈敏度 清晰度

1 檢測系統的組成

1.1 X射線機

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

1.2 圖像增強器

X射線實時成像系統可以根據檢測需要選擇1.6in圖像增強器和9in圖像增強器。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射線數字化實時成像檢測設備系統綜合性能用系統分辨率來表示，它反映的是系統綜合性的固有分辨率或固有不清晰度。按照標準，系統分辨率應≥14 LP/cm。按照我公司目前配置設備的性能，系統綜合分辨率遠大于標準規定，這為提高檢測圖像質量提供了可靠的設備保證。

1.3 CCD攝像機

系統組成：平行光鏡頭；可變鏡頭；CCD射線機；電源；輸出電纜。

技術參數：1024*1024有效像素；+12V工作電源；10-12Bit動態范圍。

1.4 圖像處理系統

計算機通過圖像采集卡實時監測，由CCD攝像機傳輸到數字信號，并可以根據檢測的需要選擇動態檢測和靜態檢測。在靜態檢測中，系統實現了去噪聲、圖像增強、偽彩色、負像、缺陷區域檢測、缺陷尺寸測量、圖片存儲于查詢、報表打印等X射線探傷中常用的典型功能；在動態顯示系統中實現了實時負像、實時偽彩、實時銳化、動態實時存儲和回放功能。系統具有靜態檢測靈敏度高和動態智能化以及方便可靠等優點。

2 影響圖像質量的因素

影響實時成像檢測系統的因素有很多，主要有透照電壓、電流、像素、不清晰度、放大倍數、焦距等。

2.1 電壓

同射線照相法相比，實時成像系統不需要曝光過程，只要X射線能穿過工件到達圖像增強器即可，為了防止過大的電壓損壞設備，在檢測過程中可以緩慢地升高電壓，通過像質計的絲徑來判斷達到最佳效果。

2.2 電流

檢測過程中當電流較小時，圖像非常暗淡而無法識別，反之，電流過大時，圖像成一片亮色也無法識別。這是因為當入射的射線強度較小時，圖像增強器輸入屏被激發的電子數量太少，故輸出的可見圖像亮點就小。反之，入射強度過大，則圖像愈亮。所以電流要控制在某一數值范圍，通常選擇3-5毫安比較合適。

實驗表明，隨著管電壓和管電流的增大，圖像亮度有較大的增加，能看到的像質計絲徑越細，靈敏度提高，圖像質量也得到了提高。圖像質量好，圖像上能反映工件缺陷的影像就容易識別。

2.3 像素

像素是有檢測系統決定的，一般為1024*1024，像素越高，圖像越清晰。

2.4 不清晰度

檢測系統監視器屏幕的圖像是由許多灰度等級不同的像素組成，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。根據射線檢測的理論，總的不清晰度Ut與幾何不清晰度Ug和固有不清晰度Ui之間存在以下關系：

2.5 放大倍數

在實時成像檢測中，圖像增強器不可能緊貼著被檢工件，因此，所得檢測圖像必然會被放大。當X射線源焦點尺寸很小時，圖像放大倍數M為：

實驗結果表明，圖像放大，圖像不清度減小，有利于提高與影像細節尺寸有關的圖像有效清晰度Ue。

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

2.6 焦距

焦距對圖像幾何清晰度和靈敏度的影響起著很大作用，根據平方反比定律得知隨著焦距增大，到達圖像增強器的電子數量減少，促使圖像的清晰度和靈敏度降低。雖然可以通過提高管電壓和電流來彌補，但是這又會使焦點發熱嚴重，如果冷卻不好，焦點很容易燒壞。

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

3 實際應用

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，然后用照相法和實時成像法進行檢測比較，結果表明完全能滿足JB/T4730的像質要求，圖像達到了相關標準規定的要求。對試樣中的缺陷進行比較，結果表明兩種方法檢測符合率未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現。

4 實時成像圖像和射線照相圖像對比

X射線實時成像檢測圖像質量可與和傳統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、負象隨意翻轉，觀察時可以通過改變電壓來調節圖像灰度來觀察缺陷，非常方便。實時成像系統不需要膠片，故不需要洗片，不必產生廢水而污染環境。實時成像圖像可以通過刻錄光盤來實現永久保存，一帳光盤可以保存數千張圖像。實時成像系統也可在安裝必要軟件后實現錄像功能，一次保存整條焊縫的影像數據。

5 應用

通過實驗已經表明X射線實時成像檢測技術與X射線照相法在檢測結果上是可以等效的，用它可以代替射線照相法，因此，具有巨大的應用前景，尤其是對一些形狀簡單，批量大或流水線上的產品進行檢測特別適合，例如：壓力容器、壓力管道、氣瓶等主焊縫。可以預見，不久的將來，X射線實時成像檢測技術會在更多領域得到應用。

［1］GB/T19293-2003，對接焊縫X射線實時成像檢測法.

［2］JB/T4730.2-2005，承壓設備無損檢測第2部分，射線檢測.