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文檔簡介
1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要: 根據(jù)射線檢測的基本理論,推導(dǎo)出X射線實(shí)時(shí)成像檢測圖像的最佳放大倍數(shù)和最小檢出缺陷公式,對實(shí)時(shí)成像檢測工藝具有指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞:實(shí)時(shí)成像;檢測;最佳放大倍數(shù);最小檢出缺陷引言X射線實(shí)時(shí)成像檢測技術(shù)作為一種新的無損檢測技術(shù),現(xiàn)已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。為進(jìn)一步探討X射線實(shí)時(shí)成像理論,本文僅對檢測圖像的最佳放大倍數(shù)和可檢出最小缺陷問題作些分析。1.圖像放大的必然性和必要性1.1圖像放大的必然性在射線膠片照相探傷工藝中,膠片是緊貼探傷工件背面的,所拍攝底片影像的大小與工件檢測部位的大小幾乎是一致的;然而在X射線實(shí)時(shí)成像檢測中,圖像增強(qiáng)器(或成像板)是金屬殼體器具,其輸入屏不
2、可能象膠片那樣緊貼在被檢測工件的表面上,工件只能置于X射線源(焦點(diǎn))至圖像增強(qiáng)器(或成像板)之間的某一位置。根據(jù)幾何投影的原理,成像平面上得到的測檢圖像必然是放大的,放大的程度取決于X射線源(焦點(diǎn))至檢測工件表面的距離和檢測工件表面至成像平面的距離。當(dāng)X射線源焦點(diǎn)尺寸很小時(shí),根據(jù)相似三角形定理,圖像放大倍數(shù)M為:式中:M 圖像放大倍數(shù)L1 X射線源至檢測工件表面的距離L2 檢測工件表面至成像平面的距離1.2 圖像放大的必要性在X射線膠片照相探傷工藝中,膠片曝光實(shí)質(zhì)是一定的光量能量子在較長曝光時(shí)間內(nèi)連續(xù)積累的過程,底片黑度可以通過調(diào)節(jié)曝光量和顯影技術(shù)得到控制。由于膠片乳劑顆粒(相對于顯示器中的像
3、素而言)非常細(xì)微,它對射線照相底片質(zhì)量的改善具有先天性的有利條件,通過控制射線源尺寸和透照距離,能夠獲得較高質(zhì)量的底片。在X射線實(shí)時(shí)成像檢測中,由于圖像的截體 顯示器的像素較大(相對于膠片的乳劑顆粒而言),因而圖像的質(zhì)量受到較大的影響。采取圖像放大技術(shù),可以彌補(bǔ)成像器件光電轉(zhuǎn)換屏的熒光物顆粒度較大和顯示器像素較大的先天不足,有利于提高X射線實(shí)時(shí)成像的圖像質(zhì)量。圖像放大后,檢測工件的影像得到放大,工件中細(xì)小缺陷的影像也隨之放大,因而變得容易識別;同時(shí),由于圖像放大,圖像分辨率得到提高,圖像不清晰度隨之下降,有利于圖像質(zhì)量的改善,其改善的效果可由下式表達(dá):式中:U0 圖像放大后的不清晰度U 圖像的
4、總不清晰度2 圖像不清晰度問題根據(jù)射線檢測的經(jīng)典理論,圖像的總不清晰度(U)受固有不清晰度(Ui)和幾何不清晰度(Ug)以及移動不清晰度的綜合影響,當(dāng)采取靜止成像時(shí),移動不清晰度可不予考慮??偟牟磺逦龋║)與固有不清晰度(Ui)和幾何不清晰度(Ug)之間的關(guān)系不是簡單的算術(shù)相加關(guān)系,其關(guān)系可用下式來表達(dá):式中:Ui 系統(tǒng)固有不清晰度Ug 圖像幾何不清晰度系統(tǒng)固有不清晰度(Ui)由X射線實(shí)時(shí)成像檢測系統(tǒng)(設(shè)備)所決定,主要受成像器件轉(zhuǎn)換屏材料的顆粒度和顯示器像素大小的影響。當(dāng)X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)(設(shè)備)的配置確定之后,系統(tǒng)的固有不清晰度就隨之確定。系統(tǒng)固有不清晰度的量值可以用圖像分辨率測試卡直接
5、測試出來,因此在檢測工藝計(jì)算時(shí),將系統(tǒng)固有不清晰度作為已知條件。幾何不清晰度(Ug)由成像的幾何條件決定。由于焦點(diǎn)并非是真正的“點(diǎn)”,而是具有一定尺寸的平面, 根據(jù)幾何投影的原理,X射線在檢測工件的邊緣會產(chǎn)生半影,半影的寬度Ug即為幾何不清晰度。式中:d X射線源焦點(diǎn)尺寸通常認(rèn)為幾何不清晰度是不可靠的,它會使圖像的邊界影像變得模糊,因此,在實(shí)時(shí)成像工藝中,應(yīng)盡量減小幾何不清晰度圖像放大對圖像質(zhì)量的影響是有利有弊。由公式(1)可知,隨著圖像放大倍數(shù)的增大,圖像不清晰度減小,有利于圖像質(zhì)量的提高,如圖3曲線1所示;但是,根據(jù)公式(4),隨著圖像放大倍數(shù)的增大,圖像的幾何不清晰度也隨之增大,不利于圖
6、像質(zhì)量的改善,如圖3曲線2所示,兩條曲線的交匯點(diǎn)對應(yīng)的Mopt則表示成像工藝中所追求的最佳放大倍數(shù)。3 最佳放大倍數(shù)由公式(2)和公式(3)得到:上式為復(fù)合函數(shù),令= ,d為常數(shù),對M求Ug的偏導(dǎo)數(shù):令 ,即 解方程,得到求f(M)的二階導(dǎo)數(shù),得到f(M0)0 ,根據(jù)極值判定準(zhǔn)則,則函數(shù)f(M)有最小值;f(M)函數(shù)有最小值令Mopt =M ,則得到Mopt表示實(shí)時(shí)成像檢測工藝中的最佳放大倍數(shù)。4 可檢出的最小缺陷尺寸假設(shè)工件內(nèi)有一缺陷,缺陷的寬度(x)小于焦點(diǎn)的寬度d,即xd,當(dāng)缺陷的寬度足夠小時(shí),根據(jù)幾何投影的原理,缺陷在成像平面上的本影縮小成為一點(diǎn),此
7、缺陷不可能被檢測出來:假設(shè)缺陷的高度(T)等于缺陷的寬度,即T =x,那么由此缺陷邊緣所引起的幾何不清晰度可改寫為:在一般情況下,為了得到更佳的清晰度,則應(yīng)大于,即:在更一般情況下,即在同時(shí)考慮幾何不清晰度和系統(tǒng)固有不清晰度的情況下,則上式可改寫為:在圖像放大情況下,可檢出缺陷尺寸為上式表示,在X射線實(shí)時(shí)成像檢測中,可檢出缺陷尺寸由檢測圖像的不清晰度與放大倍數(shù)所決定。圖像的不清晰度(U0)可用分辨率測試卡直接測試出數(shù)值。在缺陷尺寸很小的情況下,圖像最佳放大倍數(shù)M0tp可改寫為:那么,在最佳放大倍數(shù)條件下,可檢出的最小缺陷尺寸為:5 公式的指導(dǎo)作用最佳放大倍數(shù)和可檢出最小缺陷尺寸公式對于X射線實(shí)
8、時(shí)成像檢測工藝具有指導(dǎo)作用。在系統(tǒng)的設(shè)備確定之后,系統(tǒng)固有不清晰度和射線管的焦點(diǎn)尺寸是已知條件,用公式(5)可計(jì)算出最佳放大倍數(shù)。例如,某X射線實(shí)時(shí)成像檢測系統(tǒng),用分辨率測試卡測出其系統(tǒng)固有不清晰度為0.28mm,已知焦點(diǎn)尺寸為0.4mm,計(jì)算出最佳放大倍數(shù)為1.6,在制訂檢測工藝時(shí),令檢測放大倍數(shù)等于最佳放大倍數(shù),根據(jù)檢測工件的透照厚度和透照K值,選擇焦距和透照參數(shù)及其他因素(如散射線的屏蔽),則檢測工藝很快可確定下來。6 小焦點(diǎn)的作用及其制約因素從公式(4)和(5)可以看出,在確定幾何不清晰度和最佳放大倍數(shù)時(shí),X射線源的焦點(diǎn)尺寸是很重要的參數(shù),焦點(diǎn)尺寸減小可以使放大倍數(shù)增加,有利于改善圖像質(zhì)量。從公式(5)和(6)可以看出,減小焦點(diǎn)尺寸能夠檢出更小的缺陷,有利提高X射線實(shí)時(shí)成像檢測的可靠性。但是,焦點(diǎn)尺寸減小意味著X射線強(qiáng)度減小,這會使檢測圖像的亮度和對比度下降,不利于圖像的觀察。據(jù)X射線探傷機(jī)制造廠商稱:按照目前的技術(shù)水平,制造高管電壓、微小焦點(diǎn)的X射線探傷機(jī)還比較困難,如果冷卻不好,小焦點(diǎn)很容易被“燒壞”。目前探傷機(jī)廠能夠提供的小焦點(diǎn)X射線探傷機(jī)是:160 kV恒壓式X射線系統(tǒng),焦點(diǎn)尺寸 0.4mm×0.4mm;225 kV恒壓式X射線系統(tǒng),焦點(diǎn)尺寸0.8mm×0.8mm;320 kV恒壓式X射線系統(tǒng),焦點(diǎn)尺寸1.2mm×1.2mm;45
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