隨著數(shù)字成像技術(shù)的不斷發(fā)展, 數(shù)字化X 射線照相檢測技術(shù)越來越多地出現(xiàn)在工業(yè)射線無損檢測中。目前工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的數(shù)字成像技術(shù)主要分為便攜式DR(Digi tal Radio graphy)與CR(ComputerRadiog raphy)兩大類。筆者將主要介紹便攜式DR與CR 成像在焊縫檢測中的應(yīng)用, 并在中國特種設(shè)備檢測研究院射線實驗室進行試驗對比。
1 便攜式DR 基本工作原理及特點
采用以色列Vidisco V-FR 非晶硅平板高性能X 射線數(shù)字實時成像檢測系統(tǒng), 其結(jié)構(gòu)包括:非晶硅超薄成像板、成像控制單元、控制顯示單元、操作系統(tǒng)、Window s XP 系統(tǒng)軟件、成套電纜及拉桿輪式耐用系統(tǒng)運載箱等。
非晶硅(amorpho us si licon)探測器是一種基于非晶硅(α-Si)光電二極管集成技術(shù)研發(fā)的射線數(shù)字探測器, 其基本工作原理如圖1 所示。當(dāng)含有信息的X 射線入射到閃爍體材料碘化銫(CsI)后, 閃爍體發(fā)出與所吸收X 射線成比例的可見光, 然后由下一層非晶硅材料的光電二極管接收這些可見光并轉(zhuǎn)換為電荷信號, 最后經(jīng)最底層的電荷讀出電路將每個光電二極管所發(fā)射的電荷信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,送入計算機處理, 產(chǎn)生數(shù)字圖像[ 1 -2] 。射線數(shù)字探測器克服了基于CCD 的射線面陣成像系統(tǒng)的邊緣幾何畸變問題, 在整個成像區(qū)具有高且均勻的靈敏度和分辨率、較大的動態(tài)范圍以及較大的成像面積,因而可以顯著降低射線劑量, 并且無需光學(xué)器件, 對射線成像直接進行數(shù)字轉(zhuǎn)換。
筆者采用大尺寸非晶硅陣列圖像探測器, 成像板厚13 mm , 像素尺寸為127 μm , 一次成像面積為223 mm ×216 mm , 具有14 位(16 384 階灰度)的動態(tài)范圍, 3 .5 Lp/mm 的分辨率。
2 CR 基本工作原理及特點
選用德國PROTEC 公司CR 35 NDT 工業(yè)CR系統(tǒng)。CR 作為一種先進的成像技術(shù), 采用一種含有微量元素銪的鋇氟溴化合物結(jié)晶制成成像板(Imaging Plate 簡稱IP), 代替?zhèn)鹘y(tǒng)X 射線照相技術(shù)所使用的膠片。成像時將透過物體的X 射線影像信息記錄在由輝盡性熒光物質(zhì)制成的IP 上, IP 感光后在熒光物質(zhì)中形成潛影, 將帶有潛影的IP 置入讀出器中, 用激光束進行精細掃描讀取, 使存儲信號轉(zhuǎn)換成光信號, 再用光電倍增管轉(zhuǎn)換成電信號, 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后, 輸入計算機處理, 形成高質(zhì)量的數(shù)字圖象[ 3 -4] 。成像過程如圖2 所示。經(jīng)過擦除裝置擦除后, 存儲在IP 板上的信息消失, IP 可以重復(fù)使用。一般情況下, IP 可重復(fù)使用達5 000 次以上, 目前應(yīng)用在醫(yī)學(xué)成像上比較多。
CR 讀出裝置的空間分辨率可調(diào), 最高分辨率可達20 Lp/mm , 使用的像素點大小為100 μm , 具有5 Lp/mm 的分辨率。成像板選用富士10 mm ×24 mm成像板, 在1 ∶10 000 范圍具有良好的線性。
3 焊縫檢測
以12 mm 厚的鋼板對接焊縫為例, 在DR 成像中, 選擇脈沖X 射線源和連續(xù)X 射線源兩種成像方式, 檢測結(jié)果如圖3 所示。圖3 中脈沖源電壓為270 kV , 脈沖個數(shù)為99 ;連續(xù)源電壓為125 kV , 電流2 mA , 曝光時間4 s ;圖3(a)和(c)為經(jīng)過5 幅疊加后的圖像, 以消除隨機噪聲;圖3(b)和(d)為經(jīng)過銳化后的圖像。圖4 為CR 使用連續(xù)源獲得的焊縫圖像, 電流2 .0 mA , 曝光時間25 s , 其中圖4 (a)電壓為125 kV , 圖4(b)為電壓130 kV 。
從圖3 中可以看出, 使用連續(xù)源獲得的圖像比使用脈沖源獲得的圖像效果要好一些, 圖像的細節(jié)更為清楚。圖4(a)中使用與圖3 相同的電壓和電流, 可以看出圖3 的缺陷信息更容易分辨。在加大電壓后, 圖4(b)較圖4(a)更清楚一些.
CR 系統(tǒng)由于自身的結(jié)構(gòu), 在受到X 射線照射時, 成像板中的發(fā)光粒子使X 射線存在散射, 引起潛影模糊;在讀出潛影過程中, 激光掃描儀的激光在透過成像板的深層時發(fā)生散射, 沿著路徑形成受激熒光, 使圖像模糊, 降低了圖像分辨力。
便攜式DR 系統(tǒng)中由于閃爍體固有的特點, 減少了可見光的彌散, 輸出的光子多, 使得空間分辨率得以提高[ 5] ;同時閃爍體與光電二級管面板緊貼耦合, 有效地提高了射線光子轉(zhuǎn)換效率與積分成像的對比度;并將光電子積累電荷圖像實時地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行傳輸, 有效地抑制了傳輸噪聲。便攜式DR 系統(tǒng)采集過程中采用了系統(tǒng)默認的自動2 幀圖像疊加, 有效地降低了隨機噪聲。
綜上所述, 由于X 射線檢測焊縫圖像自身的特點及受各種硬件的制約, 相比于CR 成像系統(tǒng), 在未進行后續(xù)軟件處理之前, 便攜式DR 系統(tǒng)已經(jīng)有效地抑制了圖像噪聲, 使得圖像質(zhì)量得以改善.
圖1
圖2
