隨著數字成像技術的不斷發展, 數字化X 射線照相檢測技術越來越多地出現在工業射線無損檢測中。目前工業應用領域內的數字成像技術主要分為便攜式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用, 并在中國特種設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 射線數字實時成像檢測系統, 其結構包括:非晶硅超薄成像板、成像控制單元、控制顯示單元、操作系統、Window s XP 系統軟件、成套電纜及拉桿輪式耐用系統運載箱等。
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研發的射線數字探測器, 其基本工作原理如圖1 所示。當含有信息的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換為電荷信號, 最后經最底層的電荷讀出電路將每個光電二極管所發射的電荷信號轉換為數字信號,送入計算機處理, 產生數字圖像[ 1 -2] 。射線數字探測器克服了基于CCD 的射線面陣成像系統的邊緣幾何畸變問題, 在整個成像區具有高且均勻的靈敏度和分辨率、較大的動態范圍以及較大的成像面積,因而可以顯著降低射線劑量, 并且無需光學器件, 對射線成像直接進行數字轉換。
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CR系統。CR 作為一種先進的成像技術, 采用一種含有微量元素銪的鋇氟溴化合物結晶制成成像板(Imaging Plate 簡稱IP), 代替傳統X 射線照相技術所使用的膠片。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制成的IP 上, IP 感光后在熒光物質中形成潛影, 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, 使存儲信號轉換成光信號, 再用光電倍增管轉換成電信號, 經A/D轉換后, 輸入計算機處理, 形成高質量的數字圖象[ 3 -4] 。成像過程如圖2 所示。經過擦除裝置擦除后, 存儲在IP 板上的信息消失, IP 可以重復使用。一般情況下, IP 可重復使用達5 000 次以上, 目前應用在醫學成像上比較多。
CR 讀出裝置的空間分辨率可調, 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X 射線源兩種成像方式, 檢測結果如圖3 所示。圖3 中脈沖源電壓為270 kV , 脈沖個數為99 ;連續源電壓為125 kV , 電流2 mA , 曝光時間4 s ;圖3(a)和(c)為經過5 幅疊加后的圖像, 以消除隨機噪聲;圖3(b)和(d)為經過銳化后的圖像。圖4 為CR 使用連續源獲得的焊縫圖像, 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 系統由于自身的結構, 在受到X 射線照射時, 成像板中的發光粒子使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換成數字信號進行傳輸, 有效地抑制了傳輸噪聲。便攜式DR 系統采集過程中采用了系統默認的自動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, 在未進行后續軟件處理之前, 便攜式DR 系統已經有效地抑制了圖像噪聲, 使得圖像質量得以改善.
圖1
圖2
