某型飛機鑄鋁件的數(shù)字化射線檢測

張海兵，孫金立

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，青島 266041）

隨著鑄造業(yè)的發(fā)展，鋁合金壓鑄件在航空制造業(yè)的應(yīng)用不斷拓寬，有資料表明，工業(yè)發(fā)達國家在飛機制造方面用鋁合金鑄件代替鋼鐵鑄件正成為發(fā)展趨勢。

鑄鋁作為航空材料具有以下優(yōu)點：①密度小、強度高。鑄鋁的密度為2 700kg／m3，約為鋼材密度的1／3。但是常用鑄鋁材料的屈服強度通常為200 MPa左右。采用鑄鋁代替鋼材，可以減少飛機的自重。②耐腐蝕性好，尤其適用于有較強腐蝕環(huán)境的沿海地區(qū)，減少了后期的維護費用。③鑄鋁材料無磁。適用于航天航空、天文及雷達站等有特殊要求的場合。

1 數(shù)字射線檢測技術(shù)原理與優(yōu)勢

數(shù)字射線平板檢測系統(tǒng)包括X 射線管、平板探測器、數(shù)據(jù)采集處理單元、計算機圖像處理存儲傳輸系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)等。平板探測器主要由碘化銫閃爍晶體、光電二極管陣列、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。X射線閃爍晶體材料安裝在二極管陣列表面，二極管陣列與圖像采集系統(tǒng)連接，可直接將數(shù)據(jù)送入計算機進行處理和存儲。當(dāng)射線穿過被檢測物體后攜帶了物體內(nèi)部的組成信息，閃爍晶體將其吸收的X 光信號轉(zhuǎn)換成可見光信號，再通過低噪聲光電二極管陣列吸收該可見光，并轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過低噪聲讀出電路，將每個像素的數(shù)字化信號傳送到圖像處理器，由計算機將其集成為X 射線影像。

數(shù)字X 射線成像系統(tǒng)在圖像傳輸和成像品質(zhì)方面有其不可替代的優(yōu)勢，如：檢測效率高，可降低輻射劑量；即拍即評，可保證工程連續(xù)性，縮短檢測周期；不存在暗室處理過程，避免污染物排放，符合綠色無損檢測理念；計算機輔助評定，提高缺陷檢出率；數(shù)字化管理，便于檢測影像存儲、分析與查詢等。

2 檢測設(shè)備與透照布置

檢測設(shè)備選取和透照布置均依據(jù)GJB 5346－2005《射線實時成像檢測方法》國家軍用標(biāo)準(zhǔn)實施。

筆者選用比利時ICM 公司CP1201 數(shù)字射線檢測設(shè)備如圖1（a），其主要技術(shù)特性參數(shù)：管電壓為40～120kV；管電流為0.1～1.5mA；焦點尺寸為0.25mm×0.5mm。

選用以色列維迪斯科非晶硅超薄平板成像傳感器如圖1（b），其主要技術(shù)特性參數(shù)：尺寸為360mm×330mm×13mm；成像面積為223mm×216mm；空間分辨率為3.5lp／mm（線對／毫米）；圖像傳感器種類為大尺寸非晶硅陣列；動態(tài)范圍為14位（16384灰度）。

圖1 檢測設(shè)備

其它透照參數(shù)選擇：數(shù)字實時成像質(zhì)量：像質(zhì)計靈敏度達到AB級要求。安全距離：使用RAD－60R個人計量儀測試，40°角定向發(fā)射，射線發(fā)射方向安全距離30m，背面6m。

透照布置如圖2所示。

為了得到清晰的檢測影像和準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，筆者通過鋁的曝光曲線和鑄鋁合金的等效厚度參數(shù)（被檢鑄鋁件厚度為4 mm），確定了三組參數(shù)進行檢測，如表1所示。

圖2 透照布置

表1 射線檢測主要參數(shù)

3 檢測結(jié)果分析

檢測過程使用有線連接，得到的檢測圖像如圖3所示：

圖3（a）明顯存在曝光過度，整體影像黑度較大，疲勞裂紋影像不明顯；圖3（b）曝光量適中，像質(zhì)計圖像清晰，疲勞裂紋圖像明顯；圖3（c）曝光不足，雖然能夠辨識疲勞裂紋圖像，但圖像邊緣模糊，清晰度低。

利用圖3（b）進行線輪廓分析，在圖4（a）中白色直線方向進行分析，可以得出圖4（b）。從圖4（b）中可以看出，像質(zhì)計和疲勞裂紋處都出現(xiàn)了強烈的像素強度變化。利用軟件的測量功能，可以準(zhǔn)確地對缺陷定位以及計算裂紋長度。

經(jīng)對比，采用曝光時間0.6s，焦距60cm 比較適合該鑄鋁合金的射線檢測。

圖3 射線檢測圖像

4 對比度增強技術(shù)

上述檢測圖像均為平板探測器傳輸?shù)淖钤嫉膱D像，沒有經(jīng)過任何的圖像處理過程，而且在檢測過程中對散射線也未采用濾除方法。實際檢測時，數(shù)字化圖像轉(zhuǎn)換設(shè)備中的電子放大器、圖像傳感器、傳輸機構(gòu)等都會添加相應(yīng)的噪聲，背面散射線也會對檢測結(jié)果造成影響，這對原本不是太清晰的圖像來說又增加了模糊的因子。主要表現(xiàn)在：①對比度較低，圖像灰度集中，在圖像中尋找目標(biāo)困難。②邊緣模糊，灰度變化緩慢，起伏較小。③噪聲干擾較大。

因此為得到更加清晰的顯示效果，必須運用特殊的圖像處理方法，根據(jù)圖像質(zhì)量的性質(zhì)，選擇性地加強圖像的一些信息，抑制另一些信息，改善圖像質(zhì)量。在該鑄件的檢測圖像處理方面，筆者主要采用了對比度增強的方法。

對比度是指被檢測試件的厚度或密度變化引起膠片黑度或密度的變化，進而引起膠片黑度或數(shù)字圖像亮度的變化差異。增強圖像的對比度實際上就是增強圖像的反差，使圖像的細(xì)節(jié)更加明顯，層次分明，以使從射線圖像中能夠獲得更多的信息。

4.1 灰度線性變換

首先采用的方法為灰度線性變換，分析過程如下：

若D′＝T（D）是一個線性單值函數(shù)，由它確定的灰度變換稱為灰度線性變換，也稱為線性變換。

設(shè)圖像灰度值D＝f（x，y）可能的值域為［Dmin，Dmax］，其表達式為：

灰度線性變換時，將圖像中每個像素的灰度值根據(jù)變換曲線進行映射，結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，在原始圖像中極不明顯的疲勞裂紋也能清晰地呈現(xiàn)出來。

4.2 浮雕增強技術(shù)

浮雕增強是常用的增強處理方法，實現(xiàn)圖像浮雕效果的一般原理是，將圖像上每個像素點與其對角線的像素點形成差值，使相似顏色值淡化，不同顏色值突出，產(chǎn)生縱深感，達到浮雕的效果，具體的做法是用處于對角線的2個像素值相減，再加上一個背景常數(shù)，一般為128。這種算法的特點是簡單快捷，缺點是不能調(diào)節(jié)圖像浮雕效果的角度和深度。經(jīng)浮雕處理結(jié)果如圖6所示。

5 結(jié)語

通過鑄鋁件的檢測試驗和后期的圖像處理，鑄鋁件的數(shù)字化射線檢測可以準(zhǔn)確可靠地檢測疲勞裂紋等缺陷，方法可行。數(shù)字射線檢測在航空維修應(yīng)用處于發(fā)展階段，該技術(shù)推廣還需繼續(xù)加強射線實時成像的圖像質(zhì)量和檢測靈敏度方面的研究，加強數(shù)字圖像處理以及缺陷識別方面的研究。

［1］ 李家偉，陳積懋.無損檢測手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［2］ 陳娟.X 射線平板探測器成像條件優(yōu)化及成像系統(tǒng)建模技術(shù)研究［D］.北京：北京航空航天大學(xué)，2004：9－15.

［3］ 劉德鎮(zhèn).現(xiàn)代射線檢測技術(shù)［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999：22－30.

［4］ 程耀瑜.工業(yè)射線實時成像檢測技術(shù)研究及高性能數(shù)字化成像系統(tǒng)研制［D］.南京：南京工業(yè)大學(xué)，2003.

［5］ 王俊濤.鋁合金焊縫X 射線底片計算機輔助評定的研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2004：2－10.

［6］ GJB 5346－2005 射線實時成像檢測方法［S］.