X射線照相技術(shù)的檢測(cè)參數(shù)系統(tǒng)全景設(shè)計(jì)

(山西航天清華裝備有限責(zé)任公司， 長(zhǎng)治 046012)

X射線照相曝光曲線是單臺(tái)射線機(jī)在一定繪制條件下形成的透照厚度與透照參數(shù)(射線能量、焦距、曝光量)之間的關(guān)系曲線[1]，應(yīng)用特點(diǎn)是按照透照厚度查找繪制條件下的檢測(cè)參數(shù)，如果使用條件發(fā)生變化，必須對(duì)由曝光曲線得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，這給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了很多不便。每一個(gè)曝光曲線包含設(shè)備型號(hào)、工件厚度、透照參數(shù)及影像質(zhì)量要求，猶如元素卡片，而元素卡片規(guī)律組合，就形成了元素周期表，因此多個(gè)曝光曲線以射線照相條件為基礎(chǔ)繪制在同一張圖中，結(jié)合每種曝光曲線的黑度尺，就形成了一張射線照相曝光曲線組圖，稱為X射線照相技術(shù)的檢測(cè)參數(shù)系統(tǒng)全景設(shè)計(jì)圖(簡(jiǎn)稱全景設(shè)計(jì)圖)。

全景設(shè)計(jì)圖可以依單位系列設(shè)備、射線照相條件繪制，形成一幅單位的全景設(shè)計(jì)圖，也可以依工業(yè)系統(tǒng)系列設(shè)備和可能的射線照相條件繪制一幅巨幅全景設(shè)計(jì)圖。從初步的應(yīng)用來(lái)看，全景設(shè)計(jì)圖作用猶如熱處理行業(yè)的Fe-C相圖，從圖上可以解讀出X射線照相規(guī)律及質(zhì)量控制變化趨勢(shì)。

多種照相條件繪制的全景設(shè)計(jì)圖，曝光曲線相對(duì)位置清晰，變化趨勢(shì)及形貌趨向完整，但交錯(cuò)線眾多，給準(zhǔn)確測(cè)點(diǎn)、計(jì)算造成困擾。使用組合檢測(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)計(jì)算量較大，開(kāi)發(fā)以全景設(shè)計(jì)圖為基礎(chǔ)的檢測(cè)分析軟件可使檢測(cè)應(yīng)用變得輕松。軟件中曝光量的時(shí)間變量可以輕易控制，使得曝光的每一刻黑度為“已知”。當(dāng)軟件對(duì)射線機(jī)控制臺(tái)的計(jì)時(shí)器有控制作用時(shí)，就初步具有了智能功能。當(dāng)軟件具備自動(dòng)透照工藝質(zhì)量判斷、底片黑度判斷以及透照累積時(shí)間控制提示時(shí)，智能X射線照相檢測(cè)將會(huì)來(lái)臨，射線照相檢測(cè)工作將會(huì)事半功倍。

筆者將對(duì)全景設(shè)計(jì)圖的形成、作用及智能進(jìn)展做初步介紹。

1 X射線照相全景設(shè)計(jì)圖的形成

1.1 全景設(shè)計(jì)圖的基礎(chǔ)

一幅帶有黑度標(biāo)尺、照相條件的曝光曲線如圖1所示(虛線為設(shè)備老化、性能發(fā)生變化時(shí)的曝光曲線)，此為全景設(shè)計(jì)圖的基礎(chǔ)。

曝光曲線選用以管電壓為變化參數(shù)的曝光量-透照厚度曲線，不宜選用以曝光量為變化參數(shù)的管電壓-透照厚度曲線。在常規(guī)曝光曲線的基礎(chǔ)上，制作出黑度標(biāo)尺。射線照相條件十分關(guān)鍵，當(dāng)任何一個(gè)因素發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)新的曝光曲線，當(dāng)然黑度標(biāo)尺也會(huì)隨之發(fā)生變化。

曝光曲線的左邊為最低管電壓線，右邊為最高管電壓線，底部為系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定技術(shù)線，頂部理論開(kāi)放，由此構(gòu)成一塊區(qū)域。曝光曲線區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)表示一組檢測(cè)參數(shù)，理論上每個(gè)點(diǎn)的黑度相等，均為射線照相條件規(guī)定黑度。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，膠片總曝光時(shí)間有限，比如40 min以內(nèi)，在頂部以40 min的曝光量線與各邊界線形成近似棱形區(qū)域。

圖1 帶黑度標(biāo)尺的曝光曲線

1.2 全景設(shè)計(jì)圖的制作

當(dāng)一組射線照相條件確定后，采用階梯試塊進(jìn)行透照，制作形成一臺(tái)設(shè)備在照相條件下的曝光曲線。將眾多曝光曲線統(tǒng)一在一個(gè)坐標(biāo)中，就會(huì)形成射線照相全景設(shè)計(jì)圖。根據(jù)坐標(biāo)中納入的射線照相條件組數(shù)，會(huì)形成N組數(shù)全景設(shè)計(jì)圖。顯然，常規(guī)曝光曲線看作1組數(shù)的全景設(shè)計(jì)圖。圖2所示為3組數(shù)射線照相條件的全景設(shè)計(jì)圖。

圖2 3組數(shù)射線照相條件的全景設(shè)計(jì)圖

生產(chǎn)單位可以根據(jù)射線機(jī)臺(tái)數(shù)及射線照相條件制作有限組數(shù)的全景設(shè)計(jì)圖。倘若工業(yè)系統(tǒng)制作出各種應(yīng)用的組數(shù)全景設(shè)計(jì)圖，其組數(shù)數(shù)量將非?？捎^。

嚴(yán)格控制射線照相條件中的焦距、溫度、顯影時(shí)間，試驗(yàn)底片的黑度誤差很小(約<0.2)。具體來(lái)講感光膠片采用洗片機(jī)暗室處理效果更好，能對(duì)溶液溫度、濃度進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

理論上講，射線照相條件中的一個(gè)因素發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)形成新的射線照相條件組。工件檢測(cè)應(yīng)用全景設(shè)計(jì)圖是一個(gè)條件組的近似使用，條件組中最易忽視的因素有：設(shè)備老化，顯、定影液配方等發(fā)生變化。

2 全景設(shè)計(jì)圖的作用

從全景設(shè)計(jì)圖上可以進(jìn)行設(shè)備選用、穿透力確定、曝光參數(shù)的確定與質(zhì)量控制、組合檢測(cè)厚度范圍確定等。

圖3 射線照相設(shè)備選擇示意

2.1 設(shè)備的選用

生產(chǎn)單位有各型號(hào)多臺(tái)射線機(jī)，射線照相設(shè)備選擇示意如圖3所示，對(duì)特定透照厚度T垂直貫穿3組數(shù)棱形區(qū)，從底片黑度角度，都可滿足檢測(cè)需求，但右側(cè)紅色設(shè)備屬于小曝光量透照，左側(cè)綠色設(shè)備屬于大曝光量透照，按標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，左、中兩種設(shè)備可選，綜合考慮設(shè)備負(fù)荷、檢測(cè)經(jīng)濟(jì)性等因素，選擇中間黑色設(shè)備最為適宜。

2.2 穿透力測(cè)定

除設(shè)備型號(hào)外，將各設(shè)備其余照相條件參數(shù)相同的曝光曲線組成一幅設(shè)備穿透能力的全景設(shè)計(jì)圖。在各設(shè)備設(shè)置額定工作參數(shù)、使用同一種膠片、規(guī)定焦距及曝光時(shí)間、規(guī)定增感和暗室處理、規(guī)定黑度條件下，直接在圖中測(cè)定出各設(shè)備的穿透力厚度。

對(duì)多臺(tái)設(shè)備，當(dāng)使用的膠片類型或顯定影液配方等不一致時(shí)，直接測(cè)定的穿透力厚度值的比較意義不大。

將設(shè)備定期性能核查結(jié)果繪制在同一坐標(biāo)中，可以直接判斷設(shè)備的老化情況，各電壓線左移越明顯，設(shè)備老化越嚴(yán)重。另一判斷方法是將檢測(cè)材料的允許的最高管電壓線繪制在圖中，發(fā)現(xiàn)管電壓線上移明顯，則說(shuō)明設(shè)備老化嚴(yán)重(見(jiàn)圖1)。

當(dāng)允許的最高管電壓線上移超出技術(shù)曝光量線時(shí)，則應(yīng)更換X射線管，或者直接報(bào)廢X射線機(jī)。

2.3 透照參數(shù)確定與質(zhì)量控制

預(yù)先設(shè)定底片黑度，使用黑度標(biāo)尺[2]直接選擇透照參數(shù)(見(jiàn)圖4)。使用方法是：將黑度尺設(shè)定黑度水平線沿透照厚度垂直線垂直移動(dòng)，再水平移動(dòng)，直至黑度尺中的基準(zhǔn)黑度(圖中D=2.0)與一電壓線相交，其交點(diǎn)處參數(shù)即為基準(zhǔn)透照參數(shù)。顯然這個(gè)交點(diǎn)有很多個(gè)，但這個(gè)點(diǎn)必須滿足曝光量推薦值要求，還應(yīng)考慮透照效率、影像質(zhì)量。這樣，參數(shù)確定限制在了推薦曝光量上方區(qū)域，若按推薦曝光量、基準(zhǔn)黑度確定參數(shù)，即為常規(guī)曝光曲線參數(shù)確定。

圖4 射線透照參數(shù)確定示意

對(duì)于變截面工件透照參數(shù)，利用黑度尺可以確定膠片的寬容度，直接指定透照電壓和變截面透照厚度。

將X射線檢測(cè)的工藝要素匯集在曝光曲線上，高等級(jí)膠片檢測(cè)出現(xiàn)“左上移”(見(jiàn)圖5)，也指出了質(zhì)量控制的方向。射線檢測(cè)底片上的影像清晰程度的方向、大小如圖6所示。

圖5 曝光曲線的左移圖

圖6 影像質(zhì)量控制圖

在影像質(zhì)量控制圖上，向下方向曝光量越小，透照參數(shù)電壓越高，固有不清晰度Ui的垂直向下方向分量越大。這就解釋了檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中“透照電壓盡可能最小”的規(guī)定；向右方向透照厚度越大，幾何不清晰度Ug的向右方向分量越大。這就說(shuō)明：焊接件經(jīng)機(jī)加透照厚度減小時(shí)，在相似的檢測(cè)工藝中除了降低透照電壓，還會(huì)使Ug減小，檢測(cè)靈敏度顯著提高；透照厚度向右方向增大時(shí)，透照參數(shù)電壓越高，Ui向右方向的分量越大。從這里得出：機(jī)加透照厚度變化較大時(shí)，X射線檢測(cè)時(shí)機(jī)(工序安排)應(yīng)在機(jī)加后為宜,并且機(jī)加后(或檢修)的X射線檢測(cè)底片影像質(zhì)量與機(jī)加前的X射線檢測(cè)底片影像質(zhì)量明顯不同。

參數(shù)確定與質(zhì)量控制存在全景設(shè)計(jì)圖照相條件選擇與尋優(yōu)過(guò)程。

2.4 組合檢測(cè)厚度范圍

將不同透照厚度的工件組合，在全景設(shè)計(jì)圖上選取適宜的透照參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同工件組合透照。選用的射線場(chǎng)如圖7所示(圖中F為焦距，L3為一次透照長(zhǎng)度，2θ為有效檢測(cè)角度)，布片如圖8所示。

圖7 球錐形透照?qǐng)?/p>

圖8 球錐形透照?qǐng)霾计?/p>

組合工件厚度范圍及參數(shù)選取如圖9所示。

圖9 不同透照厚度工件的組合示例

不同透照厚度工件的檢測(cè)按圖9組合布照：焦距相等，曝光時(shí)間不同，也可采用焦距不等(平方反比定律)，曝光時(shí)間相等同時(shí)完成不同厚度曝光。當(dāng)然還要注意最小焦距的限制，避免相鄰工件遮擋干涉及半影區(qū)，通常可以采用較大焦距解決，更利于現(xiàn)場(chǎng)布置。

在全景設(shè)計(jì)圖中，可以使待檢測(cè)工件按不同等級(jí)膠片、不同的曝光量要求(需求)、不同的底片黑度要求等進(jìn)行組合，實(shí)際計(jì)算起來(lái)十分復(fù)雜，但在全景設(shè)計(jì)圖上可以輕松實(shí)現(xiàn)。

從試驗(yàn)的效果來(lái)看，日常作業(yè)采用的焦距越大，單個(gè)工件一次透照時(shí)間越長(zhǎng)，但總體透照時(shí)間縮短，可以作為提高檢測(cè)效率的手段。影像的清晰度(受大焦距及大曝光量影響)提高，透照的總輻射量明顯降低，輻射危害大幅減輕。

3 全景設(shè)計(jì)圖應(yīng)用軟件

手工制作、使用全景設(shè)計(jì)圖時(shí),存在區(qū)域上部曝光量線密集,黑度尺測(cè)量誤差較大,大量數(shù)據(jù)換算等問(wèn)題,且照相條件種類較多時(shí)，在同一點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)“圖層”。這些問(wèn)題可應(yīng)用全景設(shè)計(jì)圖軟件來(lái)解決。

全景設(shè)計(jì)圖軟件應(yīng)包含設(shè)備、膠片特性曲線、電壓線及黑度表生成功能區(qū)。隨著射線照相條件組數(shù)據(jù)的不斷錄入保存，調(diào)用的數(shù)據(jù)會(huì)逐漸豐富起來(lái)。在全景設(shè)計(jì)圖軟件工件區(qū)添加組合檢測(cè)工件，輸入基本透照參數(shù)，可自動(dòng)顯示出底片黑度；也可以根據(jù)指定黑度，計(jì)算透照時(shí)間，或者計(jì)算電壓、焦距等透照參數(shù)。

對(duì)繼續(xù)曝光的工件在工件參數(shù)區(qū)進(jìn)行透照參數(shù)輸入，可進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算、統(tǒng)一計(jì)算、統(tǒng)一設(shè)定功能應(yīng)用，使得制定透照檢測(cè)工藝變得輕松。試驗(yàn)應(yīng)用的全景設(shè)計(jì)圖軟件界面如圖10所示。

圖10 全景設(shè)計(jì)圖軟件應(yīng)用界面

軟件中可以一次選用多臺(tái)設(shè)備，多種膠片，多種工件，調(diào)用N組數(shù)曝光曲線，形成多個(gè)圖層疊加顯示;可以放大點(diǎn)擊需要的檢測(cè)點(diǎn)，也可以單獨(dú)顯示某一指定工件參數(shù)，選擇性關(guān)閉其他“干擾”圖層;軟件還具備自學(xué)習(xí)功能，提醒修正輸入的偏差參數(shù)。

使用全景設(shè)計(jì)圖控制可避免不同厚度同時(shí)透照產(chǎn)生的底片透亮為“白片”或者底片不透光為“黑片”的“失照”現(xiàn)象，從而在不同厚度組合透照時(shí)保證了底片黑度的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)使用驗(yàn)證，軟件給出的透照參數(shù)精度較高，可進(jìn)行布照、透照工藝的設(shè)計(jì)，進(jìn)行檢測(cè)優(yōu)化，能很好地滿足檢測(cè)需求。

全景設(shè)計(jì)圖軟件時(shí)間參數(shù)可與射線機(jī)控制臺(tái)計(jì)時(shí)器連接。在軟件進(jìn)一步具備布照可視化、檢測(cè)技術(shù)參量判斷、警示等應(yīng)用功能時(shí)，射線智能檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)也就為期不遠(yuǎn)了。

4 結(jié)論

(1) 全景設(shè)計(jì)圖按射線照相條件組數(shù)匯入、使用。

(2) 手工繪制的全景設(shè)計(jì)圖直觀、方便，能指導(dǎo)不同透照厚度組合檢測(cè)參數(shù)的確定。

(3) 從基本原理開(kāi)發(fā)的檢測(cè)分析軟件，能實(shí)現(xiàn)不同透照厚度工件的智能化檢測(cè)。

(4) 全景設(shè)計(jì)圖軟件奠定了射線照相智能化檢測(cè)的基礎(chǔ)。