工業(yè)射線照相底片觀片燈的發(fā)展

黃新超，婁旭耀

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院, 鄭州 450008)

工業(yè)射線照相底片觀片燈的發(fā)展

黃新超，婁旭耀

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院, 鄭州 450008)

介紹了國內(nèi)外工業(yè)射線照相底片觀片燈的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。指出：LED工業(yè)觀片燈是目前工業(yè)射線照相底片觀片燈的主流，且我國LED工業(yè)觀片燈處于世界先進水平。

無損檢測；射線檢測；觀片燈

射線檢測是五大常規(guī)無損檢測方法之一，工業(yè)射線照相底片觀片燈(以下簡稱觀片燈)是射線檢測中的重要器材，在射線膠片照相檢測中扮演著重要角色。評片人員通過觀片燈觀察底片透射光線，分析由對比度構成的不同形狀的影像，判斷缺陷情況并進行評價質(zhì)量。底片上各點的黑化程度即黑度D決定透射光線的亮度，底片黑度D是射線照相影像質(zhì)量的最基本參數(shù)。其影響影像的對比度和顆粒度(噪聲)，進而影響靈敏度。故，提高底片黑度對提高底片靈敏度和缺陷的檢出靈敏度都是有利的；要觀察高黑度的底片，就要求高亮度的觀片燈。

根據(jù)影像學理論：底片上影像能夠識別的基本條件是影像對比度ΔD大于最小可見對比度ΔDmin，即ΔD≥ΔDmin。ΔDmin是指人眼在一定條件下可識別的最小黑度差。底片黑度D與最小可見對比度ΔDmin有相應的變化關系：在低黑度區(qū)段，D變化不會引起ΔDmin變化；在中等黑度區(qū)段，ΔDmin隨著D的增大而逐漸增大；在高黑度區(qū)段，隨著D的增大，ΔDmin急劇增大。ΔDmin直接與觀片燈的亮度相關，ΔDmin的增大是透過底片的光亮度下降導致的結果[1]。要阻止ΔDmin的增大，或者說，要想使底片上的影像能夠識別，就需要提高觀片燈的亮度。

D>2.5的高黑度區(qū)段是高梯噪比區(qū)段，是影像質(zhì)量最好和有利于提高缺陷檢出率的區(qū)段。射線檢測時，底片黑度越高，發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力越強。所以，在國際標準ISO 5579：1998《無損檢驗 金屬材料用X和γ射線照相檢驗 基本規(guī)則》和EN 1435-1997《焊縫射線照相檢驗》中，底片黑度范圍不設上限[1]。

但是，高黑度區(qū)段的應用是有前提的，這個前提就是觀片燈需要足夠亮。如果透過底片的光亮度不能達到10 cd·m-2以上，高黑度帶來的高梯噪比就不足以補償人眼識別能力的下降而造成的損失[1]。

我國檢測標準從JB 4730-1994《壓力容器無損檢測》、JB/T 4730-2005《承壓設備無損檢測》到NB/T 47013-2015《承壓設備無損檢測》，盡管底片黑度的上限在不斷提高，但是都對其設置了上限。這幾個標準在制定過程中都曾考慮底片黑度不設上限，但是，觀片燈亮度的實際狀況使得這種想法難以實現(xiàn)。

行業(yè)專家根據(jù)觀片燈亮度不足的現(xiàn)實狀況一再告知無損檢測人員：觀片燈亮度不足對影像觀察和缺陷識別的影響很大，在更高亮度的觀片燈問世之前，評片人員必須十分謹慎。同時，鼓勵觀片燈的制造企業(yè)或行業(yè)人士，積極創(chuàng)新，研發(fā)亮度更高的觀片燈。

隨著相關技術的不斷進步，觀片燈亮度的不斷提高，觀片燈產(chǎn)品不斷地升級換代，相關檢測標準也在不斷更新。

1 工業(yè)觀片燈的發(fā)展歷史

觀片燈主要有觀察屏(又稱觀察窗口)、發(fā)光板、控制板、遮光板、可調(diào)亮度的裝置、散熱裝置和外殼等組成。衡量觀片燈性能優(yōu)劣的主要技術指標有亮度、散射系數(shù)σ、均勻系數(shù)g、噪聲等。GB/T 19802-2005《無損檢測 工業(yè)射線照相觀片燈 最低要求》和JB/T 7903-1999《工業(yè)射線照相底片觀片燈》標準對觀片燈各項性能都提出了具體要求。亮度是其最主要的指標，上述2個標準均根據(jù)不同底片黑度規(guī)定了亮度最小值，例如：底片黑度4.0，觀片燈的亮度應不低于1×105cd·m-2。觀察屏上的光的散射系數(shù)σ應大于0.7；觀察屏各部分應有均勻照明，均勻系數(shù)g應大于0.5；觀片燈工作時的整機噪聲應不大于40 dB等。

JB/T 7903標準按光源種類，將觀片燈分為熱光源和冷光源觀片燈兩種。該標準是1999年發(fā)布的，之后光源技術發(fā)展很快，沒有新標準出臺。筆者以光源種類的變革為依據(jù)，將觀片燈劃分為三代(或三種)，分別是第一代觀片燈——熱光源觀片燈、第二代觀片燈——熒光燈管觀片燈和第三代觀片燈——LED觀片燈。

1.1 第一代工業(yè)觀片燈——熱光源觀片燈

20世紀80年代末，工業(yè)射線檢測所使用的觀片燈的光源采用熱輻射光源，即利用熱能激發(fā)的光源，例如白熾燈和鹵素燈等， 屬于熱光源觀片燈，筆者將其稱為第一代觀片燈。其主要缺點有：① 發(fā)熱量大，觀察窗口溫度高，使用時射線底片經(jīng)常變形甚至損壞，造成不可挽回的損失；② 噪聲大，其管壁溫度高達600 ℃左右，需要加裝強力風扇散熱，散熱效果仍然不好；③ 功耗大，功率一般大于500 W；④ 壽命短，使用壽命一般小于2 000 h；⑤ 發(fā)光效率低，發(fā)光效率一般小于20%。所以，該代觀片燈20世紀90年代初就被市場淘汰。

1.2 第二代工業(yè)觀片燈——熒光燈管觀片燈

20世紀90年代初，國內(nèi)外出現(xiàn)了所謂的冷光源(相對于熱光源而言，發(fā)熱量較小的光源)觀片燈，其光源采用熒光燈管，觀片燈內(nèi)布置多根熒光燈管，筆者將其稱為第二代觀片燈。與第一代熱光源觀片燈相比，其功耗小、發(fā)熱量小、均勻性好。存在的問題有：① 亮度低，最高亮度一般在3×104cd·m-2左右，勉強滿足JB 4730-1994的要求；② 壽命短，大約2 000 h，若反復啟動，燈管壽命更短；③ 光源不是真正的冷光源，發(fā)熱量仍較大；④ 體積大、重量重，維修成本高。

6.2.4 不得經(jīng)營下列國家和本市禁止生產(chǎn)經(jīng)營的食品、食品添加劑和食品相關產(chǎn)品：《中華人民共和國食品安全法》第三十四條規(guī)定的禁售食品、食品添加劑、食品相關產(chǎn)品； 《食用農(nóng)產(chǎn)品市場銷售質(zhì)量安全監(jiān)督管理辦法》第二十五條規(guī)定的禁售食用農(nóng)產(chǎn)品；《上海市食品安全條例》第二十三條規(guī)定的禁止生產(chǎn)經(jīng)營的食品；《上海市人民政府關于禁止生產(chǎn)經(jīng)營食品品種的公告》規(guī)定的禁止生產(chǎn)經(jīng)營的食品。

國內(nèi)第二代觀片燈最有代表性的產(chǎn)品是大連生產(chǎn)的TH-100型觀片燈。由于第二代觀片燈的亮度不高，也有廠家生產(chǎn)一種雙觀察窗口的觀片燈:一個窗口(一般是大觀察窗口)光源采用熒光燈管;另一個是小窗口，光源采用熱光源。當時,市場上還能看到進口的工業(yè)觀片燈,如日本、美國、韓國等國的觀片燈產(chǎn)品。目前，國內(nèi)第二代觀片燈的生產(chǎn)幾乎全部停產(chǎn)，銷售市場上已經(jīng)看不到熒光燈管觀片燈。

1.3 第三代工業(yè)觀片燈——LED觀片燈

進入21世紀，準確地說是JB/T 4730-2005出臺后，2006年由鄭州德隆檢測設備有限公司率先用半導體發(fā)光器件——LED作為光源生產(chǎn)的LED觀片燈，開啟了工業(yè)觀片燈的新時代——LED觀片燈時代，筆者將其稱為第三代工業(yè)觀片燈。隨后，國內(nèi)其他生產(chǎn)廠家也紛紛跟進LED觀片燈的生產(chǎn)。

LED觀片燈以其亮度高、壽命長、無輻射、抗震性好、節(jié)能環(huán)保等特性而成為工業(yè)觀片燈的絕對主流。

2 LED觀片燈的發(fā)展歷程

LED(Light Emitting Diode)，即發(fā)光二極管。其是一種半導體固體發(fā)光器件，是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料的。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會將部分能量以光的形式釋放出來，從而將電能直接轉換為光能。

LED光源無燈絲、工作電壓低，理論使用壽命可達10萬小時，生產(chǎn)中無有害元素、使用中不發(fā)出有害物質(zhì)、無輻射，是一種環(huán)保型光源。與傳統(tǒng)光源比，LED 光源融合了計算機、網(wǎng)絡、嵌入式等高新技術，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點，屬高新尖產(chǎn)品。另外，LED具有體積小(多顆、多種組合)、發(fā)熱量低(沒有熱幅射)、耗電量小(低電壓、低電流起動)、反應速度快(可在高頻操作)等優(yōu)點。

筆者作為LED觀片燈的發(fā)明人和專利權人，一直關注著LED觀片燈的發(fā)展。LED在工業(yè)觀片燈中的應用已經(jīng)超過10 a。回顧起來，其經(jīng)歷了誕生和成熟完善兩個階段。

2.1 LED觀片燈的誕生

LED觀片燈是在JB/T 4730-2005出臺之后誕生的。

JB/T 4730-2005標準出臺之前，2002年年底筆者看到了該標準的征求意見稿，注意到該標準對射線照相底片黑度要求與 JB 4730-1994標準的差異——底片黑度要求提高了。例如：AB級照相，底片黑度范圍從1.5～3.5，變更為2.0～4.0，黑度許用上限從3.5提升到4.0；而且對超過黑度4.0的底片，如有計量檢定報告證明所使用觀片燈的亮度能夠滿足該標準4.10.3的要求，且經(jīng)合同各方同意時，允許對底片進行評定。內(nèi)行技術人員都明白，黑度盡管僅提高了0.5，但對觀片燈的亮度而言，卻是一個巨大的變化，亮度將從3×104cd·m-2提高到1×105cd·m-2。筆者意識到，新標準的出臺，必將帶來工業(yè)觀片燈的一次大變革。所以，從2003年開始，筆者聯(lián)合高等院校成立科研組，尋找新型光源，碰巧的是，高亮度的白光LED技術當時剛剛誕生，其節(jié)能、環(huán)保、耐用等特點應該是工業(yè)觀片燈的發(fā)展方向。所以，科研組一開始就將主攻方向確立為研發(fā)LED觀片燈。

經(jīng)過近3年的技術攻關和探索，2005年年底LED工業(yè)觀片燈樣機誕生了。經(jīng)不斷完善和改進，2006年年底LED觀片燈投放市場，受到市場追捧。2007年LED觀片燈獲得國家實用新型專利。其最大亮度達到8×104cd·m-2，均勻系數(shù)g達到0.85，散射系數(shù)σ達到0.9，亮度及其他技術性能都超過了熱光源觀片燈和熒光燈管觀片燈。這是國內(nèi)外首家推出的新型觀片燈，鄭州成為LED觀片燈的發(fā)源地，帶動了國內(nèi)外工業(yè)觀片燈的一場革命。

剛誕生的LED觀片燈是采用500多只單顆鋼盔式的LED，焊接在傳統(tǒng)的尼龍線路板上的。盡管科研組在電路設計、散熱方面、色溫、亮度、LED的選取等方面考慮了很多，但受當時技術條件的限制，該產(chǎn)品在亮度、光衰、穩(wěn)定性等方面仍存在不少問題。

2.2 LED觀片燈的成熟和完善

隨著LED技術的迅速發(fā)展，新技術不斷涌現(xiàn)，例如大功率高能效貼片LED的出現(xiàn)、利于LED散熱的鋁基或銅基電路板的誕生等，為LED觀片燈的技術改造提供了技術支撐。2009年，筆者對觀片燈進行了全面升級改造，這次改造采用了當時最先進高能效的貼片LED、鋁基線路板、 恒流源啟動電路及新的散熱技術，使LED觀片燈內(nèi)在質(zhì)量得到了全面提升。其最大亮度可達到1.2×105cd·m-2，均勻系數(shù)g可達到0.9，散射系數(shù)σ可達到0.9，性能更加穩(wěn)定。但是，散熱方式仍然采用內(nèi)散熱，散熱效果不是很好，光衰較大，觀片燈仍有噪聲。

2012年年底，平板式LED觀片燈的開發(fā)，使LED觀片燈上升到了一個新的技術高度，主要體現(xiàn)在以下幾方面：① 徹底顛覆了前兩代觀片燈的外觀和結構，把粗大笨重的觀片燈變?yōu)槠桨迨?，厚度僅4 cm；② 最大亮度提高到1.8×105cd·m-2；③ 散熱方式實現(xiàn)了革命性的改革，由傳統(tǒng)的內(nèi)散熱改為外散熱，不但利于散熱，降低了LED的光衰速度，而且大大降低了觀片燈噪聲，可以說是實現(xiàn)了無噪聲設計；④ 調(diào)光方式進行了革新，采用優(yōu)于iphone手機的容式觸摸調(diào)光技術，手指輕觸即可實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，即使帶上評片手套，也不影響其靈敏感應，性能穩(wěn)定，經(jīng)測試使用壽命長達30 a。⑤ 增加了多項實用功能，如溫控散熱、增設聯(lián)動書寫燈、MP3等?？傊?，平板式LED工業(yè)觀片燈不但從技術，而且從外觀、結構、功能、實用性、耐用性等多方面得到了全面的提升。

3 LED觀片燈的現(xiàn)狀

3.1 國外觀片燈的現(xiàn)狀 國際上,LED觀片燈也是市場主流。美國有代表性的觀片燈是Kowolux品牌的產(chǎn)品，有Kowolux M1/M2兩款便攜式觀片燈和Kowolux X系列臺式觀片燈。M1和M2產(chǎn)品的主要區(qū)別在于觀察窗口大小不同，最大亮度都是1×105cd·m-2，M1窗口(長×寬，下同)225 mm×80 mm，M2窗口450 mm×80 mm；M1額定功率70 W，質(zhì)量2.9 kg；M2額定功率140 W，質(zhì)量4.5 kg；M1和M2都是DC/24 V供電，色溫5 000 K。臺式機已經(jīng)形成系列化，窗口大小不同，亮度在1×105～1.1×106cd·m-2間。X-3型的主要參數(shù)：最大亮度3×105cd·m-2，窗口450 mm×80 mm，功率400 W，質(zhì)量11.8 kg。X-7型亮度達到1.1×106cd·m-2，窗口是一φ75 mm的圓形，功率230 W，質(zhì)量7.3 kg。

英國Verlux550觀片燈使用550 nm波長的綠色光源，觀片密度D4.5。韓國NRF-2工業(yè)觀片燈，雙觀察窗口：普通窗口采用15W ×2熒光燈管，可觀察底片黑度范圍0～4.0;圓形聚焦窗口采用熱光源，可觀察底片黑度范圍0～5.0，無極調(diào)光。

3.2 國內(nèi)LED觀片燈的現(xiàn)狀 NB/T 47013-2015的頒布實施，意味著進一步提升了對底片黑度的要求，具體規(guī)定：A 級為1.5≤D≤4.5；AB級為2.0≤D≤4.5；B 級為2.3≤D≤4.5。而且，評定區(qū)的最大黑度限值允許提高，但觀片燈應經(jīng)過校驗，底片評定范圍內(nèi)的亮度應滿足：當?shù)灼u定范圍的黑度D>2.5時，透過底片評定范圍內(nèi)的亮度應不低于10 cd·m-2。要想觀察黑度4.5的底片，觀片燈的亮度應不低于3×105cd·m-2。

現(xiàn)在的LED及相關技術，實現(xiàn)標準要求的亮度已經(jīng)不存在技術問題，甚至觀片燈的亮度可以做到更高。但是，據(jù)筆者掌握的情況，目前，國內(nèi)市場上能夠滿足現(xiàn)行標準的觀片燈還是不多。鄭州一家公司去年推出的一款平板式雙觀察窗口的觀片燈，各項性能指標都超過了現(xiàn)行標準要求。該觀片燈設置兩個觀察窗口，均采用LED光源，亮度都是采用容式觸摸調(diào)節(jié)。一個是長方形大觀察窗口220 mm×65 mm(以下簡稱大窗口)，另一個是φ65 mm的圓形超高亮窗口(以下簡稱高亮區(qū))。高亮區(qū)光源采用集成LED面光源，最高亮度達到5.8×105cd·m-2，用于觀察和評定黑度D>4.0～5.0的底片；大窗口最高亮度1.8×105cd·m-2，主要用于評定黑度在0～4.3范圍的底片。該LED觀片燈額定功率90 W，質(zhì)量4.5 kg，恒流源驅(qū)動，無頻閃；溫控外散熱，無噪聲；增設聯(lián)動的LED柔光書寫燈，便于書寫記錄、分揀底片和偽缺陷的判別，穩(wěn)定可靠。其是目前最先進的觀片燈產(chǎn)品代表。

當前國內(nèi)LED觀片燈生產(chǎn)廠商很多，一些廠商著眼于短期利益，沒有足夠資源、時間投入到研發(fā)中，致使LED觀片燈產(chǎn)品質(zhì)量、性能，尤其在光學設計、產(chǎn)品驅(qū)動控制等方面良莠不齊。同質(zhì)化產(chǎn)品、劣質(zhì)產(chǎn)品充斥著LED觀片燈市場，致使市場混亂、競爭無序，消費者選購時還需擦亮眼睛。例如觀片燈的色溫，國內(nèi)相關標準并沒有對其做出規(guī)定或限制，有的產(chǎn)品肉眼感覺亮度很高，很刺眼，評片人員長時間評片會感覺眼睛疲勞；對其進行測試亮度并不高，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是沒有考慮到LED色溫的原因。LED色溫過高時，評片人員長期使用眼睛會受到損傷。

國內(nèi)還有廠家研發(fā)出感應式觀片燈，其能做到底片放置到觀察屏時，觀片燈自動點亮；底片拿開時，觀片燈熄滅，避免強光對人眼的損傷[2]。也有廠家設置了觀察窗口大小調(diào)節(jié)的功能，使用更加方便。還有廠家把底片黑度測量功能和觀片燈設計在一起，這都是很好的嘗試。

4 結語

觀片燈是射線檢測進行底片評定的重要器具，性能的優(yōu)劣直接影響到評定結果的準確性。第一代觀片燈(熱光源)和第二代觀片燈(熒光燈)已經(jīng)淘汰，第三代觀片燈(LED光源)已成為工業(yè)觀片燈的主流。我國的LED工業(yè)觀片燈產(chǎn)品并不落后，技術上處于世界先進水平。但是，生產(chǎn)者還需要進一步優(yōu)化其工藝，提高設備的穩(wěn)定性和耐用性能，進一步生產(chǎn)系列化產(chǎn)品以滿足不同領域的需要。隨著相關技術的不斷進步，期待行業(yè)整體水平的提高，期待新型光源的應用，期待亮度更高、性能更好的產(chǎn)品出現(xiàn)，以推動檢測裝備水平的提高。

[1] 強天鵬. JB/T 4730-2005承壓設備無損檢測學習指南[M].北京：新華出版社，2005.

[2] 鄭國恒.感應式LED觀片燈的研究[J].無損檢測，2007,29(11)：653-655.

The Development of Industry Radiographic Film Viewer

HUANG Xinchao, LOU Xüyao

(Henan Province Institute of Boiler and Pressure Vessel Safety Testing, Zhengzhou 450008, China)

This paper introduces the development history, current situation and development trend of industrial radiographic film viewer at home and abroad, and aims to point out that the LED industry radiographic film viewer is the current mainstream, and China′s LED industry radiographic film viewer has reached the international advanced level.

nondestructive testing; radiographic testing; film viewer

2017-02-17

黃新超(1964-)，男，高級工程師，主要從事特種設備檢驗檢測和檢驗檢測儀器研發(fā)及應用工作

黃新超，13613713868@126.com

10.11973/wsjc201706014

TG115.28

A

1000-6656(2017)06-0061-04