碳纖維纏繞制品數(shù)字射線DR成像空間分辨率影響因素研究

劉 凱 劉義華 王曉勇 周 娥

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碳纖維纏繞制品數(shù)字射線DR成像空間分辨率影響因素研究

劉 凱1劉義華2王曉勇1周 娥1

（1. 湖北三江航天江北機(jī)械工程有限公司， 孝感 432000；2. 火箭軍裝備部駐孝感地區(qū)第一軍事代表室，孝感 432000）

采用不同的焦點尺寸和放大倍數(shù)對碳纖維纏繞試塊進(jìn)行了數(shù)字射線DR成像檢測試驗。試驗結(jié)果表明，當(dāng)其它檢測參數(shù)不變時，使用最佳放大倍數(shù)檢測獲得的圖像空間分辨率最高；使用較小尺寸的焦點檢測獲得的圖像空間分辨率較高。本次試驗結(jié)果為碳纖維纏繞制品數(shù)字射線DR成像檢測焦點尺寸和放大倍數(shù)的選擇提供了依據(jù)。

數(shù)字射線；碳纖維纏繞制品；空間分辨率

1 引言

碳纖維纏繞制品通常由碳纖維浸入樹脂纏繞固化成型，成型過程中會產(chǎn)生孔洞、夾雜、分層、脫粘等缺陷，這些缺陷會直接影響產(chǎn)品的使用安全性，因此需對碳纖維纏繞制品的內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測。數(shù)字射線DR檢測是碳纖維纏繞制品內(nèi)部質(zhì)量檢測的手段之一，采用數(shù)字射線DR檢測必須對圖像質(zhì)量進(jìn)行控制，保證檢測結(jié)果的可靠性?？臻g分辨率是數(shù)字射線DR成像檢測圖像質(zhì)量控制的重要指標(biāo)之一，決定了圖像最小可分辨細(xì)節(jié)的能力。

2 檢測原理

X射線檢測是利用射線在穿透物體的過程中會與物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的相互作用，因吸收和散射使其強度衰減。強度衰減變化與被檢測物體的衰減系數(shù)和射線在物質(zhì)中穿過的厚度相關(guān)[1]。射線束穿過被檢物品，通過面陣探測器接收采集穿過被檢物品的射線信號，生成灰度圖像。由于缺陷與正常區(qū)域的衰減系數(shù)不同，使缺陷部位透過的射線強度不同，在圖像上形成一定的對比度，可根據(jù)影像形態(tài)和圖像對比度判定缺陷。

3 數(shù)字射線DR成像檢測技術(shù)應(yīng)用研究

檢測設(shè)備采用XYD-600數(shù)字射線DR成像檢測系統(tǒng)，X射線機(jī)最大管電壓600kV，面陣探測器像素尺寸100μm，X射線管焦點尺寸0.5mm/1.5mm（雙焦點）。

3.1 焦點尺寸對圖像空間分辨率影響測試試驗

在相同的檢測參數(shù)下，分別采用0.5mm、1.5mm的焦點對分辨率試塊進(jìn)行檢測試驗，測量不同焦點尺寸下圖像的空間分辨率，經(jīng)比較分析，確定焦點尺寸對圖像空間分辨率的影響。

圖1為焦點尺寸0.5mm、1.5mm的檢測圖像，圖 2為焦點尺寸為0.5mm、1.5mm檢測圖像空間分辨率MTF曲線測試結(jié)果。圖像分辨率按照瑞利判據(jù)20%可識別的測試數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 檢測圖像

表1 圖像分辨率測試數(shù)據(jù)

在其他檢測條件不改變的情況下，焦點尺寸由0.5mm增加到1.5mm后透照檢測，將導(dǎo)致圖像空間分辨率由5Lp/mm下降為2.5Lp/mm。

3.2 放大倍數(shù)對檢測圖像空間分辨率影響測試試驗

在相同的檢測參數(shù)下，通過采用不同放大倍數(shù)對分辨率試塊進(jìn)行檢測試驗，測量不同放大倍數(shù)下圖像的空間分辨率，經(jīng)比較分析，確定放大倍數(shù)對圖像空間分辨率的影響。

試驗采用的面陣探測器像素尺寸為100μm，檢測系統(tǒng)的理論固有不清晰度應(yīng)為0.2mm；X射線管的焦點尺寸選用0.5mm。按式（1）確定的系統(tǒng)最佳放大倍數(shù)為1.25倍。

0——最佳放大倍數(shù)；U——固有不清晰；——焦點尺寸。

在相同的透照參數(shù)下，分別采用1.25倍、1.5倍和2倍的放大倍數(shù)進(jìn)行試驗。

圖3為放大倍數(shù)1.25倍、1.5倍和2倍的檢測圖像，圖4為1.25倍放大倍數(shù)檢測圖像空間分辨率MTF曲線測試結(jié)果，圖5為1.5倍放大倍數(shù)檢測圖像空間分辨率MTF曲線測試結(jié)果，圖6為2倍放大倍數(shù)檢測圖像空間分辨率MTF曲線測試結(jié)果。圖像分辨率按照瑞利判據(jù)20%可識別的測試數(shù)據(jù)如表2所示。

圖3 檢測圖像

圖4 放大倍數(shù)1.25倍圖像空間分辨率MTF曲線

圖5 放大倍數(shù)1.5倍圖像空間分辨率MTF曲線

圖6 放大倍數(shù)2倍圖像空間分辨率MTF曲線

表2 圖像分辨率測試數(shù)據(jù)

通過試驗結(jié)果圖像及數(shù)據(jù)分析，在試驗透照條件不變的情況下，使用最佳放大倍數(shù)獲得的圖像空間分辨率最高，可達(dá)到5Lp/mm，隨著放大倍數(shù)的增加，圖像的空間分辨率下降。

4 結(jié)束語

通過試驗驗證確認(rèn)，針對碳纖維纏繞制品進(jìn)行數(shù)字射線DR成像檢測時，焦點尺寸和放大倍數(shù)的改變均對圖像的空間分辨率有較大影響，為獲得較高的圖像空間分辨率，制品檢測時，在滿足檢測條件的情況下，應(yīng)盡可能采用小焦點和最佳放大倍數(shù)進(jìn)行檢測。

1 張小海. 射線檢測[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014

Study on Influencing Factors of Spatial Resolution of Digital Radiographic (DR) Testing for Carbon Fiber Winding Products

Liu Kai1Liu Yihua2Wang Xiaoyong1Zhou E1

(1.Hubei Sanjiang Aerospace Jiangbei Mechanical Engineering Co., Ltd., Xiaogan 432000;2. First Military Representative of the Rocket Army Equipment Department in Xiaogan Area, Xiaogan 432000)

The digital radiographic (DR) testing experiments were carried out on the carbon fiber winding specimens with different focus sizes and magnifications. The results show that when the other parameters are consistent, the images that obtained at the optimum magnification have the best spatial resolution, and the images that obtained at the smaller focus have the better spatial resolution. The results provide a basis for the choice of focus size and magnification of digital radiographic (DR) testing for carbon fiber winding products.

digital radiography；carbon fiber winding products；spatial resolution

劉凱（1992），本科，儀器儀表工程專業(yè)；研究方向：無損檢測技術(shù)與應(yīng)用研究。

2019-04-04