纖維增強復合材料數(shù)字射線CR檢測圖像掃描參數(shù)設(shè)置研究

黃美霞 王曉勇 徐東陽

（湖北三江航天江北機械工程有限公司，孝感432100）

1 引言

纖維增強復合材料具有比強度高、重量輕等良好的性能，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，復合成型方式多樣，成型過程可能產(chǎn)生裂紋、夾雜、氣孔等缺陷；為確保材料制品的質(zhì)量可靠性，需對內(nèi)部質(zhì)量進行檢測。數(shù)字射線CR 檢測具有檢測結(jié)果直觀，在復合材料檢測領(lǐng)域得以成熟應(yīng)用；本文針對纖維增強復合材料開展了系列CR 檢測試驗，研究了圖像質(zhì)量指標歸一化信噪比和空間分辨率與激光掃描儀參數(shù)之間的關(guān)系。

2 數(shù)字射線CR 檢測技術(shù)

數(shù)字射線CR 成像檢測技術(shù)是采用可重復使用的IP 成像板替代膠片接收射線信號，通過激光掃描儀對透照后的IP 成像板掃描，經(jīng)信號采集A/D 轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字化圖像；數(shù)字射線CR 檢測方法具有動態(tài)范圍大、寬容度高等特點，與膠片相比，動態(tài)范圍可達10000∶1；與X 射線膠片照相檢測方法相比，透照需要的曝光量小，檢測效率高，且獲得的數(shù)字圖像可進行量化分析[1]。

3 CR 檢測掃描參數(shù)設(shè)置研究

3.1 檢測系統(tǒng)

數(shù)字射線CR 檢測系統(tǒng)主要由X 射線機、激光掃描儀、IP 成像板等組成。

X 射線機：采用高頻恒壓600 kV 定向X 射線機；焦點尺寸為0.5mm；管電壓在20～600kV 范圍連續(xù)可調(diào)；管電流在0～10mA 范圍連續(xù)可調(diào)；

激光掃描儀：型號HPX-1plus；激光掃描點尺寸25μm；光電倍增管增益在10～100PMT 可調(diào)，每10PMT 調(diào)節(jié)為一檔；激光功率分高、低兩擋；掃描步進速度為25μm、35μm、50μm、100μm 四種可選；

IP 成像板：采用柯達Flex HR 型；粒度30μm。

3.2 檢測系統(tǒng)本底掃描噪聲測試

對未透照曝光的IP 成像板直接進行掃描，從而獲得檢測系統(tǒng)的本底噪聲；IP 成像板圖像中心區(qū)域噪聲為2.70，右上角區(qū)域噪聲為2.92，右下角區(qū)域噪聲為3.37，左上角區(qū)域噪聲為2.80，左下角區(qū)域噪聲為3.21，平均噪聲為3.0，所測得的本底噪聲較小。檢測系統(tǒng)本底掃描噪聲圖像的測試位置如圖1所示。

圖1 檢測系統(tǒng)本底噪聲圖像測試位置圖

3.3 掃描步進速度設(shè)置測試

在本組試驗中，對同一纖維增強復合材料試板進行數(shù)字射線CR 檢測，改變激光掃描儀IP 成像板掃描步進速度，透照參數(shù)以及其他激光掃描參數(shù)保持不變，測試不同掃描步進速度情況下獲得圖像的空間分辨率以及歸一化信噪比，從而確定最佳的激光掃描儀IP 成像板掃描步進速度。圖2為掃描獲得的試塊檢測圖像；圖3為歸一化信噪比測試位置示意圖；圖4、圖5、圖6分別為35μm、50μm、100μm 掃描步進速度相對應(yīng)的空間分辨率MTF 曲線測試結(jié)果，圖像左側(cè)為橫向MTF 曲線，右側(cè)為縱向MTF 曲線；表1為歸一化信噪比測試數(shù)據(jù)；表2為圖像空間分辨率的測試數(shù)據(jù)，以雙絲像質(zhì)計MTF 曲線的調(diào)制深度大于20%作為識別依據(jù)。

圖2 試塊檢測圖像

圖3 歸一化信噪比測試位置示意圖

圖4 掃描步進速度35μm 空間分辨率MTF 曲線

圖5 掃描步進速度50μm 空間分辨率MTF 曲線

圖6 掃描步進速度100μm 空間分辨率MTF 曲線

表1 歸一化信噪比測試數(shù)據(jù)

表2 圖像空間分辨率測試數(shù)據(jù)

通過對不同掃描步進速度測試數(shù)據(jù)進行分析，掃描步進速度由35μm 增加到50μm、100μm，歸一化信噪比有所增加，圖像的空間分辨率橫向測試數(shù)據(jù)顯示下降一個絲對，縱向測試數(shù)據(jù)不變。說明掃描步進速度增加相當于像素尺寸增大，從而導致檢測圖像歸一化信噪比提高，圖像空間分辨率下降。

3.4 光電倍增管增益及激光功率設(shè)置測試

在本組試驗中，對同一纖維增強復合材料試板進行數(shù)字射線CR 檢測，將激光掃描儀光電倍增管增益、激光功率同時改變，透照參數(shù)以及其他激光掃描參數(shù)保持不變，測試在不同光電倍增管增益和激光功率情況下獲得圖像的歸一化信噪比以及空間分辨率，從而確定最佳的光電倍增管增益和激光功率設(shè)置。圖7為光電倍增管增益為10PMT，激光功率為高情況下對應(yīng)的圖像空間分辨率MTF 曲線測試，圖8為光電倍增管增益為90PMT，激光功率為低情況下對應(yīng)的圖像空間分辨率MTF 曲線測試結(jié)果，圖像左側(cè)為橫向MTF 曲線，右側(cè)為縱向MTF 曲線，表3為歸一化信噪比測試數(shù)據(jù)，表4為圖像空間分辨率的測試數(shù)據(jù)，以雙絲像質(zhì)計MTF 曲線的調(diào)制深度大于20%作為識別依據(jù)。

圖7 光電倍增管增益為10PMT，激光功率為高對應(yīng)的空間分辨率MTF 曲線

圖8 光電倍增管增益為90PMT，激光功率為低對應(yīng)的空間分辨率MTF 曲線

表3 歸一化信噪比測試數(shù)據(jù)

表4 圖像空間分辨率測試數(shù)據(jù)

通過對光電倍增管增益為10PMT、激光功率為高與光電倍增管增益為90PMT、激光功率為低兩種情況掃描參數(shù)獲得的測試數(shù)據(jù)進行分析，光電倍增管增益和激光功率的設(shè)置對圖像的空間分辨率沒有本質(zhì)影響，但采用低的光電倍增管增益和高的激光功率設(shè)置將有利于獲得較高的歸一化信噪比。

4 結(jié)束語

在纖維增強復合材料數(shù)字射線CR 檢測過程中，激光掃描儀掃描參數(shù)的設(shè)置會對圖像質(zhì)量的歸一化信噪比及圖像空間分辨率產(chǎn)生影響。采用較小的掃描步進速度設(shè)置可獲得較高的圖像空間分辨率，但歸一化信噪比值偏低；采用低的光電倍增管增益、高的激光功率設(shè)置將獲得較高的圖像歸一化信噪比值，但對圖像空間分辨率影響不大；因此，在實際檢測中推薦激光掃描儀的掃描參數(shù)設(shè)置為：較小的IP 成像板掃描步進速度，低的光電倍增管增益和高的激光功率。