射線檢測(cè)曝光曲線的EXCEL軟件制作方法

(廊坊北檢無損檢測(cè)有限公司，廊坊 065001)

曝光曲線是表示工件與工藝規(guī)范之間相關(guān)性的曲線，通常只選擇工件厚度、管電壓、曝光量作為可變參數(shù)，在工件材料、射線機(jī)、膠片、增感屏、焦距、黑度基準(zhǔn)和暗室處理等條件固定的情況下，透照厚度與可變參數(shù)之間的關(guān)系曲線通常可分為管電壓-厚度曲線和曝光量-厚度曲線。

曝光曲線是通過對(duì)階梯試塊進(jìn)行拍照制作的，制作和修正方法較復(fù)雜，需要人工在坐標(biāo)紙上繪制。目前有很多利用計(jì)算機(jī)制作曲線的方法[1-10]，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的要求高，或者需要特殊的運(yùn)行環(huán)境，如VBA權(quán)限、ORIGIN軟件、MATLAB軟件等。

在射線人員培訓(xùn)教材介紹方法的基礎(chǔ)上[11]，文章用公式實(shí)現(xiàn)了插值計(jì)算，取消了通常情況下黑度-厚度曲線繪制及查找繪制曝光量-厚度曲線所需數(shù)據(jù)的過程，用回歸曲線擬合自動(dòng)繪圖代替了手工坐標(biāo)紙繪圖，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單地按照步驟14提示操作就可以自動(dòng)完成曝光曲線的制作，具有直觀、形象、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，為一線生產(chǎn)提出了一種簡(jiǎn)單快捷的方法，電子表格可以在任何EXCEL軟件環(huán)境下運(yùn)行，不需要任何編程和特殊的程序運(yùn)行環(huán)境。

筆者介紹了常用的曝光度-厚度曝光曲線制作過程，適用于厚度為260 mm的鋼材料、管電壓為100 kV350 kV的X射線機(jī)曝光曲線的制作，管電壓-厚度曲線也可以采用類似方法制作。

1 曝光量-厚度曲線的制作

1.1 設(shè)計(jì)原理

根據(jù)射線機(jī)的最高管電壓，確定3個(gè)適當(dāng)?shù)钠毓怆妷?，拍一組小曝光量(5 mA·min)和一組大曝光量(25 mA·min)的底片，共在階梯試塊上進(jìn)行6次曝光，得到6張由淺到深的不同黑度區(qū)域塊組成的底片，階梯試塊的厚度選擇時(shí)應(yīng)使該管電壓下的黑度范圍跨越基準(zhǔn)黑度，否則應(yīng)增加或減少墊塊來重新拍照；然后只需要找到最接近基準(zhǔn)黑度的6對(duì)黑度，分別為負(fù)偏差黑度及其厚度，正偏差黑度及其厚度，共記錄12個(gè)黑度和與其對(duì)應(yīng)的12個(gè)厚度，將其填入自動(dòng)表格中，表格會(huì)自動(dòng)進(jìn)行插值計(jì)算，得到更加精確的與基準(zhǔn)黑度相同的厚度，比通過黑度-厚度曲線查出來的厚度更加精確，表格再根據(jù)曝光時(shí)間(曝光量)與厚度自動(dòng)繪制出曝光量-厚度曝光曲線。

1.2 建立基本參數(shù)輸入?yún)^(qū)

基本參數(shù)包括射線機(jī)型號(hào)和編號(hào)，焦距固定為700 mm、兩組曝光量(5 mA·min和25 mA·min)、膠片品牌、膠片型號(hào)、暗室處理方法、沖洗時(shí)間、顯定影劑型號(hào)、顯影溫度、增感屏材料布置及厚度、基準(zhǔn)黑度，EXCEL中基本參數(shù)輸入?yún)^(qū)如圖1所示。

圖1 基本參數(shù)輸入?yún)^(qū)

1.3 曝光參數(shù)推薦值的自動(dòng)提示

為了根據(jù)不同型號(hào)射線機(jī)自動(dòng)選取適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)曝光管電壓，首先需要建立一個(gè)包括所有管電壓的參數(shù)表，內(nèi)有對(duì)應(yīng)推薦的曝光管電壓，用于為不同射線機(jī)提供3個(gè)推薦的曝光管電壓(U1,U2,U3)(見表1),如果有其他射線機(jī)型號(hào)的需求，可自定義修改。該表格可以單獨(dú)存放，也可以隱藏放在曝光曲線后面。

表1 各型號(hào)射線機(jī)管電壓 kV

黑度-厚度曲線計(jì)算區(qū)如圖2所示，在圖2所示的自動(dòng)計(jì)算區(qū)1中，在第一行管電壓A15中輸入“=LOOKUP($C$6,$A$28:$A$37,$C$28:$C$37)”，在第二行管電壓A16中輸入“=LOOKUP($C$6,$A$28:$A$37,$D$28:$D$37)”，在第三行管電壓A17中輸入“=LOOKUP($C$6,$A$28:$A$37,$E$28:$E$37)”。上述公式中，$C$6為管電壓?jiǎn)卧?A$28:$A$37為機(jī)型的最高管電壓，$C$28:$C$37,$D$28:$D$37,$E$28:$E$37為推薦曝光管電壓。這樣就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)根據(jù)不同型號(hào)射線機(jī)推薦適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)曝光管電壓。

圖2 黑度-厚度曲線計(jì)算區(qū)

在圖2的自動(dòng)計(jì)算區(qū)2中，第一行曝光時(shí)間B15內(nèi)為最小曝光量除以管電流，B16為最大曝光量除以管電流，分別輸入“=F7/F6”和“=G7/F6”，同理B17至B20。該步驟用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)透照時(shí)采用的曝光時(shí)間。

1.4 自動(dòng)計(jì)算基準(zhǔn)黑度時(shí)的工件厚度

將沖洗好的底片按曝光電壓和曝光電流分開，在每類底片上找到黑度剛好跨越基準(zhǔn)黑度的兩個(gè)階梯厚度，把稍小于基準(zhǔn)黑度的黑度和厚度輸入至D1和T1；將黑度稍大于基準(zhǔn)黑度階梯的黑度和厚度輸入至D2和T2(注意T2一定比T1小2 mm)。程序?qū)⑼ㄟ^如下的插值函數(shù)代替黑度-厚度曲線自動(dòng)計(jì)算出基準(zhǔn)黑度時(shí)的工件厚度。

(1)

式中：WBASE為基準(zhǔn)黑度時(shí)的厚度;DBASE為基準(zhǔn)黑度;D1為黑度小于基準(zhǔn)黑度的最鄰近黑度;T1為D1所在的階梯厚度;D2為黑度大于基準(zhǔn)黑度的最鄰近黑度;T2為D2所在的階梯厚度。

在圖2所示的手工輸入?yún)^(qū)1中輸入在試驗(yàn)底片上測(cè)得的黑度略小于基準(zhǔn)值最近鄰階梯的黑度和厚度，C15C20為黑度，D15D20為對(duì)應(yīng)的厚度，在手工輸入?yún)^(qū)2中輸入在試驗(yàn)底片上測(cè)得的黑度略大于基準(zhǔn)值的最近鄰階梯的黑度和厚度，E15E20為黑度，F(xiàn)15F20為對(duì)應(yīng)的厚度；注意，輸入時(shí)T1與T2之間的差值一定是階梯試塊的厚度差，如T1為20 mm，那么T2一定是比T1厚度少2 mm(一個(gè)臺(tái)階)的18 mm，根據(jù)這個(gè)原理，T2的第一個(gè)格F15內(nèi)公式為“=D15-2”，同理，T2下方的F16F20單元格中的公式為F15下拉填充公式。

在圖2的自動(dòng)計(jì)算區(qū)3中G15單元格中輸入“=IF(SUM(C15:F15)<>0,((F15-D15)/(E15-C15))*$F$11+(D15-((F15-D15)/(E15-C15))*C15),"")”,此算式為線性插值算法，用于確定基準(zhǔn)黑度下的厚度，G16G20單元格中公式為G15下拉填充公式。

1.5 生成曝光曲線

選取U1,U2,U3電壓曲線繪圖數(shù)據(jù)(見圖3)，插入曝光量-厚度散點(diǎn)圖(見圖4)。

圖3 繪圖數(shù)據(jù)選取

分別點(diǎn)選圖4中的3組數(shù)據(jù)點(diǎn)，右擊鼠標(biāo)選擇添加趨勢(shì)線，選指數(shù)曲線，再適當(dāng)美化及修改坐標(biāo)軸，就完成了曝光曲線的繪制(見圖5)。

1.6 有效期區(qū)及簽署區(qū)設(shè)計(jì)

時(shí)間有效區(qū)及簽字區(qū)如圖6所示，在圖6中，檢驗(yàn)日期C39為手工輸入，在有效期G12單元格內(nèi)輸入“=DATE(YEAR(C39)+1,MONTH(C39),DAY(C39))”，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)有效期一年的功能，其中C39為手工輸入的日期，打印簽字即可完成曝光量-厚度曲線的制作。

圖4 曝光量-厚度散點(diǎn)圖

圖5 曝光量-厚度曲線

圖6 時(shí)間有效區(qū)和簽字區(qū)

1.7 注意事項(xiàng)

(1) 階梯試塊中每一級(jí)臺(tái)階的寬度宜為35 mm,長(zhǎng)度宜為100 mm，應(yīng)根據(jù)管電壓的不同疊加適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充試塊，以使該次曝光中黑度跨越基準(zhǔn)黑度。

(2) 透照時(shí)，主射線束應(yīng)垂直于試塊，并對(duì)準(zhǔn)試塊中心，暗袋四周用鉛板遮擋，盡量不對(duì)地透照，以減少散射線影響。每次拍片前,在階梯試塊的固定位置放置曝光序號(hào)，切不可錯(cuò)放、漏放。

(3) 為減少暗室處理造成的黑度偏差，宜采用一次性暗室處理。

(4) 測(cè)量黑度時(shí)應(yīng)測(cè)量每個(gè)階梯中心部位的黑度，為防止測(cè)量誤差，取3次平均值輸入自動(dòng)表格(黑度計(jì)誤差不大于0.05)[12]。

2 實(shí)際曝光曲線

為了驗(yàn)證電子表格的實(shí)用性，用某國(guó)產(chǎn)XXG 3005型射線機(jī)進(jìn)行了實(shí)際透照，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 某國(guó)產(chǎn)射線機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

將上述數(shù)據(jù)填入該電子表格，自動(dòng)生成了如圖5所示的曝光曲線。

3 結(jié)論

介紹了一種利用EXCEL公式設(shè)計(jì)制作自動(dòng)曝光曲線的方法，表格內(nèi)置了黑度-厚度曲線功能，一步就可以得到擬合程度很好的曲線及其回歸方程，既可用于查圖，也可用于計(jì)算，具有容易使用的特點(diǎn)。用此方法一般只需透照6張底片，即可得到高精度的曝光曲線。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，這是一種簡(jiǎn)便、快捷制作X射線曝光曲線的方法。