基于膠片特性曲線的曝光曲線制作新方法

張強(qiáng)等

摘要：本文基于制作曝光曲線的目的意義，探討利用膠片特性曲線的曝光曲線制作新方法，并將其制作原理與傳統(tǒng)曝光曲線制作原理作對(duì)比，突出其優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：膠片特性曲線 曝光曲線 制作原理

1 制作曝光曲線的目的意義

曝光曲線是射線檢測(cè)中選擇曝光參數(shù)用的曲線，對(duì)于不同厚度的工件，為了快速、準(zhǔn)確的選擇其曝光量，常采用這種曲線。

由于曝光曲線制作流程繁瑣，僅能應(yīng)用在某些特定環(huán)境中，并且在應(yīng)用過程中須定時(shí)校驗(yàn)、修正曲線，有時(shí)甚至需要重新制作，這極大的影響了曝光曲線的實(shí)際應(yīng)用效果。業(yè)界亟需研究一種新方法，僅需通過計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)和膠片特性曲線制作曝光曲線，也就是說僅需透照少量的階梯試塊就能制作一臺(tái)x射線機(jī)的曝光曲線。

在x射線探傷中，可能影響x射線底片質(zhì)量的因素非常多，其中一項(xiàng)最關(guān)鍵的因素就是對(duì)曝光工藝參數(shù)的把握。具體來講，影響曝光程度的曝光工藝參數(shù)除了有焦距、電流和電壓以外，曝光時(shí)間也是一重要因素。這些曝光參數(shù)會(huì)在焦點(diǎn)老化的過程中逐漸調(diào)整。因此在探傷工作中透照某一工件的厚度時(shí)，大多數(shù)新手要自行照出高質(zhì)量的底片往往需要投入大量的時(shí)間和精力。即使是透照能手，要使用一臺(tái)新機(jī)器照出高質(zhì)量的底片，也必須花費(fèi)一定的時(shí)間來調(diào)整透照參數(shù)。因此，當(dāng)前有一個(gè)問題亟待解決，就是以何種形式制作曝光曲線才能具有速度快、精度高、節(jié)約材料等特點(diǎn)。過去制作曝光曲線的方法也有幾種，例如文獻(xiàn)中提出透照階梯試塊的制作方法和直接描點(diǎn)的方法。這兩種方法是雖然繪制出的曲線準(zhǔn)確但是操作起來十分繁瑣。而現(xiàn)在通過長(zhǎng)時(shí)間的研究和發(fā)展，新方法的也出現(xiàn)的很多，如《利用膠片特性曲線制作曝光曲線的新方法及其應(yīng)用》，是利用膠片特性曲線制作曝光曲線的制作方法，通過實(shí)驗(yàn)和比較，該方法與傳統(tǒng)方法相比具有速度快、精度高、節(jié)約材料等特點(diǎn)，制作起來相對(duì)簡(jiǎn)單，而且滿足要求。在實(shí)際操作中比較實(shí)用，雖然現(xiàn)在這種新方法并沒有得到很多人的認(rèn)識(shí)，我想過不了多久，通過它的速度快、精度高、節(jié)約材料等特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，這種新方法一定會(huì)得到普及的。

2 利用膠片特性曲線制作曝光曲線的過程

在以下制作曝光曲線的過程中會(huì)利用到膠片特性曲線。在這里具體介紹一下射線膠片的特性。

2.1 X射線膠片的特性

射線膠片的大部分感光特性可定量表示在膠片特性曲線上，如感光度（S）、灰霧度（D0）、梯度（G）、寬容度（L）、最大密度（Dmax）。

膠片特性曲線是表示曝光量與底片黑度之間關(guān)系的曲線，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，以對(duì)數(shù)軸為橫坐標(biāo)軸表示曝光量，以普通坐標(biāo)軸為縱坐標(biāo)軸，表示底片的黑度，通過實(shí)驗(yàn)找出曝光量與底片黑度之間的關(guān)系，繪制在坐標(biāo)紙上，即可畫出膠片的感光特性曲線。

膠片經(jīng)過曝光和暗室處理后稱為底片，對(duì)射線照相則常稱為射線照片。底片上各處的金屬銀密度不同，所以各處透光的程度也不同。底片的光學(xué)密度即是底片不透明程度，它表示了金屬銀使底片變黑的程度，所以光學(xué)密度通常簡(jiǎn)單地稱為黑度。如圖1所示，設(shè)入射到底片黑度。

2.2 制作原理

擬合曝光曲線時(shí)所用數(shù)據(jù)可通過膠片特性曲線獲取。通過膠片特性曲線可獲知曝光量和底片黑度之間的關(guān)系。也就是說在特定條件（管電壓等不變）下，我們可以根據(jù)膠片特性曲線上底片黑度的變化情況獲取與之對(duì)應(yīng)的曝光量的變化值。在特定的管電壓（kV）、曝光量（E0）下透照一階梯試塊，通過暗室處理能夠獲得一組透照厚度與相對(duì)應(yīng)的黑度之間的關(guān)系數(shù)據(jù)T1、T2……Ti、所對(duì)應(yīng)的黑度D1、D2……DI，即：

T1、T2……Ti

D1、D2……Di

然后選擇較合適的若干對(duì)數(shù)據(jù)并設(shè)基準(zhǔn)黑度為D0（所要制作曝光曲線的黑度），利用膠片特性曲線的特點(diǎn)，則各相應(yīng)厚度值T在管電壓（kV）下要達(dá)到基準(zhǔn)黑度D0所需要的曝光量，首先在膠片特性曲線上查出D0所對(duì)應(yīng)的曝光量H0，從得到的厚度與黑度的關(guān)系數(shù)據(jù)中取黑度D1在膠片特性曲線上查出D1所對(duì)應(yīng)的曝光量H1所需的曝光量為：

H0——為膠片特性曲線上黑度為D0上所對(duì)應(yīng)的曝光量值

H1——為膠片特性曲線上黑度為D0上所對(duì)應(yīng)的曝光量值

這樣就得到一組在一定管電壓（kV）、一定黑度（D0）下的厚度-曝光量關(guān)系數(shù)據(jù)。選擇其它管電壓（kV）、曝光量（E0）分別對(duì)階梯試塊進(jìn)行透照，同樣可以得到一組在管電壓為kV、黑度為D0下的厚度-曝光量關(guān)系數(shù)據(jù)。將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法的直線擬合，如果對(duì)于每條曲線當(dāng)透照厚度超過適當(dāng)?shù)闹抵?，曲線呈現(xiàn)為直線。就可以得到在管電壓（kV）下的數(shù)學(xué)模型公式：

kV1：T=f1（lgE）（2.2）

根據(jù)曝光量-厚度曝光曲線的擬合得到函數(shù)關(guān)系：

取E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8，分別代人上述公式

Ej：T=fj（kV）

又可以得到在一定曝光量（E）、一定黑度（D0）下的8組管電壓一厚度關(guān)系數(shù)據(jù)。再用最小二乘法的直線擬合，也可以得到在曝光量（Ei ）下的相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型公式：

Ej：T=fj（kV）（2.3）

3 分析與結(jié)論

按照傳統(tǒng)的曝光曲線的制作方法，E-T或V-T曝光曲線均需用直線擬合。這表明透照厚度大于一定數(shù)值，吸收系數(shù)就變成定值，而且要假設(shè)連續(xù)寬束X射線穿透試件時(shí)被材料濾去的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的射線量恰好等于因厚度而增加的康瞢頓散射線量，這在理論上似難圓其說。通過實(shí)驗(yàn)和比較，傳統(tǒng)不僅制作起來十分繁瑣，而且還要整理大量的數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中帶來很多不便。利用膠片特性曲線制作曝光曲線的方法與傳統(tǒng)方法相比具有速度快、精度高、節(jié)約材料等特點(diǎn)制作起來相對(duì)簡(jiǎn)單，而且滿足要求。在利用膠片特性曲線制作曝光曲線的實(shí)際制作過程當(dāng)中，常常會(huì)出現(xiàn)透照階梯試塊時(shí)得到的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，最后導(dǎo)致在擬合過程中出現(xiàn)線與線交叉，在制作V-T曝光曲線過程中，本應(yīng)該用拉格朗插值的方法進(jìn)行曲線擬合，但是由于數(shù)據(jù)有所偏差，繪制起來比較困難，所以我選擇用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，用直線擬合也能夠滿足實(shí)際工作中的需要。最后得到的曝光曲線無論改變其焦距、黑度、材料、膠片類型都會(huì)制作出相應(yīng)的新的曝光曲線來。

當(dāng)然本次實(shí)驗(yàn)也存在一些不足，沒有用制作出來的曝光曲線對(duì)實(shí)際工件進(jìn)行探傷，以檢查曝光曲線的準(zhǔn)確性。另外對(duì)于lgE-T的關(guān)系曲線在厚度較小時(shí)由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不足偏差沒有進(jìn)行曲線擬合，同時(shí)V-T曲線也是用直線來擬合。利用本次實(shí)驗(yàn)的理論和方法，如果能夠編制出一套軟件系統(tǒng)，只需要輸入你所需要的參數(shù)就能夠繪制出你想得到的曝光曲線來。這樣會(huì)更方便的用于實(shí)際工作當(dāng)中提高工作效率。

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