周 蒙,馬 劍
淺談DR系統(tǒng)與工業(yè)膠片的無損探傷應(yīng)用對(duì)比
周 蒙,馬 劍
(天津山德科技發(fā)展有限公司,天津 300220)
經(jīng)對(duì)焊接探傷的實(shí)際應(yīng)用比對(duì),闡述DR系統(tǒng)與工業(yè)膠片在各自體系內(nèi)的應(yīng)用狀況,對(duì)比其優(yōu)劣,并展望各體系在未來的發(fā)展方向。DR系統(tǒng)與工業(yè)膠片在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),仍將并行存在,相輔相成。
像質(zhì);靈敏度;應(yīng)用條件
焊接作為一種基本工藝方法,廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、橋梁、機(jī)械、冶金、能源、石油化工、建筑等行業(yè)。由于焊接過程經(jīng)常受到各種因素的影響,因此焊縫中不可避免地會(huì)出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等缺欠或缺陷。為了保證焊接構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量,國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定必須對(duì)焊縫進(jìn)行有效的無損檢測(cè),在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中射線檢測(cè)是廣泛采用的焊接質(zhì)量無損檢測(cè)方法,其檢測(cè)結(jié)果被作為焊縫缺陷分析和質(zhì)量評(píng)定的重要判定依據(jù)。
在黑色金屬、有色金屬及其合金或其它衰變系數(shù)較小的材料制作的器件型材零件,或焊縫的非破壞性射線探傷中,X射線拍片檢驗(yàn)以其顯示直觀、檢測(cè)靈敏度和分辨率高等特點(diǎn),成為了保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。
然而,伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)及圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展,成像面板直接數(shù)字成像技術(shù)是近些年發(fā)展起來的新的數(shù)字化成像技術(shù),也就是我們常說的DR(Digital Radiography)。目前,數(shù)字平板主要有非晶硅、非晶硒和CMOS三種。數(shù)字平板可以將射線直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像,能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。數(shù)字平板技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性如下:
①檢測(cè)速度和效率較高,可以進(jìn)行實(shí)時(shí)成像;
②成像的空間分辨率高,圖像質(zhì)量接近膠片照相水平;
③數(shù)字平板不能分割和彎曲,而且現(xiàn)場(chǎng)工作通常要求穩(wěn)定電源,有時(shí)使用不方便;
④數(shù)字平板價(jià)格昂貴。
除此之外,射線無損檢測(cè)采用的主要手段還有射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)、數(shù)字平板射線成像技術(shù)、工業(yè)CT技術(shù)等。這些檢測(cè)技術(shù)具有各自不同的優(yōu)點(diǎn)和局限性,還不存在一種技術(shù)可以完全取代其它技術(shù)的情況。
目前,在射線檢測(cè)焊接質(zhì)量方面,射線膠片照相技術(shù)應(yīng)用最為普遍,數(shù)字平板射線成像技術(shù)也有比較廣泛的應(yīng)用,并且隨著工業(yè)制造水平的提高,DR成像技術(shù)有迎頭趕上的趨勢(shì),我們將對(duì)這兩種射線檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比介紹。
DR直接數(shù)字成像技術(shù)是將一種新型的射線探測(cè)單元排列成一個(gè)陣列,并將它們直接與大規(guī)模集成電路連在一起,同步完成射線接收、光電轉(zhuǎn)換、數(shù)字化的全過程。這種“射線—數(shù)字”的直接轉(zhuǎn)換方法,減小了信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸和變換過程中產(chǎn)生的噪聲信號(hào),配合使用相應(yīng)的濾波電路可以獲得低噪聲、高靈敏度圖像。組成陣列的每一個(gè)射線探測(cè)單元都是經(jīng)過精加工制成的,其幾何尺寸為幾十微米,因此具有較高的空間分辨率。然而盡管如此,實(shí)施數(shù)字探測(cè)器陣列體系的一個(gè)障礙是,陣列的像素尺寸相對(duì)于膠片的小晶粒尺寸 (這點(diǎn)使膠片具有很高的空間分辨率)仍然過大。在最新發(fā)布的NB/T 47013.2-2015中,對(duì)工業(yè)射線膠片系統(tǒng)特征指標(biāo)的劃分,其中最高等級(jí)為C1的膠片系統(tǒng),在凈黑度為2的條件下所要求的最大顆粒度為0.018,由于用于膠片射線成像的設(shè)置,DR成像系統(tǒng)不可能實(shí)現(xiàn)所需的幾何分辨率,因此只能使用幾何放大的方法或補(bǔ)償原則 [提高圖像的信噪比(SNR)]來克服這個(gè)困難,實(shí)現(xiàn)所需的幾何分辨率。
補(bǔ)償原則指的是如果所用的DR數(shù)字探測(cè)系統(tǒng)不能達(dá)絲或孔和雙線型圖像質(zhì)量指示器(IQI)所示的圖像質(zhì)量指示器(IQI)靈敏度,則只能提高單線能見度來彌補(bǔ)過高的模糊度值。
比如對(duì)于B級(jí)壁厚10mm的鋼管,有必要使用W14號(hào)線和D11雙線,如果D11不能實(shí)現(xiàn),則只能進(jìn)行補(bǔ)償:從D11到D9下降兩級(jí),而從W14到W16提高兩級(jí)。
我們選取一段壁厚為17.5mm的鋼管進(jìn)行試驗(yàn),分別用DR成像與膠片照相進(jìn)行射線檢測(cè),獲取的靈敏度圖像如下:
圖1 DR成像靈敏度圖像
圖2 X光射線照相靈敏度圖像
由以上圖1、圖2對(duì)比可得,DR成像隱約可見12#鋼絲,靈敏度略大于1.1%;而射線拍片12#鋼絲清晰可見,靈敏度1.1%。由此可知DR成像的靈敏度僅與射線照相的靈敏度相當(dāng),雖然也符合標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)靜態(tài)圖像靈敏度不大于2%的要求,但考慮到其經(jīng)過了幾何放大及圖像補(bǔ)償?shù)仁侄魏螳@取的靈敏度效果,因此我們認(rèn)為射線照相所獲取的底片圖像在分辨率及靈敏度上較于DR成像系統(tǒng)還是有一定優(yōu)勢(shì)。
由于DR成像系統(tǒng)中探測(cè)陣列是由一個(gè)個(gè)射線探測(cè)單元組合而成,當(dāng)這些探測(cè)單元在使用過程中發(fā)生故障或其他原因而導(dǎo)致無法正常將接收到的射線光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生所謂的壞像素,他們與相鄰像素比較會(huì)顯現(xiàn)為灰度過高或過低的白點(diǎn)或黑點(diǎn),雖然標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定可以對(duì)探測(cè)器系統(tǒng)按照出廠規(guī)定進(jìn)行壞像素的校正,但是仍然不能忽略由其設(shè)備本質(zhì)所帶來的影響最終檢測(cè)結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。而膠片照相由于是通過X或γ射線在被檢材料或工件中發(fā)生的衰減變化,穿越而出的射線隨后與射線照相膠片發(fā)生光化學(xué)作用,對(duì)已感光的射線照相膠片進(jìn)行處理,得到一張以不同光學(xué)密度(圖像)的方式記錄和顯示被檢材料和工件內(nèi)部質(zhì)量密度的射線照相底片,這樣獲得的底片是最為原始、直觀分析判斷工件內(nèi)部質(zhì)量的資料,不會(huì)因?yàn)槭д婊蛟O(shè)備故障等原因而導(dǎo)致產(chǎn)生質(zhì)量異議。
同時(shí),DR成像系統(tǒng)雖然相對(duì)于射線膠片照相在生產(chǎn)效率上有所提高,但以目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)裝備制造水平,高頻高壓發(fā)生器雖然可以自行設(shè)計(jì)生產(chǎn),但是使用過程中故障率較高,常常由于內(nèi)部的電子元器件損壞而導(dǎo)致無法正常工作,而系統(tǒng)最為關(guān)鍵的設(shè)備-成像面板,國(guó)內(nèi)目前無法生產(chǎn),只能依靠進(jìn)口。以GE公司一套DR成像系統(tǒng)設(shè)備為例(包括高頻高壓發(fā)生器、控制器、高壓電纜、X射線管、冷卻器,面板選用鉑金愛默),僅硬件設(shè)備成本就在120-140萬元,并且只能提供固定場(chǎng)所的生產(chǎn)檢測(cè)任務(wù)。而射線膠片照相系統(tǒng)僅需一臺(tái)便攜式射線機(jī),部分耗材及簡(jiǎn)單的防護(hù)裝備即可進(jìn)行作業(yè),甚至包括高空、野外等特殊空間的非常規(guī)作業(yè),相較于DR成像系統(tǒng)的空間局限性要大一些;而由于一般的生產(chǎn)制造企業(yè)均為流水作業(yè),射線檢測(cè)崗位有可能成為制約其生產(chǎn)效率的瓶頸,依據(jù)最新發(fā)布的NB/T 47013.11-2015承壓設(shè)備無損檢測(cè)第11部分:X射線數(shù)字成像檢測(cè)第6.2.5.2規(guī)定,單位代碼、工件編號(hào)、焊縫編號(hào)、透照規(guī)格、檢測(cè)人員代碼、識(shí)別標(biāo)記等信息都應(yīng)寫入圖像文件的描述字段中,并具備不可更改性(如圖3),同時(shí)要求原則上每張圖像均應(yīng)有線型像質(zhì)計(jì)的影像。嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求,則勢(shì)必影響企業(yè)的生產(chǎn)效率,因此在生產(chǎn)效率的提高上,也是值得我們商榷的。
綜上所述,雖然DR成像系統(tǒng)借勢(shì)于計(jì)算機(jī)科技及圖像處理技術(shù)的發(fā)展,越來越成為一些生產(chǎn)單位現(xiàn)代化、數(shù)字化的追逐與象征,但是在可預(yù)見的將來,在關(guān)鍵崗位及對(duì)檢測(cè)技術(shù)有特殊要求的地方,我們?nèi)匀浑x不開膠片照相系統(tǒng),隨著材料學(xué)、各種高新技術(shù)的發(fā)展和提高,大寬容度、高顆粒度的膠片可以適應(yīng)于更加嚴(yán)格苛刻的測(cè)量環(huán)境,上世紀(jì)30年代以來人們長(zhǎng)期使用膠片照相所積累的經(jīng)驗(yàn),與數(shù)字掃描設(shè)備結(jié)合,必將使這一行業(yè)在未來的大生產(chǎn)過程中發(fā)揮出更有力的作用及貢獻(xiàn)。
圖3
《影像技術(shù)》征稿啟示
《影像技術(shù)》雜志是全國(guó)輕工感光材料信息中心、中國(guó)感光學(xué)會(huì)和天津遠(yuǎn)大感光材料公司共同主辦的技術(shù)性期刊,也是國(guó)家一級(jí)學(xué)會(huì)——中國(guó)感光學(xué)會(huì)的會(huì)刊。本刊主要報(bào)導(dǎo)國(guó)內(nèi)外影像技術(shù)方面的發(fā)展?fàn)顩r,數(shù)字成像技術(shù)和數(shù)字影像材料,以及醫(yī)學(xué)類、傳統(tǒng)感光材料和各種新型影像記錄系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。
◆欄目設(shè)置:綜述與發(fā)展、印刷制版、醫(yī)學(xué)影像、數(shù)碼影像、遙感與航空攝影、微縮成像與特種照相、工業(yè)射線照相、打印與輸出、經(jīng)營(yíng)管理與市場(chǎng)調(diào)研、知識(shí)窗口、名家名作。
◆投稿須知:
1.來稿要求選題新穎、觀點(diǎn)鮮明、資料準(zhǔn)確、說服力強(qiáng),具有一定的學(xué)術(shù)交流價(jià)值。
2.作者確保稿件的原創(chuàng)性,不一稿多投、不涉及保密、署名無爭(zhēng)議,文責(zé)自負(fù)。本刊有權(quán)對(duì)來稿進(jìn)行必要的刪改,如不同意刪改,請(qǐng)?jiān)谕陡鍟r(shí)說明。請(qǐng)作者自留底稿,恕不退稿。
3.論文的書寫格式要求:必須寫清文章題目、作者、正文、工作單位、電話、地址、郵編;并附有相應(yīng)的英文題目、作者、單位、摘要、關(guān)鍵詞等英文信息。多位作者稿件署名時(shí)須征得其他作者同意,排好先后次序。
本征稿啟事長(zhǎng)期有效。
歡迎廣大專家學(xué)者積極投稿!
地 址:天津市河西區(qū)洞庭路20號(hào)
郵 編:300220
電 話:022-88113470
傳 真:022-88112801
郵 箱:yixi@chinajournal.net.cn
yxjs_journal@163.com
TQ577
B
10.3969/j.issn.1001-0270.2015.06.26
2015-10-09
周蒙(1988-),男,漢族,天津人,大學(xué)本科,天津山德科技發(fā)展有限公司工作,研究員,研究方向:無損探傷技術(shù)。