数字射线检测中双线型像质计的放置方向

，，

(1.廊坊北检无损检测有限公司，廊坊 065001;2.中国石油天然气管道局第一工程公司，廊坊 065000)

数字射线检测(CR)时需要采用双线型像质计测量图像空间分辨率，笔者在进行一项管道CR检测课题研究时，发现双线型像质计的摆放方向对图像空间分辨率影响很大。例如：壁厚为22 mm钢板的单壁透照(AB级技术等级)时，双丝垂直于焊缝摆放可识别线号为D5，双丝平行于焊缝摆放时可识别线号D9，根据标准NB/T 47013.14—2016《承压设备无损检测 第14 部分:计算机辅助成像射线检测对空间分辨率的要求》应识别线号为D8，经过多次试验发现双丝垂直焊缝摆放时不能满足标准要求，只有双丝平行焊缝摆放时才能满足要求。

经过查询相关资料，ASME V(2013版)《锅炉及压力容器规范》第二章附录Ⅱ-286规定“当使用线型像质指示器时，射线透视检验系统可能呈现不对称灵敏度，因此，线径轴线应对准系统最低灵敏度的轴线。”IX-221.2条规定“当使用线型像质计时，放置两个线径轴成90°的像质计对系统进行不对称灵敏度评价，如果系统显示不对称灵敏度，线径轴应沿产生射线照相的最小灵敏度的系统轴线方向”。联系前后文，ASME V标准中说的是单丝像质计的对比灵敏度变化，也没有说明不对称灵敏度的原因。

经过分析，笔者认为上述问题的产生原因可能是所采用的射线机有效焦点形状不同，一个不对称的有效焦点在水平和垂直两个方向上的几何不清晰度不同，对单丝像质计细丝的本影灰度造成了影响。不清晰度大的本影灰度下降多，更难以发现；不清晰度小的细丝本影灰度大，容易发现。从而造成了两个方向的对比灵敏度不相同。双线型像质计的目的是测量空间分辨率，也就是图像的不清晰度，像质计放置方向对图像不清晰度的影响要远大于其对对比灵敏度的影响。

1 原因分析

1.1 射线机焦点的形状

射线机的有效焦点形状有正方形、长方形、圆形和椭圆形等，试验采用的国产XXG2505定向射线机焦点形状为正方形[1-2]，有效焦点尺寸(长×宽)为2.0 mm×2.0 mm，定向射线机内部结构和焦点尺寸如图1所示。

图1 定向射线机内部结构和焦点尺寸

周向射线机XXHz2505是锥形阳极靶，从阴极方向看过去的焦点形状是一个有一定宽度的环，因此厂家给出的焦点尺寸是环外径和环的宽度，如φ5 mm×0.8 mm，国外设备常这样表示，而国产设备常简化表示为矩形，如1.0 mm×2.5 mm，周向射线机内部结构和焦点尺寸如图2所示，采用的周向射线机XXHz2505有效焦点尺寸为1.0 mm×3.5 mm。

图2 周向射线机内部结构和焦点尺寸

1.2 不清晰度分析

检测的总不清晰度U与几何不清晰度Ug和探测器固有不清晰度UD的关系为[3]

(1)

在相同的条件下，探测器固有不清晰度UD是固定不变的，只存在几何不清晰度Ug的变化，因此为了定性分析，可忽略系统的固有不清晰度UD，空间分辨率R和不清晰度U之间为倒数关系,可知当几何不清晰度Ug改变时，图像空间分辨率R将随之呈倒数关系变化。

(2)

定向射线机最大几何不清晰度为[4]

(3)

(4)

Ug1max/Ug2max=1.0

(5)

式中：Ug1max为周向最大几何不清晰度;Ug2max为轴向最大几何不清晰度;L1为焦点到工件射线源侧表面的距离;L2为工件射线源侧表面到探测器间的距离。

周向射线机最大几何不清晰度为

(6)

(7)

Ug1max/Ug2max=3.5

(8)

图3 长方形焦点导致的几何不清晰度变化示意

可见，定向射线机正方形焦点所测量的几何不清晰度是对称的；而周向射线机焦点的这种不对称形状，使轴向与周向两个方向呈现不同的几何不清晰度，其周向与轴向几何不清晰度之比等于焦点在对应方向的尺寸之比。当双线型像质计的丝垂直焊缝时(像质计顺焊缝摆放)，因为周向射线机的周向几何不清晰度大，所以双线型像质计测量的空间分辨率降低；反之，当双丝平行于焊缝时(像质计垂直焊缝摆放)，得到的空间分辨率又高于前者。

2 试验过程

试验工件为φ1 219 mm×18.4 mm(外径×壁厚)，试验使用两台X射线机，分别为定向X射线机，型号为XXG2505，周向X射线机型号为XXHz2505，曝光参数均为180 kV,5 mA，焦距为609 mm，单壁单影(中心)曝光。CR激光扫描仪为德尔CR-35,成像板为Carestream INDUSTREX Flex HR型全新板,扫描步进为50 μm，其他参数采用系统默认。

曝光量应保证母材处数字图像灰度约50%，NB/T 47013.14-2016标准要求的空间分辨率应识别线号为D8，对比灵敏度应识别线号为W11。将两只单丝型及两只双线型像质计贴在管道内壁射线源侧，像质计摆放位置示意如图4所示，为防止背散射，在成像板背部贴厚2 mm的铅板，透照布置示意如图5所示。分别用定向射线机和周向射线机拍摄，图6为定向射线机透照影像，透照参数为180 kV,30 s；图7为周向射线机透照影像，透照参数为180 kV,84 s。实际照相中两种射线机可识别的线号见表1。

对于普通单丝型像质计，可以通过表1中的数据看出，两个方向的测量值均为W11，说明定向射线机在两个方向上的对比灵敏度是相同的。试验中的周向射线机两个方向的测量值也是相同的，均为W11，没有发现不对称对比灵敏度的问题。

图4 像质计摆放位置示意

图5 透照布置示意

图6 定向射线机透照影像

图7 周向射线机透照影像

射线机类型单丝型像质计双线型像质计垂直平行垂直平行定向射线机W11W11D8D9周向射线机W11W11D5D9

对于双线型像质计，定向射线机测量的两个空间分辨率分别是D8和D9，证明定向射线机所测量的空间分辨率方向性不强；而周向射线机两个方向的测量值分别是D5和D9，几乎相差一倍。这表明周向射线机的不对称焦点形状导致了不对称的空间分辨率测量值，证实了前文的分析。

3 结论

(1) 在常规胶片照相过程中，采用定向射线机及单丝像质计测量对比灵敏度时,周向及轴向几何不清晰度不同的问题不明显，但管道检测爬行器采用锥靶周向射线机，其使用单丝像质计，丝轴线垂直于焊缝，像质计灵敏度是低于丝轴线平行于焊缝的，完全符合ASME V标准的“低灵敏度方向布置”要求。但是，在数字射线照相中，需要使用双丝型像质计测量图像空间分辨率，通过试验可知，这种由于非对称焦点形状带来的影响不容忽视，双线型像质计的摆放方向值得重视。

(2) 标准NB/T 47013.14-2016中5.12.3条规定:测定数字图像分辨率时，双线型像质计应放在被检工件的源侧表面,且“b”值较大部位。附录B中数字图像分辨率测试条件中规定“双线型像质计放在被检工件源侧表面，透照条件与实际检测条件一致”，只是规定了双线型像质计应该放在哪的问题，没有规定放置方向的问题。

(3) 根据分析及试验结果，笔者认为标准应更加明确地规定双线型像质计的摆放方法，如直接规定双丝应平行焊缝放置，或者对于不同的摆放方向规定不同的图像空间分辨率。

(4) 因为不清晰度与焦点尺寸等有关，即与贴在射线源侧或工件侧有关，贴在工件侧时，上述影响较小。试验中双线型像质计贴于射线源侧，使用的是国产普通周向及定向射线机，不能代表全部实际情况。