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微焦点X射线机数字成像技术与工业CT无损检测

  微焦点X射线机数字射线成像(Digital Radiograph, DR)和工业计算机断层扫描(Industrial Computed Tomography, ICT)是工业无损检测领域中的两个重要技术分支。DR检测技术,是20世纪90年代末出现的一种实时的X射线数字成像技术。

  相对于现今仍然普遍应用的射线胶片照相,DR检测最大的优点就是实时性强,可以在线实时地对生产工件结构介质不连续性、结构形态以及介质物理密度等质量缺陷进行无损检测,因此在快速无损检测领域里有广阔的发展前景。

  ICT技术是一种融合了射线光电子学、信息科学、微电子学、精密机械和计算机科学等领域知识的高新技术。它以X射线扫描、探测器采集的数字投影序列为基础,重建扫描区域内被检试件横截面的射线衰减系数分布映射图像。

  据此图像,可对被检试件的结构、密度、特征尺寸、成分变化等物理、化学性质进行判读和计量。其作为一种无损的非接触式测试技术,广泛应用于航空、航天、核能、兵器、汽车等领域产品和关键零部件的无损检测、无损评价以及逆向工程中。

  1 微焦点X射线机数字成像技术

  相对于现今仍然普遍应用的射线胶片照相,DR技术在很大程度上避免了图像信息丢失的不利因素。DR成像技术检测速度快、探测效率高,X射线辐射剂量小,曝光条件易于掌握。DR系统也可以方便地对图像进行存储和后处理。因此DR技术被广泛地应用于无损检测领域中。

  1.1 微焦点X射线机DR成像原理

  DR系统一般由射线源、待测物、探测器、图像工作站等几部分构成。对于DR检测技术而言,其核心部件是探测器。目前在工程实际中应用的探测器主要分为两种:图像增强器和非晶硅平板探测器。图像增强器首先通过射线转化屏将X射线光子转换为可见光,然后通CCD(Charge Coupled Device)相机将可见光转化为视频信号,可在监视器上实时显示,也可通过A/D采集卡转化为数字信号输入到计算机显示和处理。

  非晶硅平板探测器采用大规模集成技术,集成了一个大面积非晶硅传感器阵列和碘化铯闪烁体,可以直接将X光子转化为电子,并最终通过数模转换器(ADC)转变成为数字信号。平板探测器具有动态范围大和空间分辨率高的特性,可实现高速的DR检测,已成为工业DR检测技术发展的主流。

  射线源产生的X射线构成入射场强,经试件后发生衰减得到透射场强,之后透射场强作用在探测器上最终输出图像。当入射场强的射线照射到待测试件上时,X射线光子与试件物质原子发生相互作用,其中包括光电效应、康普顿效应和相干散射等。这些相互作用最终的结果是导致部分X射线光子被吸收或散射,即X射线光子穿过物质时被衰减。实际的衰减过程是与射线能量、物质密度和原子系数相关的。

微焦点X射线机


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