碳纖維纏繞制品數字射線DR成像空間分辨率影響因素研究

劉 凱 劉義華 王曉勇 周 娥

?

碳纖維纏繞制品數字射線DR成像空間分辨率影響因素研究

劉 凱1劉義華2王曉勇1周 娥1

（1. 湖北三江航天江北機械工程有限公司， 孝感 432000；2. 火箭軍裝備部駐孝感地區第一軍事代表室，孝感 432000）

采用不同的焦點尺寸和放大倍數對碳纖維纏繞試塊進行了數字射線DR成像檢測試驗。試驗結果表明，當其它檢測參數不變時，使用最佳放大倍數檢測獲得的圖像空間分辨率最高；使用較小尺寸的焦點檢測獲得的圖像空間分辨率較高。本次試驗結果為碳纖維纏繞制品數字射線DR成像檢測焦點尺寸和放大倍數的選擇提供了依據。

數字射線；碳纖維纏繞制品；空間分辨率

1 引言

碳纖維纏繞制品通常由碳纖維浸入樹脂纏繞固化成型，成型過程中會產生孔洞、夾雜、分層、脫粘等缺陷，這些缺陷會直接影響產品的使用安全性，因此需對碳纖維纏繞制品的內部質量進行檢測。數字射線DR檢測是碳纖維纏繞制品內部質量檢測的手段之一，采用數字射線DR檢測必須對圖像質量進行控制，保證檢測結果的可靠性。空間分辨率是數字射線DR成像檢測圖像質量控制的重要指標之一，決定了圖像最小可分辨細節的能力。

2 檢測原理

X射線檢測是利用射線在穿透物體的過程中會與物質發生復雜的相互作用，因吸收和散射使其強度衰減。強度衰減變化與被檢測物體的衰減系數和射線在物質中穿過的厚度相關[1]。射線束穿過被檢物品，通過面陣探測器接收采集穿過被檢物品的射線信號，生成灰度圖像。由于缺陷與正常區域的衰減系數不同，使缺陷部位透過的射線強度不同，在圖像上形成一定的對比度，可根據影像形態和圖像對比度判定缺陷。

3 數字射線DR成像檢測技術應用研究

檢測設備采用XYD-600數字射線DR成像檢測系統，X射線機最大管電壓600kV，面陣探測器像素尺寸100μm，X射線管焦點尺寸0.5mm/1.5mm（雙焦點）。

3.1 焦點尺寸對圖像空間分辨率影響測試試驗

在相同的檢測參數下，分別采用0.5mm、1.5mm的焦點對分辨率試塊進行檢測試驗，測量不同焦點尺寸下圖像的空間分辨率，經比較分析，確定焦點尺寸對圖像空間分辨率的影響。

圖1為焦點尺寸0.5mm、1.5mm的檢測圖像，圖 2為焦點尺寸為0.5mm、1.5mm檢測圖像空間分辨率MTF曲線測試結果。圖像分辨率按照瑞利判據20%可識別的測試數據如表1所示。

圖1 檢測圖像

表1 圖像分辨率測試數據

在其他檢測條件不改變的情況下，焦點尺寸由0.5mm增加到1.5mm后透照檢測，將導致圖像空間分辨率由5Lp/mm下降為2.5Lp/mm。

3.2 放大倍數對檢測圖像空間分辨率影響測試試驗

在相同的檢測參數下，通過采用不同放大倍數對分辨率試塊進行檢測試驗，測量不同放大倍數下圖像的空間分辨率，經比較分析，確定放大倍數對圖像空間分辨率的影響。

試驗采用的面陣探測器像素尺寸為100μm，檢測系統的理論固有不清晰度應為0.2mm；X射線管的焦點尺寸選用0.5mm。按式（1）確定的系統最佳放大倍數為1.25倍。

0——最佳放大倍數；U——固有不清晰；——焦點尺寸。

在相同的透照參數下，分別采用1.25倍、1.5倍和2倍的放大倍數進行試驗。

圖3為放大倍數1.25倍、1.5倍和2倍的檢測圖像，圖4為1.25倍放大倍數檢測圖像空間分辨率MTF曲線測試結果，圖5為1.5倍放大倍數檢測圖像空間分辨率MTF曲線測試結果，圖6為2倍放大倍數檢測圖像空間分辨率MTF曲線測試結果。圖像分辨率按照瑞利判據20%可識別的測試數據如表2所示。

圖3 檢測圖像

圖4 放大倍數1.25倍圖像空間分辨率MTF曲線

圖5 放大倍數1.5倍圖像空間分辨率MTF曲線

圖6 放大倍數2倍圖像空間分辨率MTF曲線

表2 圖像分辨率測試數據

通過試驗結果圖像及數據分析，在試驗透照條件不變的情況下，使用最佳放大倍數獲得的圖像空間分辨率最高，可達到5Lp/mm，隨著放大倍數的增加，圖像的空間分辨率下降。

4 結束語

通過試驗驗證確認，針對碳纖維纏繞制品進行數字射線DR成像檢測時，焦點尺寸和放大倍數的改變均對圖像的空間分辨率有較大影響，為獲得較高的圖像空間分辨率，制品檢測時，在滿足檢測條件的情況下，應盡可能采用小焦點和最佳放大倍數進行檢測。

1 張小海. 射線檢測[M]. 北京：機械工業出版社，2014

Study on Influencing Factors of Spatial Resolution of Digital Radiographic (DR) Testing for Carbon Fiber Winding Products

Liu Kai1Liu Yihua2Wang Xiaoyong1Zhou E1

(1.Hubei Sanjiang Aerospace Jiangbei Mechanical Engineering Co., Ltd., Xiaogan 432000;2. First Military Representative of the Rocket Army Equipment Department in Xiaogan Area, Xiaogan 432000)

The digital radiographic (DR) testing experiments were carried out on the carbon fiber winding specimens with different focus sizes and magnifications. The results show that when the other parameters are consistent, the images that obtained at the optimum magnification have the best spatial resolution, and the images that obtained at the smaller focus have the better spatial resolution. The results provide a basis for the choice of focus size and magnification of digital radiographic (DR) testing for carbon fiber winding products.

digital radiography；carbon fiber winding products；spatial resolution

劉凱（1992），本科，儀器儀表工程專業；研究方向：無損檢測技術與應用研究。

2019-04-04