碳纤维缠绕制品数字射线DR成像空间分辨率影响因素研究

刘 凯 刘义华 王晓勇 周 娥



碳纤维缠绕制品数字射线DR成像空间分辨率影响因素研究

刘 凯1刘义华2王晓勇1周 娥1

（1. 湖北三江航天江北机械工程有限公司， 孝感 432000；2. 火箭军装备部驻孝感地区第一军事代表室，孝感 432000）

采用不同的焦点尺寸和放大倍数对碳纤维缠绕试块进行了数字射线DR成像检测试验。试验结果表明，当其它检测参数不变时，使用最佳放大倍数检测获得的图像空间分辨率最高；使用较小尺寸的焦点检测获得的图像空间分辨率较高。本次试验结果为碳纤维缠绕制品数字射线DR成像检测焦点尺寸和放大倍数的选择提供了依据。

数字射线；碳纤维缠绕制品；空间分辨率

1 引言

碳纤维缠绕制品通常由碳纤维浸入树脂缠绕固化成型，成型过程中会产生孔洞、夹杂、分层、脱粘等缺陷，这些缺陷会直接影响产品的使用安全性，因此需对碳纤维缠绕制品的内部质量进行检测。数字射线DR检测是碳纤维缠绕制品内部质量检测的手段之一，采用数字射线DR检测必须对图像质量进行控制，保证检测结果的可靠性。空间分辨率是数字射线DR成像检测图像质量控制的重要指标之一，决定了图像最小可分辨细节的能力。

2 检测原理

X射线检测是利用射线在穿透物体的过程中会与物质发生复杂的相互作用，因吸收和散射使其强度衰减。强度衰减变化与被检测物体的衰减系数和射线在物质中穿过的厚度相关[1]。射线束穿过被检物品，通过面阵探测器接收采集穿过被检物品的射线信号，生成灰度图像。由于缺陷与正常区域的衰减系数不同，使缺陷部位透过的射线强度不同，在图像上形成一定的对比度，可根据影像形态和图像对比度判定缺陷。

3 数字射线DR成像检测技术应用研究

检测设备采用XYD-600数字射线DR成像检测系统，X射线机最大管电压600kV，面阵探测器像素尺寸100μm，X射线管焦点尺寸0.5mm/1.5mm（双焦点）。

3.1 焦点尺寸对图像空间分辨率影响测试试验

在相同的检测参数下，分别采用0.5mm、1.5mm的焦点对分辨率试块进行检测试验，测量不同焦点尺寸下图像的空间分辨率，经比较分析，确定焦点尺寸对图像空间分辨率的影响。

图1为焦点尺寸0.5mm、1.5mm的检测图像，图 2为焦点尺寸为0.5mm、1.5mm检测图像空间分辨率MTF曲线测试结果。图像分辨率按照瑞利判据20%可识别的测试数据如表1所示。

图1 检测图像

表1 图像分辨率测试数据

在其他检测条件不改变的情况下，焦点尺寸由0.5mm增加到1.5mm后透照检测，将导致图像空间分辨率由5Lp/mm下降为2.5Lp/mm。

3.2 放大倍数对检测图像空间分辨率影响测试试验

在相同的检测参数下，通过采用不同放大倍数对分辨率试块进行检测试验，测量不同放大倍数下图像的空间分辨率，经比较分析，确定放大倍数对图像空间分辨率的影响。

试验采用的面阵探测器像素尺寸为100μm，检测系统的理论固有不清晰度应为0.2mm；X射线管的焦点尺寸选用0.5mm。按式（1）确定的系统最佳放大倍数为1.25倍。

0——最佳放大倍数；U——固有不清晰；——焦点尺寸。

在相同的透照参数下，分别采用1.25倍、1.5倍和2倍的放大倍数进行试验。

图3为放大倍数1.25倍、1.5倍和2倍的检测图像，图4为1.25倍放大倍数检测图像空间分辨率MTF曲线测试结果，图5为1.5倍放大倍数检测图像空间分辨率MTF曲线测试结果，图6为2倍放大倍数检测图像空间分辨率MTF曲线测试结果。图像分辨率按照瑞利判据20%可识别的测试数据如表2所示。

图3 检测图像

图4 放大倍数1.25倍图像空间分辨率MTF曲线

图5 放大倍数1.5倍图像空间分辨率MTF曲线

图6 放大倍数2倍图像空间分辨率MTF曲线

表2 图像分辨率测试数据

通过试验结果图像及数据分析，在试验透照条件不变的情况下，使用最佳放大倍数获得的图像空间分辨率最高，可达到5Lp/mm，随着放大倍数的增加，图像的空间分辨率下降。

4 结束语

通过试验验证确认，针对碳纤维缠绕制品进行数字射线DR成像检测时，焦点尺寸和放大倍数的改变均对图像的空间分辨率有较大影响，为获得较高的图像空间分辨率，制品检测时，在满足检测条件的情况下，应尽可能采用小焦点和最佳放大倍数进行检测。

1 张小海. 射线检测[M]. 北京：机械工业出版社，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

刘凯（1992），本科，仪器仪表工程专业；研究方向：无损检测技术与应用研究。

2019-04-04