工業(yè)電視的原理

射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)（工業(yè)電視）的原理、組成及維護(hù)講解

（主要介紹BSW公司的設(shè)備）

（講解：張斌）

一、射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)技術(shù)簡(jiǎn)介

所謂射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)技術(shù)，是隨著成像物體的變化圖像能迅速改變的電子學(xué)成像方法，即在透照的同時(shí)就可觀察到所產(chǎn)生的圖像的檢驗(yàn)方法。這種方法與射線照相檢驗(yàn)技術(shù)幾乎是同時(shí)發(fā)展的。

早期的射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)是x射線熒光屏檢驗(yàn)系統(tǒng)，它采用熒光屏將X射線照相強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換為可見光圖像，50年代左右引入了電視系統(tǒng)，通過電視攝像，在監(jiān)視器上觀察圖像。熒光屏圖像由于存在圖像亮度低、顆粒粗和對(duì)比度低的缺點(diǎn)，所以熒光屏圖像的細(xì)節(jié)和靈度都有低于膠片圖像，觀察這種屏的圖像，眼睛需經(jīng)30分鐘的暗適應(yīng)時(shí)間，上述原因限制了這種技術(shù)的發(fā)展。早期的圖像增強(qiáng)器的亮度增益為1200-1500，現(xiàn)代的圖像增強(qiáng)器，的亮度增益高達(dá)10000以上，并具有良好的分辨率力。70年代以后，其他技術(shù)的發(fā)展使得射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)技術(shù)產(chǎn)生了很大改變，主要包括：（可參考書230）

1、改進(jìn)圖像增強(qiáng)器主屏的材料

2、研制了適應(yīng)高能（可達(dá)lOMeV）射線的圖像增強(qiáng)器

3、引入數(shù)字圖像處理技術(shù)

4、應(yīng)用微（?。┙裹c(diǎn)X射線機(jī)，采用投影放大射線照相技術(shù)

這些使射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)技術(shù)取得了明顯的進(jìn)展，在中等厚度范圍其照相靈敏度已可接近射線照相水平。

成像檢驗(yàn)系統(tǒng)可分為兩種基本類型：

1、射線一可見光

2、射線—電子。然后再經(jīng)過后續(xù)的轉(zhuǎn)換過程形成圖像信號(hào)工業(yè)射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)一般為第二種

二、工業(yè)電視的基本構(gòu)成（）

1、高壓部分組成

1）高壓發(fā)生器

2）高壓電纜

3）X光管

4）高壓控制部份（操作裝置）

5）X光管保護(hù)裝置（水冷卻器）

2、接收元件組成

1）圖像增強(qiáng)器（包括三可變光學(xué)鏡頭、高像素?cái)z像機(jī)、鉛光柵）

2）接收處理裝置（包括顯示器、電腦及軟件）

3、安全防護(hù)組成

1）鉛房

2）鉛門

3）監(jiān)視（攝像頭、顯示器）

4）鉛門與高壓連鎖

4、電控及機(jī)械部份組成

1）操作臺(tái)（所有的電氣控控制均在操作臺(tái)上）

2）探臂及底座

3）圖像增強(qiáng)器支架

4）噴標(biāo)裝置

5）運(yùn)管小車

三、工業(yè)電視工作原理（見圖1）

1、射線的產(chǎn)生

1）通過高壓發(fā)生器及控制裝置產(chǎn)生到設(shè)定高壓加至X光管

2）X光管將接收到高壓激發(fā)陰極燈絲產(chǎn)生電子，撞擊陽極靶產(chǎn)生射線

2、顯示圖像

1）射線穿過工件（鋼管壁）照射到圖像增強(qiáng)器

2）圖像增強(qiáng)將接收到強(qiáng)度發(fā)生變化的射線轉(zhuǎn)換成可視圖像

3）圖像通過三可變光學(xué)鏡頭被攝像機(jī)捕抓經(jīng)過模擬信號(hào)傳輸?shù)斤@示器轉(zhuǎn)換成可視圖像

4）模擬信號(hào)同時(shí)傳輸?shù)诫娔X經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，可進(jìn)行降噪、負(fù)像、偽彩等功能處理提高圖像的對(duì)比度，分辨率，同時(shí)使影像的靈敏度得到相應(yīng)的提高。

圖1

四、主要原件的結(jié)構(gòu)

1、高壓發(fā)生器

由高壓變壓器、燈絲變壓器、硅堆、高壓電容、高壓絕緣油、高壓電纜頭座等

主要元件組成，采用全波整流線路并設(shè)置X射線燈絲變壓器

1、高壓電纜插座2、高壓電纜插座3、限流電阻4、電容5、電容夾件6、放電電阻7、硅堆8、高壓發(fā)生器9、充放電電阻10、接線柱罩12、燈絲變壓器

高壓發(fā)生器的電路講解，做為了解的內(nèi)容

2、高壓電纜二個(gè)電纜頭及幾米到十幾米的連接線組成，我們現(xiàn)用的二套設(shè)備均是20米的進(jìn)口高壓電纜

高壓電纜的構(gòu)造大體可分為以下幾部分：

1）保護(hù)層：是電纜的最外層

2）金屬網(wǎng)層：用銅、鋼、錫絲多根編織

3）半導(dǎo)體層：在絕緣層橡膠層外面，外觀類似橡膠層，有一定導(dǎo)電功能、為感應(yīng)電荷提供通道，避免它們之間因存在空氣而出現(xiàn)放電造成絕緣層老化。

4）主絕緣層：用來隔離芯線和金屬接地網(wǎng)之間的高壓。

5）芯線：有三根芯線，用來傳送燈絲加熱電流。

6）電纜頭：電纜的兩端的接頭。

3、X光管

我們公司設(shè)備選用的是COMETMXR-225/0.4-1.5金屬陶瓷管，電壓225KV,電

流7mA,雙焦點(diǎn)（大焦點(diǎn)1.5X1.5mm,小焦點(diǎn)0.4X0.4mm），也是目前國(guó)內(nèi)使用最多的

一種.性能比較穩(wěn)定.（還有一種進(jìn)口管，）

4、圖像增強(qiáng)器（是射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)的核心器件之一）

日本東芝6英寸圖像增強(qiáng)器（還有一種是湯姆遜也是進(jìn)口管，現(xiàn)在在上海有一個(gè)分廠可以制造）

5、聚焦電極6、輸出屏經(jīng)過圖像增強(qiáng)器所得到的可見光圖像亮度，比簡(jiǎn)單的熒光屏圖像亮度可提高30倍到10000倍，中心分辨率的典型值為40-60（線對(duì)/厘米Lp/cm）

5、三可變、攝像機(jī)三可變?yōu)橐唤M光學(xué)鏡頭，攝像機(jī)為美國(guó)產(chǎn)100萬像素

6、顯示器，電腦及電腦軟件逐行掃描進(jìn)口高分辯率工業(yè)用顯示器，電腦軟件采用大連研發(fā)的螺旋焊管工業(yè)電視檢測(cè)專用軟件。軟件具有對(duì)圖像降噪、負(fù)像、偽彩、可編號(hào)存儲(chǔ)、打印、刻錄等進(jìn)一步處理的功能，最終可提高圖像的對(duì)比度、靈敏度

7、鉛房、鉛門、監(jiān)視及連鎖裝置

由于X射線對(duì)人體有害，當(dāng)高壓升起時(shí)必須要有必要的安全防護(hù)。由于鉛的線衰減系數(shù)很高，一般常用鉛做為防護(hù)材料，也有用混凝土或混凝土加流酸鋇，可降低成本，我們公司采用的是混凝土加鉛板的防護(hù)方法，同時(shí)加裝與高壓連鎖的鉛門。還加裝有四個(gè)攝像頭，保證進(jìn)出鋼管的設(shè)備及人員安全。

8、機(jī)械裝置主要作用是保證鋼管運(yùn)送到被檢位置，對(duì)螺旋管可能略微復(fù)雜，對(duì)于直縫鋼管可能要簡(jiǎn)單，還可以提高檢測(cè)速度。

五、設(shè)備維護(hù)及注意事項(xiàng)

1、X光管的維護(hù)（指金屬陶瓷管）

新裝設(shè)備或停用時(shí)間超過24小時(shí)的設(shè)備均需進(jìn)行使用前訓(xùn)機(jī)

KV

時(shí)間/分

KV

時(shí)間/分

100

5

170

5

120

5

180

5

130

5

190

5

140

5

200

5

150

5

210

5

160

5

220

5

對(duì)于你們將來使用的機(jī)器要用到300KV，訓(xùn)機(jī)過程中必須保證工作與休息時(shí)間按1：1訓(xùn)機(jī)的必要性

訓(xùn)機(jī)的目的是排除空氣，提高真空度，如果不認(rèn)真訓(xùn)機(jī)，真空度不足，會(huì)影響電子發(fā)射，減少管電流，也可能嚴(yán)重放電，造成管電流突增。訓(xùn)機(jī)時(shí)可關(guān)察管電流的變化，如果管電流變化很大，需停機(jī)重新開始訓(xùn)機(jī)，如多次如此，可能管子性能下降或不能使用。

現(xiàn)在一般設(shè)備都有自動(dòng)訓(xùn)機(jī)程序，當(dāng)停機(jī)時(shí)間超過規(guī)定時(shí)間后，開機(jī)后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入訓(xùn)機(jī)狀態(tài)。

2、高壓電纜頭的維護(hù)應(yīng)該至少每半年進(jìn)行一次，如果工作環(huán)境潮濕最好一季度一次

維護(hù)方法：1）取下高壓發(fā)生器及X光管端電纜頭，檢查是否有爬電現(xiàn)象，2）對(duì)電纜頭及電纜頭座使用酒精清理干凈，主要是座腔內(nèi)必須認(rèn)真清理，保證不能留有灰塵在里邊，如果有灰塵，當(dāng)升高壓時(shí)會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，造成接頭爬電，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致高壓發(fā)生器電容及整流裝置擊損。或者X光管燈絲及真空受損二個(gè)設(shè)備均是主要元件，價(jià)格很高。

3）涂抹硅脂，一種高絕緣物質(zhì)，硅脂要涂抹均勻，

6）將電纜頭緊固到原位，緊固后必須保證三個(gè)接點(diǎn)接上，如果電纜頭固定座被調(diào)整過，可以采用測(cè)量深度法調(diào)整固定座。

7）連接后，在升高壓前首先測(cè)量高壓發(fā)生器電路燈絲電壓是否為規(guī)定值，如果是維護(hù)完成。

3、水冷卻器的維護(hù)

水冷卻器是保護(hù)X光管的主要設(shè)備，應(yīng)至少每月維護(hù)一次，由于主要是為X光管的陽極冷卻，也就是帶走X光管的99%的能量。因?yàn)橹挥?%的能量轉(zhuǎn)換成射線。維護(hù)方法：將水箱中水徹底放凈，將管路及箱體沖洗干凈，然后裝入蒸餾水或純凈水，

重要性：不及時(shí)清理，容易造成水路不暢，陽極降溫不足，輕者報(bào)過溫故障，嚴(yán)重時(shí)容易使X光管過熱燒壞。

4、其它維護(hù)

為了能使X光設(shè)備正常運(yùn)行，維護(hù)是很重要的一項(xiàng)工作，以上談的三點(diǎn)是主件的維護(hù)，其它輔助元件的維護(hù)也很重要，不能忽視。

定期檢查機(jī)械部分的潤(rùn)滑，清理調(diào)壓器表面的積碳，清理電氣元件上的灰塵等

六、工業(yè)電視的圖像和性能

1、影響圖像清晰度的因素主要是幾何不清晰度和屏的固有不清晰度在應(yīng)用中一般采用放大透照布置，在成像平面得到的缺陷圖像將產(chǎn)生一定程度的放大，放大程度決定于所選用的射線源與工件的距離和射線源與成像面的距離。

定義放大倍數(shù)M=F/ff為源到工件距離F為源到增強(qiáng)器的距離

則可導(dǎo)出幾何不清晰度Ug=df（M-1）

可見，幾何不清晰度除了相關(guān)于焦點(diǎn)尺寸，還相關(guān)于所選用的放大倍數(shù)。總的不清晰度由幾何不清晰度和屏的固有不清晰度決定，還要考慮運(yùn)動(dòng)不清晰度所以由于以上因素影響，常?？梢赃_(dá)到較高的對(duì)比度，但不能達(dá)到較好的清晰度射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)圖像質(zhì)量的主要指標(biāo)是空間分辨力（簡(jiǎn)稱為分辨力、分辨率）和對(duì)比度靈敏度。它也是射擊線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)綜合性能的主要指標(biāo)。

2、圖像的分辨力

分辨力是分析任何成像方法、成像系統(tǒng)和得到的圖像經(jīng)常使用的概念，它表示成像系統(tǒng)所得到圖像識(shí)別細(xì)節(jié)的能力。一般采用雙絲像質(zhì)計(jì)或線對(duì)測(cè)試卡，測(cè)定射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)或其圖像的空間分辨力。

采用線對(duì)測(cè)試卡測(cè)定空間分力時(shí)，分力值用線對(duì)/毫米或線對(duì)/厘米現(xiàn)在的設(shè)備經(jīng)測(cè)試可達(dá)到35線對(duì)/厘米，標(biāo)準(zhǔn)要求為大于15線對(duì)/厘米

3、圖像的對(duì)比度靈敏度

對(duì)比度靈敏度指沿射線束方向能發(fā)現(xiàn)缺陷的最小尺寸。通常表示為射線束在材料中穿過路徑長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)。

C=R/T+SX100%

式中：T對(duì)比度靈敏度測(cè)度塊的厚度

R平底方孔深度

S墊塊厚度

4、射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)性能的鑒定

鑒定包括初始鑒定和使用中的定期鑒定，常規(guī)一般在設(shè)備按裝時(shí)鑒定設(shè)備在使用中應(yīng)使用一種標(biāo)準(zhǔn)化的射線照相用像質(zhì)計(jì)進(jìn)行靈敏度測(cè)量，測(cè)量應(yīng)對(duì)所檢物體的最小厚度、最大厚度和未經(jīng)處理的圖像和經(jīng)處理的圖像進(jìn)行。也就是指在降噪后和降噪前均應(yīng)進(jìn)行。

七、使用操作輔件及相關(guān)事項(xiàng)

1、線對(duì)測(cè)試卡或雙絲像質(zhì)計(jì)主要是測(cè)定空間分辨力，線對(duì)測(cè)卡的典型樣式（見附圖），它由高密度材料（常用鉛箔）的柵條和間距形成占空比為1：1的線對(duì)力圖樣，密封在低密度材料（常用透明塑料薄板）中構(gòu)成，塑料厚度約1mm,鉛箔厚度等于最窄柵條的寬度，線對(duì)卡使用方便，可直接讀出分辨力值。

一般很少用雙絲像質(zhì)計(jì)，這里不做介紹

3瑟PbO.O5mm

Nr91237Lp/mm

2、像質(zhì)計(jì)像質(zhì)計(jì)是工業(yè)電視檢測(cè)常用工具，主要是測(cè)定動(dòng)態(tài)和靜態(tài)靈敏度。根據(jù)API5L及國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在每班工作前必須測(cè)定靈敏度，表明射線透照檢驗(yàn)是在適當(dāng)條件下進(jìn)行的，但像質(zhì)計(jì)的指示數(shù)值并不等于被檢焊縫中可以發(fā)現(xiàn)的自然缺陷的實(shí)際尺寸，因?yàn)樽匀蝗毕莸膸缀涡螤?、吸收系?shù)和三維位置的綜合函數(shù)。

1）金屬絲像質(zhì)計(jì)金屬絲像質(zhì)計(jì)按金屬絲的直徑變化規(guī)律，分為等差數(shù)列、等比數(shù)列、等徑、單絲等幾種型式，

我們使用的為等比數(shù)列像質(zhì)計(jì)的線徑比為10V10

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T5816、ISO2504

I

(1/7)

線號(hào)

1

2

3

4

5

6

7

線徑

3.2

2.5

2.0

1.6

1.25

1.0

0.8

II

線號(hào)

6

7

8

9

10

11

12

(6/12)

線徑

1.0

0.8

0.63

0.5

0.4

0.32

0.25

III

線號(hào)

10

11

12

13

14

15

16

(10/16)

線徑

0.4

0.32

0.25

0.2

0.16

0.125

0.1

像質(zhì)計(jì)的線徑d與線號(hào)z（像質(zhì)指數(shù)）之間有如下關(guān)系式:

d=106-z/10

z=6-10lgd

金屬絲像質(zhì)計(jì)的相對(duì)靈敏度按下式計(jì)算:

S=Dmin/TX100%

Dmin圖像上可識(shí)別的最小絲徑

T透照厚度

2）孔型像質(zhì)計(jì)

孔型像質(zhì)計(jì)是在一定材質(zhì),一定厚度的板材上鉆一定尺寸的小孔制成,使用方法不同,結(jié)果表示方法基本相式,也是百分比

3）像質(zhì)計(jì)的擺放

不管何種類型的像質(zhì)計(jì),擺放位置會(huì)直接影響像質(zhì)計(jì)靈敏度的指示值,一般要求

放在射線透照區(qū)內(nèi)顯示靈敏度較低部位,但在工業(yè)電視檢測(cè)不存在較低部位,因?yàn)榭呻S時(shí)調(diào)正,對(duì)于焊縫檢測(cè)要求將像質(zhì)計(jì)放在被檢焊縫射源一側(cè),并使金屬絲橫貫焊