X射线照相缺陷定位方法分析与验证

    0 引言

    普通 X 射线照相技术是典型的二维成像技术。在实际应用中，很多时候需要准确掌握内部特征和缺陷在材料内部的深度位置，为缺陷修补、缺陷危害评价提供必要的信息，深度测量成为一种必然要求。目前，在 X 射线检测领域，缺陷定位技术应用并不广泛，其主要原因是工程化研究和定位误差分析未得到进一步开展。本文在理论推导的基础上，系统阐述了公式法和双标记法两种缺陷定位方法，着重分析了双标记法的原理，推导解析了缺陷深度计算公式，并对缺陷定位精度进行了详细分析，最后通过实测进行了验证。

    1 缺陷深度定位的公式法

    X 射线底片影像只能给出两个方向上的信息，对于第三个方向上内部情况，则需在另一个方向上投影。射线照相从原理上可以形成第三个方向投影，但受被检测物几何尺寸和射线源能量等制约，现实中常无法实现。因此偏离原有投影方向，开展两次曝光照相，形成准第三方向影像，是缺陷深度定位的一种必然选择［1］。

    1． 1 射线照相两次曝光原理

    当 X 射线穿过被检物时，包括缺陷在内的物体内部情况被直线投射在射线胶片上形成潜影。在射线胶片完成一次曝光后，变换射线源与物体的相对位置进行二次曝光，经暗室处理，形成了同一张底片上两次曝光影像，见图 1。

    1． 2 原理分析

    图2 中 A、B 两点为射线源的两个位置，C 点位为缺陷位置，H 为缺陷到胶片高度，射线源从 A 点平行底片移动到 B 点，根据几何原理，可知 △ABC ∽△A0B0C。

    式中，焦距 F 可以事先测得，A0、B0是缺陷点 C 两次曝光后在底片上的投影，因此，缺陷在两次曝光后移动的距离可从底片上测量，AB 是焦点移动位置，也是可以实际测量的长度。由此，缺陷点 C 到胶片平面的高度 H 可以通过计算获得。

    根据式( 1) 进行缺陷定位的方法称为公式法［2］。

    1． 3 适用范围

    公式法原理简单、计算简便，但实际应用中却存在一些问题。主要体现在测量过程的精度控制方面。在式( 1) 中，焦距 F 和射线源相对位移 AB 以及缺陷在底片上投影 A0B0都参与计算，而在工业射线探伤机的实际操作中，上述三个数据的测量都会存在误差，尤以 F 的精确测量难度最大，另外公式法还有一个需要胶片紧贴被检测物平面的隐含条件。因此，公式法的适用范围较小。

    1． 4 线性化及误差分析

    从式( 1) 可知: 缺陷 C 距离底片高度 H 与缺陷底片上投影的位移量 A0B0是非线性关系。当 H 接近 F时，即焦距过小，或缺陷位置过高( 被检物过厚) ，缺陷的投影距离 A0B0将变得无限大; 而当 H 趋于 0 时，即缺陷位置较低时，缺陷投影距离 A0B0趋近 0。