2019检测课11：射线检测

Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University
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关于“射线”
易于穿透物质的射线：x 射线、γ射线、中子流 x 射线与γ射线都是波长（约0.05 ~100×10-8 cm）很短的电磁波 ，是本质相同的电磁辐射，二者区别只是发生方法不同。
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今日授课内容
射线检测的基本概念 射线检测用例和需求 检测用“三种射线” x 射线的发生、性质、作用 x 射线照相法探伤和计算机辅助判片 x 射线图像增强工业电视人工实时检测 x 射线动态成像处理自动检测
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x 射线的发生
x射线管是一种两极电子管。阴极灯丝通有电流，在真空中产 生热电子发射。两极间施加几十千伏乃至几百千伏的管电压，电 子由阴极向阳极加速飞行形成管电流，电子撞击阳极金属靶时， 动能大部分转变为热能，同时一部分转变为射线能，x射线透过 管壁向外发射。
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x 射线的发生
x射线谱由连续谱和波长范围极狭而强度很大的线谱组成。
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假若波长相同，则被穿透的物质原子序数越大，μ就越大，物质 的密度越大μ也越大，即按水、铝、铁、铜、铅的顺序增大。
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射线的衰减
x射线和γ射线穿过物体时，产生吸收和散射导致射线强度衰减。 射线波长越长，衰减的吸收效应越大。
由于γ射线源比x 射线装置小， 所以有利于在场地较狭窄或野外 检测时应用。
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x 射线 和 γ 射线的性质
在真空中以光速沿直线传播，不受电磁场影响。 在媒介界面可以发生反射、折射。 也可以发生干涉、衍射现象。 x射线人眼不可见，但能够穿透不透明的物体，波长较短的硬射 线（光子能量大）穿透物体能力强，波长较长的软射线（光子能量 小）穿透物体能力较弱。 射入物体时将与物质发生复杂的物理或化学作用，如：使物质原 子发生电离，使某些物质发出荧光，使某些物质产生光化学反应。 具有辐射生物效应，能够杀伤生物细胞，损害生物组织，危及生 物器官正常功能。
标准状态下，使每立方厘米的空气产生一个静电单位电量的照 射剂量 —— 1伦琴。
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x 射线的发现
1895 年 11 月 8 日 傍 晚 ， 德 国 物理学家伦琴在沃兹堡大学的 实验室发现了 x 射线。这是历 史上第一张 x 光照片——伦琴 夫人的左手。这是二十世纪物 理学发展的一个里程碑式的标 志。伦琴获得了世界上第一次 诺贝尔奖。
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x 射线的性质
连续 x射线照射物体，随着穿透厚度的增加，波长较长的部分更 多被吸收，衰减系数不是一个定值，也就是说射线的线质在穿透后 变硬了。
在实际应用中，一般采用半价层（射线强度减弱为一半的穿透厚 度）来表示线质。半价层用物质名称＋厚度来表示，例如：铁0.9毫 米。半价层愈薄，线质愈软。
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x 射线胶片照相法探伤
将强度均匀的射线照射在被检物体上，透过的射线在照相胶片 上感光，将胶片显影、定影、水洗和干燥后就可得到与物体内部 结构相对应的黑度不同的底片。在显示屏上通过对底片的观察来 判断缺欠种类、尺寸、分布等。
穿透性 大 小
线质 硬 软
波长 短 长
衰减系数 小 大
半价层 厚 薄
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x 射线检测数字化方法分类
胶片照相法
X 射线检测
静态成像
பைடு நூலகம்
实时成像法 动态成像
X 射线图像获取
静态图像处理
动态图像处理 X 射线图像处理
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今日授课内容
射线检测的基本概念 射线检测用例和需求 检测用“三种射线” x 射线的发生、性质、作用 x 射线照相法探伤和计算机辅助判片 x 射线图像增强工业电视人工实时检测 x 射线动态成像处理自动检测
测试与检测技术基础课程
第11周：射线检测
今日授课内容
射线检测的基本概念 射线检测用例和需求 检测用“三种射线” x 射线的发生、性质、作用 x 射线照相法探伤和计算机辅助判片 x 射线图像增强工业电视人工实时检测 x 射线动态成像处理自动检测
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光子的能量 ε＝ hν 光子不带电荷 静止质量为零 在真空中沿直线以光速（c = 2.998×108m.s-1）传播。
光子具有波粒二象性。
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今日授课内容
射线检测的基本概念 射线检测用例和需求 检测用“三种射线” x 射线的发生、性质、作用 x 射线照相法探伤和计算机辅助判片 x 射线图像增强工业电视人工实时检测 x 射线动态成像处理自动检测
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射线的照相作用
当 x射线或 γ射线照射胶片时，由于乳胶膜上的卤化银产生潜象中 心，经过显影和定影后就会黑化。
因为 x射线和 γ射线的照相作用比普通光线小很多，必须使用特殊 规格的胶片。
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x 射线的发生
改变管电流或靶金属种类，能改变x射线的相对强度。连续x射 线强度大致与管电压平方和管电流大小成正比。x射线强度还与靶 材料原子序数成正比。
改变管电压，才能改变x射线谱的分布。提高管电压，平均波长 变短，线质硬化，容易穿透物体。
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射线波长越短，衰减的散射效应越大。
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射线的电离作用
当射线照射气体时，呈中性的气体分子吸收了射线的能量而放 射出电子，成为正离子。
被电离的气体分子与射线剂量成正比，利用这个作用可以测量 照射剂量。常用作安全管理的测量仪器。
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γ 射线的发生
γ射线是放射性原子核在自然衰变时放射出的电磁波。放射性同 位素60Co 原子核一个中子变为质子的同时放射出β和γ射线。这种γ 射线波长一定，属于线谱。
无损检测中应用的射线源，半衰期至少要几十天，否则就无价 值。 60Co经过一次β衰变和二次γ衰变，变成稳定的 60Ni，半衰期 为5.3年。
焊缝内边缘检测
非细长缺陷分割
细长缺陷分割
检测结果融合
检测结果
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大模板均值滤波模拟背景检出效果
焊缝原图像及其三维图
31X31均值滤波模拟的背景图像及其三维图
适合检出弱小缺陷
但焊缝外边缘处产生大量误检
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射线的衰减
x射线或 γ射线穿过物体时，产生吸收和散射，导致强度衰减。 单一波长射线穿透率 I / I0 = e –μx ， μ为衰减系数。 假若穿透物质相同，则波长越长，μ就越大。
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射线的荧光作用
人的眼睛直接看不见 x 射线。 将 x 射线照射到荧光物质会发出可见光。射线强度大，则可见 光亮度大。而照射时间长，亮度并不变。 透视法就是直接利用了荧光作用。 利用荧光增感屏提高曝光效果的射线照相法就是间接利用了荧 光作用。
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射线检测用例
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今日授课内容
射线检测的基本概念 射线检测用例和需求 检测用“三种射线” x 射线的发生、性质、作用 x 射线照相法探伤和计算机辅助判片 x 射线图像增强工业电视人工实时检测 x 射线动态成像处理自动检测
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射线检测用例
组合件的内部结构或内部组成情况的检查 例如：行李、货柜……
材料和机器的计量检测 例如：射线照相测定用过的核燃料棒的变形量、喷气发动机
叶片的变形量。
材料和焊缝的缺陷检查 在制造加工时进行——质量评定 在产品使用过程中定期进行——寿命评估
中子是构成原子核的基本粒子，发生核反应时，中子飞出核外， 这种中子流也称中子射线，有确定的静止质量，属于粒子辐射。
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关于“电磁辐射”
电磁辐射与物质的作用就是光（量）子与物质的相互作用。
焊缝内边缘检测：
为了方便缺陷检出算法的研究，通 过专门算法避免焊缝内边缘处误检。
焊缝缺陷的自动检测：
非细长缺陷分割、细长缺陷分割
1 1 1
h1

1 9
1
1
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1 1 1
1 1 1
h2

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1
8
1
1 1 1
X射线胶片数字化图像
图像预处理一
图像预处理二
焊缝区域提取 （焊缝外边缘检测）
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射线检测法
利用x射线、γ射线、中子射线穿透物体过程中具有一定的衰减 规律，根据通过被测物体各部位衰减后的射线强度检测其内部结 构或缺欠——射线检测法。
而x射线胶片照相检测法就是将 强度均匀的射线照射在被检物体 上，透过的射线在照相胶片上感 光，将胶片显影后就可得到与物 体内部结构相对应的黑度不同的 底片，通过对底片的观察来判断 缺欠种类、尺寸、分布等。
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胶片数字化图像焊缝缺陷自动检测的思路
图像预处理：
对 x射线原始图像进行平滑滤波， 达到抑制图像中的噪声信号，突出目标 特征信号的目的。
焊缝区域提取：
通过检测焊缝外边缘，提取焊缝区 域，将后续算法处理限制在焊缝区域中 进行，从而提高检测效率，避免焊缝区 外不必要的误检。
阈值取500
阈值取600
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黑度 D = lg (I0/I) ——将黑化了的 x 射线底片用强度 I0的普通光线进行照射，透过底 片的光强度为 I
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射线检测的安全管理
生物效应：人体自身，遗传后代 x 射线发生装置与同位素射线源的不同