Что определяет контраст радиационного изображения контролируемого образца
Радиационный контроль (РК)
При прохождении ионизирующего излучения через вещество происходит его ослабление, величина которого зависит от толщины, плотности контролируемого материала и энергии источника Е излучения. Уменьшение интенсивности излучения определяется по формуле:
I0, I,Втм 2 – интенсивность излучения на поверхности объекта контроля и при выходе из него соответственно;
d, м – толщина объекта контроля;
Наличие в материале внутренних несплошностей размером b, отличающихся по плотности от основного материала, приводит к изменению значения интенсивности пучка излучения в зоне несплошности по сравнению с бездефектной зоной. Данное изменение регистрируется при помощи детекторов ионизирующего излучения.
В качестве источников ионизирующего излучения используют радионуклиды, в результате распада которых получается линейчатый спектр излучения, рентгеновские трубки и ускорители, дающие непрерывный спектр тормозного излучения (рис. 2).
Для рентегновских аппаратов необходимо также устанавливать напряжение, которое, в свою очередь, влияет на «жесткость» излучения: чем выше напряжение на трубке, тем больше энергия квантов и интенсивность излучения. Для определения макисимального значения напряжения используют график, приведенный на рис. 3.
При использовании рентгеновского аппарата необходимо принимать во внимание следующие фаторы:
Многие из перечисленных условий являются конфликтными, поэтому нельзя дать общих рекомендаций по выбору источника и данный вопрос решается отдельно для каждого конкретного случая.
Наибольшее распространение в промышленности получили рентгеновские аппараты ввиду простоты их конструкции, безопасности (по сравнению с радионуклидами) и возможности обеспечения энергии излучения, достаточной для контроля качества широкого диапазона толщин применяемых технических устройств. Рентгеновские аппараты классифицируют на аппараты непрерывного и импульсного (с «холодным» катодом) излучения. Импульсные аппараты отличаются малыми габаритами и массой, однако, по сравнению с аппаратами непрерывного излучения, при их применении отсутствует возможность регулировки параметров излучения (энергии и интенсивности) и они имеют малую продолжительность включения.
Основными характеристиками рентгеновских аппаратов непрерывного излучения являются: напряжение, ток, размер фокусного пятна. Влияние каждого из данных параметров на результаты контроля следующее:
Традиционно в качестве детектора излучения применяют рентгеновскую пленку, которая обладает способностью изменять свою оптическую плотность в зависимости от экспозиции. Так, после химико-фотографической обработки (процесс проявления, фиксирования, промывки, сушки), наиболее темными (непрозрачными) участками пленки окажутся те, которые подверглись наиболее интенсивному облучению, т.е. участки с наименьшей радиационной толщиной (см. рис. 3.). Рентгеновские пленки отличаются друг от друга так называемыми сенситометрическими характеристиками, основными из которых чувствительностью пленки к ионизирующему излучению и контрастность пленки. Чувствительность пленки определяет ее способность изменять оптическую плотность при экспонировании и измеряется в обратных рентгенах (р-1). Чем больше значение чувствительности пленки, тем меньшее время экспонирования требуется для достижения требуемого значения оптической плотности. Контраст пленки, в свою очередь, характеризует способность пленки реагировать на малейшие изменения экспозиции. Т.е. контрастная пленка позволяет зарегистрировать дефекты даже при их незначительных размерах в направлении просвечивания. Высокочувствительные и высококонтрастные пленки отличаются друг от друга размерами зерен рентегочувстивительного материала AgBr и его концентрацией в эмульсионном слое, в результате чего высокочувствительные пленки являются низкоконтрастными и наоборот. Выбор типа пленки осуществляется, исходя из конкретных условий контроля: толщины объекта контроля, а следовательно, размера минимально выявляемого дефекта и энергии излучения.
Для сокращения времени экспонирования на пленку применяют усиливающие экраны, которые по физическому принципу воздействия разделяют на металлические и флуоресцирующие. При использовании металлических экранов за счет дополнительного фотографического воздействия на зерна AgBr электронов, выбитых из материала экрана, удается добиться сокращения времени экспозиции в 2-3 раза. Применение флуоресцирующих экранов позволяет сократить время экспозиции в 10-100 раз за счет воздействия на эмульсию пленки свечения экранов, возникающего при прохождении через них ионизирующего излучения. Недостатком флуоресцирующих экранов является их зернистость и низкое качество получаемого на пленке изображения. В последние время получили распространение металло-флуоресцирующие экраны, сочетающие достоинства экранов двух типов, но имеющих большую стоимость.
К основным параметрам РК относятся:
Оптимальный выбор параметров контроля – сложная задача, которая решается как на основании опыта, изложенного в нормативной документации, так и на основании полученных экспериментальных данных.
Например, минимальное количество участков контроля при экспониовании сварных соединений труб в соответствии с ГОСТ 7512 определяется расчетным путем. Для удобства можно использовать номограммы, приведенные на рис. 4.
Что определяет контраст радиационного изображения контролируемого образца
Радиографический контроль (РК) основан на зависимости интенсивности рентгеновского (гамма) излучения, прошедшего через облучаемое изделие, от материала поглотителя и его толщины. Если контролируемый объект имеет дефекты, то излучение поглощается неравномерно и, регистрируя его распределение на выходе, можно судить о внутреннем строении объекта контроля.
Радиографический контроль применяют для выявления в сварных соединениях трещин, непроваров, пор, инородных включений (вольфрамовых, шлаковых), а также для выявления недоступных для внешнего осмотра подрезов, выпуклости и вогнутости корня шва, превышения проплава.
Минимальный размер дефекта, который может быть обнаружен радиографическим методом, зависит от его формы и местонахождения. Лучше всего выявляются дефекты, имеющие протяженность вдоль пучка проникающего излучения. Изображение на снимке границ таких дефектов получается более резким, чем дефектов, имеющих криволинейную форму. Если дефект расположен под углом к направлению просвечивания, то чувствительность радиационного метода ухудшается и зависит от величины раскрытия дефекта и угла между направлением просвечивания и направлением дефекта. Экспериментально установлено, что дефекты с малым раскрытием (трещины) не выявляются, если угол пучка излучения по отношению к оси трещины больше 7°.
Радиографический контроль не выявляет следующие виды дефектов:
Допустимые размеры дефектов в контролируемых объектах указывают в чертежах, технических условиях, правилах контроля или другой нормативно-технической документации. При отсутствии НТД, допустимые несплошности и включения могут быть определены по ГОСТ 23055-78 «Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля».
Принципы радиографического контроля (видео ИКБ Градиент)
Источники излучения (рентгеновские аппараты) выбирают в зависимости от толщины контролируемого металла и необходимой чувствительности, определяемой в ТУ на контроль конкретного изделия. Для получения четкой проекции дефекта источник излучения должен иметь малый размер фокусного пятна и находиться на достаточном расстоянии от контролируемого изделия.
Чувствительность радиографического контроля зависит от следующих факторов:
Чувствительность РК в значительной степени определяется контрастностью снимка и резкостью изображения. Контрастность снимка определяется как разность между значениями оптической плотности двух соседних участков снимка. Контрастность изображения определяется двумя факторами: контрастностью объекта и детектора (как правило радиографической плёнки). Контрастность объекта прямо пропорциональна разнице плотности ρ и атомного номера Z дефектных и бездефектных мест изделия и обратно пропорциональна энергии излучения. Контрастность радиографической плёнки характеризуется изменением плотности почернения при воздействии на нее различных экспозиционных доз излучения.
Резкость изображения на снимке характеризуется скачкообразным переходом от одной плотности почернения к другой на краю изображения. Чем уже переход от светлых участков к темным, тем больше различаемость контуров, тем больше резкость. Резкий снимок определяется хорошо выявленными очертаниями (контуром) просвечиваемого объекта и дефектов в материале, что обеспечивает высокую выявляемость этих дефектов. Чем шире переход от светлых участков к темным, тем больше размытость контуров и тем меньше резкость изображения, следовательно, хуже выявляемость дефектов.
Разрешающая способность радиографической плёнки определяет возможность раздельно регистрировать близко расположенные дефектные и бездефектные участки контролируемого изделия и характеризуется количеством раздельно различимых штриховых линий одинаковой толщины на длине 1 мм. Мелкозернистые плёнки имеют более высокую разрешающую способность по сравнению с крупнозернистыми плёнками. На практике чувствительность радиографического контроля характеризуется минимальным лучевым (в направлении просвечивания) размером выявленного эталонного дефекта (проволочки, канавки, отверстия) и выражается в абсолютных или относительных единицах. Чувствительность зависит от радиографической контрастности контролируемого объекта и от коэффициента контрастности детектора излучения.
Влияние геометрии просвечивания на качество снимка. Схемы радиографического контроля следует выбирать с учетом наилучшего выявления на радиографическом снимке возможных дефектов. Основные схемы контроля сварных соединений радиографическим методом приведены в ГОСТ 7512-82. Проведенный анализ показывает, что выявляемость дефектов при радиографическом контроле зависит от многих причин. В следующей таблице содержится информация о комплексе факторов, влияющих на чувствительность радиационного контроля.
Основными типами регистраторов рентгеновского излучения в НК являются рентгеновская пленка и набирающие популярность фосфорные пластины используемые в компьютерной радиографии. Существуют и другие детекторы рентгеновского излучения, их подробная классификация представлена в статье.
На сегодняшний день, в России, радиографический контроль чаще всего проводят с использованием пленки. В настоящее время в РФ нет стандартов по классификации и методам испытаний радиографических пленок. Одна из классификаций приведена в европейском стандарте EN 584-1 «Стандарт по классификации промышленной рентгеновской пленки и ее использования в радиографическом моделировании». Выбор конкретного типа пленки, зависит от толщины и плотности материала ОК, а также по требуемой производительности и чувствительности. Рекомендуемые типы плёнок обычно приводятся в руководящих документах, методических инструкциях и технологических картах на объекты контроля.
Крупнозернистые низкоконтрастные плёнки в основном применяются для контроля толстостенных изделий, в которых, как правило, предельно допустимые дефекты имеют большие размеры. Время нормальной экспозиции при использовании крупнозернистых плёнок существенно меньше, чем при использовании мелкозернистых высококонтрастных плёнок используемых для выявления мелких дефектов в деталях из легких сплавов и стали небольшой толщины.
Высококонтрастные пленки требуют больших экспозиций, что существенно снижает производительность контроля. Время экспозиции при работе с такими плёнками можно сократить, используя свинцовые и флуоресцирующие экраны. Коэффициент усиления свинцовых экранов находится в пределах 1,5-3,0, флуоресцирующих – 20-30. Под коэффициентом усиления экранов понимается величина, показывающая, во сколько раз уменьшается экспозиция просвечивания при использовании данного экрана.
В настоящее время так же применяют флуорометаллические усиливающие экраны, выполненные в виде свинцовой подложки с нанесенным на нее слоем люминофора. Эти экраны имеют больший коэффициент усиления, чем металлические, и обеспечивают лучшую чувствительность, чем флуоресцирующие экраны.
В практике радиографии часто применяют комбинацию из усиливающих экранов (в виде заднего и переднего экранов), между которыми размещают радиографическую плёнку. Применение заднего металлического экрана вместе с увеличением коэффициента усиления уменьшает влияние рассеянного излучения. Толщину металлических экранов, а также материал люминофора выбирают с учетом энергии рентгеновских или гамма лучей. Из-за снижения разрешающей способности радиографических снимков, получаемых с использованием флуоресцирующих экранов, применение последних не разрешается при РГК высокоответственных сварных швов, например, в атомной энергетике.
Альтернативой радиографическому контролю с использованием рентгеновской пленки является компьютерная радиография с использованием запоминающих пластин, основанная на способности некоторых люминофоров накапливать скрытое изображение, формирующееся под воздействием рентгеновского или гамма излучения. После экспонирования специальный сканер считывает пластину лазерным пучком. Процесс считывания сопровождается эмиссией видимого света, этот свет собирается фотоприемником и конвертируется в цифровое изображение. Статью посвященную сопоставлению выявляемости дефектов с использованием пленки и системы компьютерной радиографии можно найти здесь. Смотрите так же статью Компьютерная радиография – оборудование и стандарты.
Программа для определения параметров радиографического контроля
Подпишитесь на наш канал You Tube
К преимуществам рентгеновских дефектоскопов постоянного действия можно отнести: более высокую мощность и возможность ее регулировки, долговечность, и как правило, более резкое и контрастное изображение. Из недостатков стоит выделить высокую стоимость, большие габариты и большую опасность для персонала.
Оценку качества сварного соединения по результатам радиографического контроля следует проводить в соответствии с действующей нормативно-технической документацией на контролируемое изделие. При расшифровке снимков определяют вид, размеры и количество обнаруженных на снимке дефектов сварного соединения и околошовной зоны по ГОСТ 23055-78.
Снимок пригоден для оценки качества сварного соединения, если он удовлетворяет следующим требованиям:
В процессе радиографического неразрушающего контроля используется ряд принадлежностей, среди которых трафареты, шаблоны, эталоны чувствительности, маркировочные знаки, мерные пояса, магнитные прижимы, рамки, кассеты, фонари и т.д. Перечень необходимых принадлежностей содержится здесь.
Помимо чисто технических требований предъявляемых к процессу РК, существует и установленный порядок организации работ. Так радиографический контроль на опасных производственных объектах требует обязательной аттестации лаборатории в соответствии с СДАНК-01-2020 «Правила аттестации и основные требования к лабораториям неразрушающего контроля». Требования, предъявляемые к работникам выполняющим радиографический контроль, должны соответствовать «Правилам аттестации персонала в области неразрушающего контроля» СДАНК-02-2020.
Радиографический контроль проводится звеном, состоящим минимум из двух дефектоскопистов, каждый из которых должен иметь документ на право проведения работ. Руководитель звена должен иметь второй или третий уровень квалификации по радиографическому контролю. Для контроля изделий, поднадзорных Ростехнадзору РФ, должна быть разработана технологическая карта которая должна содержать: перечень используемого оборудования и материалов, последовательность контроля, схему просвечивания, требования к чувствительности контроля, нормы контроля, схемы зарядки кассет и т.д. Пример технологической карты по радиографическому контролю содержится здесь.
Работы, связанные с использованием источников ионизирующих излучений, подлежат лицензированию. Чтобы получить разрешение на право проведения этих работ, необходимо обеспечить условия безопасной эксплуатации источников излучения и получить соответствующее разрешение. Основные нормативные документы, содержащие требования к проведения неразрушающего контроля радиографическим методом содержатся в разделе Полезная информация.
Купить оборудование для радиографического контроля можно по цене, указанной в прайс-листе. Цена оборудования указана с учетом НДС. Смотрите также разделы: Визуальный и измерительный контроль, Ультразвуковой контроль, Капиллярный контроль.
Купить оборудование и заказать услуги по радиографическому контролю можно в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Саратов, Амурск, Ангарск, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Брянск, Воронеж, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Вологда, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Мурманск, Муром, Набережные Челны, Нальчик, Новокузнецк, Нарьян-Мар, Новороссийск, Новосибирск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Новочеркасск, Нижнекамск, Норильск, Нижний Новгород, Обнинск, Омск, Орёл, Оренбург, Оха, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Псков, Ржев, Ростов, Рязань, Самара, Саранск, Смоленск, Сочи, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тобольск, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Ханты-Мансийск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Элиста, Ярославль и других городах, кроме того, в Республике Крым. А так же Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.
Что определяет контраст радиационного изображения контролируемого образца
Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Авторизация
Статьи
Приведено описание теоретических исследований объективности определения чувствительности по индикаторам качества изображения (ИКИ), регламентированным международной системой стандартов (ISO).
Установлено, что оценка чувствительности по ИКИ типа «ступень—отверстие» более объективна, чем по проволочному. Индикаторы типа «ступень—отверстие» более технологичны, чем проволочные, и могут быть изготовлены самостоятельно организацией, проводящей радиационный контроль, с последующей аттестацией метрологической службой.
Введение
Рентгенографический метод неразрушающего контроля (НК), несмотря на трудоемкость, в производстве продукции ответственного назначения регламентирован целым рядом российских государственных (ГОСТ) и международных стандартов (ISO) 2.
Необходимое повышение качества материалов диктует ужесточение требований, предъявляемых к НК. Прогресс развития авиационной и космической техники привел к созданию нового класса авиационных материалов [4, 5]. Это жаропрочные и сверхлегкие сплавы и композиционные материалы, принципиально отличающиеся от сплавов и неметаллов, а также материалы, производимые по аддитивным технологиям [6].
Дефекты, свойственные такому широкому спектру материалов, – разнообразны и специфичны, поэтому по-разному влияют на свойства изделий. Существует тесная связь между наличием дефекта и эксплуатационными характеристиками изделия, его содержащего. В результате проведения рентгеновского контроля должны быть обнаружены недопустимые для данного изделия дефекты. Определяющим фактором рентгеновского контроля является чувствительность – минимальный дефект, видимый на преобразователе (радиографическом снимке или экране монитора). В системе международных стандартов ISO, которую Росстандарт активно внедряет в народное хозяйство РФ, для оценки чувствительности используют индикаторы качества изображения (ИКИ). Некоторые из ИКИ отличаются от аналогов, регламентируемых системой ГОСТ, именуемых эталонами чувствительности [7].
В данной статье приведено описание теоретических исследований объективности определения чувствительности по ИКИ, регламентированным международной системой стандартов ISO.
В статье приведены результаты исследований, выполненных в рамках комплексной научной проблемы 2.3. «Методы неразрушающих исследований и контроля» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»[4]).
Материалы и методы
Метод математического моделирования формирования
радиационных изображений элементов проволочного ИКИ и ИКИ
типа «ступень—отверстие»
Описание ИКИ проволочного типа и типа «ступень—отверстие»
Проволочный ИКИ представляет собой комплект из четырех наборов проволок разного диаметра, герметично запаянных в прозрачный пластиковый чехол. Каждый набор содержит семь проволок, диаметры которых изменяются в геометрической прогрессии (рис. 1, а; табл. 1). Существуют два варианта комплектов с длиной проволок, равной 60 и 25 мм.
Второй тип ИКИ, регламентированный системой стандартов ISO, «ступень-отверстие» представляет собой комплект из четырех ступенчатых клиньев со сквозными отверстиями в каждой ступеньке. Каждый клин запаян в прозрачный пластиковый чехол, имеющий маркировку (рис. 1 б, табл. 2).
Рис. 1. Индикаторы качества изображения проволочного типа – железный №10 (а) и типа «ступень–отверстие» (б)
Индикатор качества изображения (ИКИ) проволочного типа
Номер проволочного ИКИ*
номинальный диаметр проволоки, мм
* Знак × – наличие проволоки в наборе.
Индикатор качества изображения типа «ступень—отверстие»
номинальные диаметр отверстия
и толщина ступеньки, мм
* Знак × – наличие отверстий в наборе.
Рис. 2. Схема экспонирования объекта контроля (ОК) с индикатором качества изображения (ИКИ) проволочного типа и типа «ступень–отверстие»: 1 – источник излучения; 2 – рентгеновское излучение; 3, 4 – ИКИ проволочный и типа «ступень–отверстие» соответственно; 5 – ОК; 6 – радиационное изображение; 7 – оптическое изображение
Получение пространственно-частотных спектров элементов ИКИ
Для того чтобы определить, у какого ИКИ выявляемость выше, воспользуемся методом пространственно-частотного анализа, применяемого для оценки качества изобразительной информации [8].
Рис. 3. Элемент индикатора качества изображения типа «ступень–отверстие» в трехмерной системе координат
Рис. 4. Пространственные функции элементов индикатора качества изображения типа
«ступень–отверстие» в плоскостях XOZ и YOZ (а) и их пространственно-частотные спектры
в плоскостях fon и fou (б)
Пространственно-частотный спектр сечений ИКИ типа «ступень-отверстие» получаем прямым преобразованием Фурье (рис. 4, б) [11, 12]:
Зависимость величины спектра Fc/o от пространственных частот
Рис. 5. Пространственный спектр отверстия (νгр=2/Dc/o и uгр=2/Dc/o – граничные
пространственные частоты, при которых пространственный спектр Fс/о=0; 
)
Рис. 6. Расположение элемента проволочного индикатора качества изображения на объекте контроля (а); ориентация проволоки в плоскостях XOZ (б) и YOZ (в)
В плоскостях XOZ и YOZ уравнение пространственных функций элемента проволочного ИКИ можно записать аналитическими выражениями вида
Пространственно-частотный спектр сечений проволочного ИКИ получаем прямым преобразованием Фурье (рис. 7):
Рис. 7. Пространственно-частотные спектры проволоки в плоскостях foν (а) и fou(б)
Пространственные частоты ν и u, при которых спектры Fпр(ν) и Fпр(u) – не равны. В плоскости YOZ проволока ориентирована по длине, спектр ее узкий – для проволоки длиной 25 мм практически достигает максимума на нулевой пространственной частоте (табл. 4). В плоскости XOZ проволока ориентирована диаметром – спектр ее широкий.
Зависимость величины спектра Fпр от пространственных частот
Рис. 8. Пространственный спектр проволоки диаметром Dпр=0,100 мм и длиной lпр=25 мм
При сравнении пространственных спектров отверстия и проволоки (рис. 5 и 8) видно, что пространственный спектр проволоки, хотя и шире, чем частотно-пространственный спектр отверстия, но только в плоскости foν. В плоскости fou он практически отсутствует: его значение, равное Dпр, существует только на нулевой пространственной частоте, а далее на всем диапазоне пространственных частот u он равен нулю. Вероятность формирования радиационного изображения элемента проволочного эталона выше, чем вероятность формирования радиационного изображения элемента ИКИ типа «ступень–отверстие» того же диаметра.
Радиационные изображения элементов ИКИ
Пространственно-частотные свойства источника излучения ограничены соотношением фокусного расстояния (источник-детектор) и размером фокусного пятна. При формировании радиационного изображения элементов ИКИ типа «ступень–отверстие» и проволочного они будут претерпевать искажения. Определим, какова должна быть частотно-пространственная характеристика (ЧПХ – fист.изл) источника излучения, чтобы сформировать радиационное изображение проволоки Dпр и отверстия Dс/о при условии Dс/о=Dпр. Приведем пример для самой высокой чувствительности контроля. Согласно ISO 5579–2013, при контроле объектов толщиной до 2,5 мм чувствительность контроля для изделий класса В должна быть Н2=0,160 мм. При каких условиях радиационное изображение отверстия диаметром 0,160 мм будет сформировано? В стандарте [12] рассмотрено формирование радиационных изображений дефектов методом пространственно-частотного анализа, в работе [13] проведены исследования объективности контроля при использовании проволочных и канавочных эталонов чувствительности при рентгеновском контроле, в результате которых установлено аналитическое выражение ЧПХ источника излучения. Воспользуемся результатами проведенных теоретических исследований. Для фокусного пятна источника излучения размером Ф×Ф, с расстоянием от источника до кассеты с радиографической пленкой, равным F, и расстоянием от объекта до кассеты, равным d, ЧПХ имеет вид
Рассмотрим конкретный пример. Объект контроля толщиной 2,5 мм из стали относится к классу В. Его экспонируют посредством источника излучения РАП 220-5 с фокусным пятном 2,0×2,0 мм, тогда расстояние «источник-объект» равно f=d·15Ф 2/3 =2,5·15·2 2/3 ≈60 мм, а фокусное расстояние «источник-пленка»: F=f+d=60+2,5=62,5 мм.
Частотно-пространственная характеристика источника излучения с приведенными параметрами F,fи Ф имеет вид
Обратимся к рис. 9, на котором изображены нормированные ЧПХ рентгеновского аппарата РАП220-5 при фокусных расстояниях 62,5 и 137, мм:
а также нормированный пространственный спектр элемента проволочного ИКИ (Dпр=0,100 мм):
Рис. 9. Нормированные частотно-пространственные характеристики источника излучения при фокусных расстояниях 62,5 и 137,5 мм, а также спектр элемента индикатора качества изображения (ИКИ) типа «ступень–отверстие» (Dс/о=0,160 мм) и спектр проволоки (Dпр=0,100 мм)
Для воспроизведения элемента размером Dс/о=0,160 мм необходимо выполнение такого условия, чтобы пространственный спектр отверстия полностью укладывался в «полосу пропускания» источника излучения по уровню 0,707 от его максимального значения (рис. 9). Ширина спектра элемента ИКИ типа «ступень-отверстие» составляет
При минимальном рекомендуемом фокусном расстоянии, равном 62,5 мм, ЧПХ источника излучения такова, что не сформирует радиационное изображение этого элемента (рис. 9). Расчет показывает, что для того, чтобы изображение отверстия диаметром 0,160 мм было сформировано, фокусное расстояние должно быть не менее 135 мм. Элемент ИКИ типа «ступень-отверстие» симметричен в плоскостях foν и fou, и, следовательно, его спектр в плоскости fouточно такой же, как и в плоскости foν, а значит, условия формирования радиационного изображения одинаковые.
Результаты
Оптические изображения элементов ИКИ,
регламентированных ISO 19232 (части 1 и 2)
Сформированные радиационные изображения посредством детектора преобразуются в их оптические изображения 16. Это преобразование осуществляется с некоторой потерей полезной информации, поэтому даже сформированное радиационное изображение не является достаточным условием создания оптического изображения, на котором видны элементы ИКИ. Определим вероятность обнаружения элемента ИКИ типа «ступень-отверстие» и вероятность обнаружения элемента проволочного ИКИ при анализе оптического изображения на рентгенограмме. Процесс расшифровки рентгенографического изображения заключается в обнаружении области с аномальным отклонением оптической плотности по сравнению с фоном, определении его формы и размеров. Однако фоновые значения оптической плотности снимка не являются постоянной величиной. Установлен нормальный закон распределения оптической плотности рентгенограммы, полученной при равномерно экспонированной радиографической пленке [17, 18]:
Значения гранулярности радиографических пленок фирмы Agfa
при оптической плотности рентгенограмм S=2 Б
Класс радиографической пленки
Для получения оптического изображения ОК толщиной 2,5 мм с элементом ИКИ типа «ступень-отверстие» необходимы следующие условия, диктуемые ISO 17636-1 (клаcc В):
– анодное напряжение – не более 120 кВ;
– радиографическая пленка класса С3;
– оптическая плотность снимка – не менее 2,3 Б.
Элемент ИКИ должен быть виден. Для этого необходимо, чтобы оптическая плотность его изображения отличалась от оптической плотности фонового участка на величину не менее абсолютного порогового контраста глаза. Величина порогового контраста глаза составляет 0,02 Б [19].
У радиографической пленки класса С3 гранулярность равна 0,020, поэтому, если оптическая плотность элемента ИКИ отличается от фона на 0,02 Б, то его изображение затеряется в шумовых колебаниях оптической плотности. Необходимо, чтобы изображение элемента ИКИ отличалось по плотности по крайней мере на величину 4σS (рис. 10).
Рис. 10. Распределение оптической плотности рентгеновских снимков на фоновом участке
и на изображении элемента индикатора качества изображения (ИКИ) типа «ступень–отверстие»
Проведем расчет для проверки – достижим ли такой контраст по регламенту ISO 17636-1 (клаcc В).
Радиационный контраст Kрад с/о элемента ИКИ типа «ступень-отверстие» (Dс/о=0,016 см) при напряжении 120 кВ [18, 19]:
В стандарте ISO 17636-1 (клаcc В) регламентировано использовать пленочную систему класса С3, у которой средний градиент при оптической плотности равен g=4,6, тогда оптический контраст Kо, определяемый как произведение радиационного контраста и среднего градиента, составит Kо=Kрад с/о×g=0,051×4,6=0,23. С другой стороны, оптический контраст равен относительной разнице оптических плотностей участков изображения элемента ИКИ (Sэл ИКИ) и фоновых участков ОК (Sф), Б:
Результаты расчета показывают, что режим, регламентируемый ISO 17636-1 для стального ОК толщиной 2,5 мм, относящегося к классу В, обеспечивает требуемый контраст оптического изображения для элемента ИКИ типа «ступень-отверстие» диаметром Dс/о=0,160 мм.
Аналогичный расчет проведен для элемента диаметром Dпр=0,10 мм проволочного ИКИ. По требованиям ISO 17636-1 для ОК толщиной 2,5 мм, относящегося к классу В, чувствительность по проволочному ИКИ должна быть не хуже 0,10 мм. По результатам расчета установлено, что требуемый оптический контраст изображения проволоки обеспечен режимом, регламентируемым ISO 17636-1.
Заключения
1. Проведены теоретические исследования формирования радиационных изображений минимальных элементов ИКИ типа «ступень–отверстие» и ИКИ проволочного типа, регламентируемых ISO 17636-1 и преобразования их в оптические. При исследовании применен метод частотно-пространственного анализа.
2. Установлено, что оптические изображения элементов ИКИ типа «ступень–отверстие» на рентгеновских снимках менее четкие, чем элементов ИКИ проволочного типа. Этот факт определяется их конфигурацией.
3. Оценка чувствительности по ИКИ типа «ступень–отверстие» более объективна, чем по проволочному ИКИ. Однако при контроле сварных соединений конструктивные особенности ИКИ типа «ступень–отверстие» менее удобны, чем проволочные ИКИ. Поэтому при контроле сварных швов предпочтительнее применять проволочные ИКИ, а при контроле отливок следует пользоваться ИКИ типа «ступень–отверстие».
4. Индикаторы качества изображения типа «ступень–отверстие» технологичны в большей степени, чем проволочные ИКИ. Они могут быть изготовлены самостоятельно организацией, проводящей радиационный контроль, с последующей аттестацией метрологической службой, а также могут быть использованы при проведении контрольных работ.