工业射线照相底片观片灯的发展

黄新超，娄旭耀

(河南省锅炉压力容器安全检测研究院, 郑州 450008)

工业射线照相底片观片灯的发展

黄新超，娄旭耀

(河南省锅炉压力容器安全检测研究院, 郑州 450008)

介绍了国内外工业射线照相底片观片灯的发展历史、现状和发展趋势。指出：LED工业观片灯是目前工业射线照相底片观片灯的主流，且我国LED工业观片灯处于世界先进水平。

无损检测；射线检测；观片灯

射线检测是五大常规无损检测方法之一，工业射线照相底片观片灯(以下简称观片灯)是射线检测中的重要器材，在射线胶片照相检测中扮演着重要角色。评片人员通过观片灯观察底片透射光线，分析由对比度构成的不同形状的影像，判断缺陷情况并进行评价质量。底片上各点的黑化程度即黑度D决定透射光线的亮度，底片黑度D是射线照相影像质量的最基本参数。其影响影像的对比度和颗粒度(噪声)，进而影响灵敏度。故，提高底片黑度对提高底片灵敏度和缺陷的检出灵敏度都是有利的；要观察高黑度的底片，就要求高亮度的观片灯。

根据影像学理论：底片上影像能够识别的基本条件是影像对比度ΔD大于最小可见对比度ΔDmin，即ΔD≥ΔDmin。ΔDmin是指人眼在一定条件下可识别的最小黑度差。底片黑度D与最小可见对比度ΔDmin有相应的变化关系：在低黑度区段，D变化不会引起ΔDmin变化；在中等黑度区段，ΔDmin随着D的增大而逐渐增大；在高黑度区段，随着D的增大，ΔDmin急剧增大。ΔDmin直接与观片灯的亮度相关，ΔDmin的增大是透过底片的光亮度下降导致的结果[1]。要阻止ΔDmin的增大，或者说，要想使底片上的影像能够识别，就需要提高观片灯的亮度。

D>2.5的高黑度区段是高梯噪比区段，是影像质量最好和有利于提高缺陷检出率的区段。射线检测时，底片黑度越高，发现小缺陷的能力越强。所以，在国际标准ISO 5579：1998《无损检验 金属材料用X和γ射线照相检验 基本规则》和EN 1435-1997《焊缝射线照相检验》中，底片黑度范围不设上限[1]。

但是，高黑度区段的应用是有前提的，这个前提就是观片灯需要足够亮。如果透过底片的光亮度不能达到10 cd·m-2以上，高黑度带来的高梯噪比就不足以补偿人眼识别能力的下降而造成的损失[1]。

我国检测标准从JB 4730-1994《压力容器无损检测》、JB/T 4730-2005《承压设备无损检测》到NB/T 47013-2015《承压设备无损检测》，尽管底片黑度的上限在不断提高，但是都对其设置了上限。这几个标准在制定过程中都曾考虑底片黑度不设上限，但是，观片灯亮度的实际状况使得这种想法难以实现。

行业专家根据观片灯亮度不足的现实状况一再告知无损检测人员：观片灯亮度不足对影像观察和缺陷识别的影响很大，在更高亮度的观片灯问世之前，评片人员必须十分谨慎。同时，鼓励观片灯的制造企业或行业人士，积极创新，研发亮度更高的观片灯。

随着相关技术的不断进步，观片灯亮度的不断提高，观片灯产品不断地升级换代，相关检测标准也在不断更新。

1 工业观片灯的发展历史

观片灯主要有观察屏(又称观察窗口)、发光板、控制板、遮光板、可调亮度的装置、散热装置和外壳等组成。衡量观片灯性能优劣的主要技术指标有亮度、散射系数σ、均匀系数g、噪声等。GB/T 19802-2005《无损检测 工业射线照相观片灯 最低要求》和JB/T 7903-1999《工业射线照相底片观片灯》标准对观片灯各项性能都提出了具体要求。亮度是其最主要的指标，上述2个标准均根据不同底片黑度规定了亮度最小值，例如：底片黑度4.0，观片灯的亮度应不低于1×105cd·m-2。观察屏上的光的散射系数σ应大于0.7；观察屏各部分应有均匀照明，均匀系数g应大于0.5；观片灯工作时的整机噪声应不大于40 dB等。

JB/T 7903标准按光源种类，将观片灯分为热光源和冷光源观片灯两种。该标准是1999年发布的，之后光源技术发展很快，没有新标准出台。笔者以光源种类的变革为依据，将观片灯划分为三代(或三种)，分别是第一代观片灯——热光源观片灯、第二代观片灯——荧光灯管观片灯和第三代观片灯——LED观片灯。

1.1 第一代工业观片灯——热光源观片灯

20世纪80年代末，工业射线检测所使用的观片灯的光源采用热辐射光源，即利用热能激发的光源，例如白炽灯和卤素灯等， 属于热光源观片灯，笔者将其称为第一代观片灯。其主要缺点有：① 发热量大，观察窗口温度高，使用时射线底片经常变形甚至损坏，造成不可挽回的损失；② 噪声大，其管壁温度高达600 ℃左右，需要加装强力风扇散热，散热效果仍然不好；③ 功耗大，功率一般大于500 W；④ 寿命短，使用寿命一般小于2 000 h；⑤ 发光效率低，发光效率一般小于20%。所以，该代观片灯20世纪90年代初就被市场淘汰。

1.2 第二代工业观片灯——荧光灯管观片灯

20世纪90年代初，国内外出现了所谓的冷光源(相对于热光源而言，发热量较小的光源)观片灯，其光源采用荧光灯管，观片灯内布置多根荧光灯管，笔者将其称为第二代观片灯。与第一代热光源观片灯相比，其功耗小、发热量小、均匀性好。存在的问题有：① 亮度低，最高亮度一般在3×104cd·m-2左右，勉强满足JB 4730-1994的要求；② 寿命短，大约2 000 h，若反复启动，灯管寿命更短；③ 光源不是真正的冷光源，发热量仍较大；④ 体积大、重量重，维修成本高。

6.2.4 不得经营下列国家和本市禁止生产经营的食品、食品添加剂和食品相关产品：《中华人民共和国食品安全法》第三十四条规定的禁售食品、食品添加剂、食品相关产品； 《食用农产品市场销售质量安全监督管理办法》第二十五条规定的禁售食用农产品；《上海市食品安全条例》第二十三条规定的禁止生产经营的食品；《上海市人民政府关于禁止生产经营食品品种的公告》规定的禁止生产经营的食品。

国内第二代观片灯最有代表性的产品是大连生产的TH-100型观片灯。由于第二代观片灯的亮度不高，也有厂家生产一种双观察窗口的观片灯:一个窗口(一般是大观察窗口)光源采用荧光灯管;另一个是小窗口，光源采用热光源。当时,市场上还能看到进口的工业观片灯,如日本、美国、韩国等国的观片灯产品。目前，国内第二代观片灯的生产几乎全部停产，销售市场上已经看不到荧光灯管观片灯。

1.3 第三代工业观片灯——LED观片灯

进入21世纪，准确地说是JB/T 4730-2005出台后，2006年由郑州德隆检测设备有限公司率先用半导体发光器件——LED作为光源生产的LED观片灯，开启了工业观片灯的新时代——LED观片灯时代，笔者将其称为第三代工业观片灯。随后，国内其他生产厂家也纷纷跟进LED观片灯的生产。

LED观片灯以其亮度高、寿命长、无辐射、抗震性好、节能环保等特性而成为工业观片灯的绝对主流。

2 LED观片灯的发展历程

LED(Light Emitting Diode)，即发光二极管。其是一种半导体固体发光器件，是利用固体半导体芯片作为发光材料的。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会将部分能量以光的形式释放出来，从而将电能直接转换为光能。

LED光源无灯丝、工作电压低，理论使用寿命可达10万小时，生产中无有害元素、使用中不发出有害物质、无辐射，是一种环保型光源。与传统光源比，LED 光源融合了计算机、网络、嵌入式等高新技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点，属高新尖产品。另外，LED具有体积小(多颗、多种组合)、发热量低(没有热幅射)、耗电量小(低电压、低电流起动)、反应速度快(可在高频操作)等优点。

笔者作为LED观片灯的发明人和专利权人，一直关注着LED观片灯的发展。LED在工业观片灯中的应用已经超过10 a。回顾起来，其经历了诞生和成熟完善两个阶段。

2.1 LED观片灯的诞生

LED观片灯是在JB/T 4730-2005出台之后诞生的。

JB/T 4730-2005标准出台之前，2002年年底笔者看到了该标准的征求意见稿，注意到该标准对射线照相底片黑度要求与 JB 4730-1994标准的差异——底片黑度要求提高了。例如：AB级照相，底片黑度范围从1.5～3.5，变更为2.0～4.0，黑度许用上限从3.5提升到4.0；而且对超过黑度4.0的底片，如有计量检定报告证明所使用观片灯的亮度能够满足该标准4.10.3的要求，且经合同各方同意时，允许对底片进行评定。内行技术人员都明白，黑度尽管仅提高了0.5，但对观片灯的亮度而言，却是一个巨大的变化，亮度将从3×104cd·m-2提高到1×105cd·m-2。笔者意识到，新标准的出台，必将带来工业观片灯的一次大变革。所以，从2003年开始，笔者联合高等院校成立科研组，寻找新型光源，碰巧的是，高亮度的白光LED技术当时刚刚诞生，其节能、环保、耐用等特点应该是工业观片灯的发展方向。所以，科研组一开始就将主攻方向确立为研发LED观片灯。

经过近3年的技术攻关和探索，2005年年底LED工业观片灯样机诞生了。经不断完善和改进，2006年年底LED观片灯投放市场，受到市场追捧。2007年LED观片灯获得国家实用新型专利。其最大亮度达到8×104cd·m-2，均匀系数g达到0.85，散射系数σ达到0.9，亮度及其他技术性能都超过了热光源观片灯和荧光灯管观片灯。这是国内外首家推出的新型观片灯，郑州成为LED观片灯的发源地，带动了国内外工业观片灯的一场革命。

刚诞生的LED观片灯是采用500多只单颗钢盔式的LED，焊接在传统的尼龙线路板上的。尽管科研组在电路设计、散热方面、色温、亮度、LED的选取等方面考虑了很多，但受当时技术条件的限制，该产品在亮度、光衰、稳定性等方面仍存在不少问题。

2.2 LED观片灯的成熟和完善

随着LED技术的迅速发展，新技术不断涌现，例如大功率高能效贴片LED的出现、利于LED散热的铝基或铜基电路板的诞生等，为LED观片灯的技术改造提供了技术支撑。2009年，笔者对观片灯进行了全面升级改造，这次改造采用了当时最先进高能效的贴片LED、铝基线路板、 恒流源启动电路及新的散热技术，使LED观片灯内在质量得到了全面提升。其最大亮度可达到1.2×105cd·m-2，均匀系数g可达到0.9，散射系数σ可达到0.9，性能更加稳定。但是，散热方式仍然采用内散热，散热效果不是很好，光衰较大，观片灯仍有噪声。

2012年年底，平板式LED观片灯的开发，使LED观片灯上升到了一个新的技术高度，主要体现在以下几方面：① 彻底颠覆了前两代观片灯的外观和结构，把粗大笨重的观片灯变为平板式，厚度仅4 cm；② 最大亮度提高到1.8×105cd·m-2；③ 散热方式实现了革命性的改革，由传统的内散热改为外散热，不但利于散热，降低了LED的光衰速度，而且大大降低了观片灯噪声，可以说是实现了无噪声设计；④ 调光方式进行了革新，采用优于iphone手机的容式触摸调光技术，手指轻触即可实现亮度调节，即使带上评片手套，也不影响其灵敏感应，性能稳定，经测试使用寿命长达30 a。⑤ 增加了多项实用功能，如温控散热、增设联动书写灯、MP3等。总之，平板式LED工业观片灯不但从技术，而且从外观、结构、功能、实用性、耐用性等多方面得到了全面的提升。

3 LED观片灯的现状

3.1 国外观片灯的现状 国际上,LED观片灯也是市场主流。美国有代表性的观片灯是Kowolux品牌的产品，有Kowolux M1/M2两款便携式观片灯和Kowolux X系列台式观片灯。M1和M2产品的主要区别在于观察窗口大小不同，最大亮度都是1×105cd·m-2，M1窗口(长×宽，下同)225 mm×80 mm，M2窗口450 mm×80 mm；M1额定功率70 W，质量2.9 kg；M2额定功率140 W，质量4.5 kg；M1和M2都是DC/24 V供电，色温5 000 K。台式机已经形成系列化，窗口大小不同，亮度在1×105～1.1×106cd·m-2间。X-3型的主要参数：最大亮度3×105cd·m-2，窗口450 mm×80 mm，功率400 W，质量11.8 kg。X-7型亮度达到1.1×106cd·m-2，窗口是一φ75 mm的圆形，功率230 W，质量7.3 kg。

英国Verlux550观片灯使用550 nm波长的绿色光源，观片密度D4.5。韩国NRF-2工业观片灯，双观察窗口：普通窗口采用15W ×2荧光灯管，可观察底片黑度范围0～4.0;圆形聚焦窗口采用热光源，可观察底片黑度范围0～5.0，无极调光。

3.2 国内LED观片灯的现状 NB/T 47013-2015的颁布实施，意味着进一步提升了对底片黑度的要求，具体规定：A 级为1.5≤D≤4.5；AB级为2.0≤D≤4.5；B 级为2.3≤D≤4.5。而且，评定区的最大黑度限值允许提高，但观片灯应经过校验，底片评定范围内的亮度应满足：当底片评定范围的黑度D>2.5时，透过底片评定范围内的亮度应不低于10 cd·m-2。要想观察黑度4.5的底片，观片灯的亮度应不低于3×105cd·m-2。

现在的LED及相关技术，实现标准要求的亮度已经不存在技术问题，甚至观片灯的亮度可以做到更高。但是，据笔者掌握的情况，目前，国内市场上能够满足现行标准的观片灯还是不多。郑州一家公司去年推出的一款平板式双观察窗口的观片灯，各项性能指标都超过了现行标准要求。该观片灯设置两个观察窗口，均采用LED光源，亮度都是采用容式触摸调节。一个是长方形大观察窗口220 mm×65 mm(以下简称大窗口)，另一个是φ65 mm的圆形超高亮窗口(以下简称高亮区)。高亮区光源采用集成LED面光源，最高亮度达到5.8×105cd·m-2，用于观察和评定黑度D>4.0～5.0的底片；大窗口最高亮度1.8×105cd·m-2，主要用于评定黑度在0～4.3范围的底片。该LED观片灯额定功率90 W，质量4.5 kg，恒流源驱动，无频闪；温控外散热，无噪声；增设联动的LED柔光书写灯，便于书写记录、分拣底片和伪缺陷的判别，稳定可靠。其是目前最先进的观片灯产品代表。

当前国内LED观片灯生产厂商很多，一些厂商着眼于短期利益，没有足够资源、时间投入到研发中，致使LED观片灯产品质量、性能，尤其在光学设计、产品驱动控制等方面良莠不齐。同质化产品、劣质产品充斥着LED观片灯市场，致使市场混乱、竞争无序，消费者选购时还需擦亮眼睛。例如观片灯的色温，国内相关标准并没有对其做出规定或限制，有的产品肉眼感觉亮度很高，很刺眼，评片人员长时间评片会感觉眼睛疲劳；对其进行测试亮度并不高，出现这种现象是没有考虑到LED色温的原因。LED色温过高时，评片人员长期使用眼睛会受到损伤。

国内还有厂家研发出感应式观片灯，其能做到底片放置到观察屏时，观片灯自动点亮；底片拿开时，观片灯熄灭，避免强光对人眼的损伤[2]。也有厂家设置了观察窗口大小调节的功能，使用更加方便。还有厂家把底片黑度测量功能和观片灯设计在一起，这都是很好的尝试。

4 结语

观片灯是射线检测进行底片评定的重要器具，性能的优劣直接影响到评定结果的准确性。第一代观片灯(热光源)和第二代观片灯(荧光灯)已经淘汰，第三代观片灯(LED光源)已成为工业观片灯的主流。我国的LED工业观片灯产品并不落后，技术上处于世界先进水平。但是，生产者还需要进一步优化其工艺，提高设备的稳定性和耐用性能，进一步生产系列化产品以满足不同领域的需要。随着相关技术的不断进步，期待行业整体水平的提高，期待新型光源的应用，期待亮度更高、性能更好的产品出现，以推动检测装备水平的提高。

[1] 强天鹏. JB/T 4730-2005承压设备无损检测学习指南[M].北京：新华出版社，2005.

[2] 郑国恒.感应式LED观片灯的研究[J].无损检测，2007,29(11)：653-655.

The Development of Industry Radiographic Film Viewer

HUANG Xinchao, LOU Xüyao

(Henan Province Institute of Boiler and Pressure Vessel Safety Testing, Zhengzhou 450008, China)

This paper introduces the development history, current situation and development trend of industrial radiographic film viewer at home and abroad, and aims to point out that the LED industry radiographic film viewer is the current mainstream, and China′s LED industry radiographic film viewer has reached the international advanced level.

nondestructive testing; radiographic testing; film viewer

2017-02-17

黄新超(1964-)，男，高级工程师，主要从事特种设备检验检测和检验检测仪器研发及应用工作

黄新超，13613713868@126.com

10.11973/wsjc201706014

TG115.28

A

1000-6656(2017)06-0061-04