纤维增强复合材料数字射线CR检测图像扫描参数设置研究

黄美霞 王晓勇 徐东阳

（湖北三江航天江北机械工程有限公司，孝感432100）

1 引言

纤维增强复合材料具有比强度高、重量轻等良好的性能，广泛应用于航空航天领域，复合成型方式多样，成型过程可能产生裂纹、夹杂、气孔等缺陷；为确保材料制品的质量可靠性，需对内部质量进行检测。数字射线CR 检测具有检测结果直观，在复合材料检测领域得以成熟应用；本文针对纤维增强复合材料开展了系列CR 检测试验，研究了图像质量指标归一化信噪比和空间分辨率与激光扫描仪参数之间的关系。

2 数字射线CR 检测技术

数字射线CR 成像检测技术是采用可重复使用的IP 成像板替代胶片接收射线信号，通过激光扫描仪对透照后的IP 成像板扫描，经信号采集A/D 转换后生成数字化图像；数字射线CR 检测方法具有动态范围大、宽容度高等特点，与胶片相比，动态范围可达10000∶1；与X 射线胶片照相检测方法相比，透照需要的曝光量小，检测效率高，且获得的数字图像可进行量化分析[1]。

3 CR 检测扫描参数设置研究

3.1 检测系统

数字射线CR 检测系统主要由X 射线机、激光扫描仪、IP 成像板等组成。

X 射线机：采用高频恒压600 kV 定向X 射线机；焦点尺寸为0.5mm；管电压在20～600kV 范围连续可调；管电流在0～10mA 范围连续可调；

激光扫描仪：型号HPX-1plus；激光扫描点尺寸25μm；光电倍增管增益在10～100PMT 可调，每10PMT 调节为一档；激光功率分高、低两挡；扫描步进速度为25μm、35μm、50μm、100μm 四种可选；

IP 成像板：采用柯达Flex HR 型；粒度30μm。

3.2 检测系统本底扫描噪声测试

对未透照曝光的IP 成像板直接进行扫描，从而获得检测系统的本底噪声；IP 成像板图像中心区域噪声为2.70，右上角区域噪声为2.92，右下角区域噪声为3.37，左上角区域噪声为2.80，左下角区域噪声为3.21，平均噪声为3.0，所测得的本底噪声较小。检测系统本底扫描噪声图像的测试位置如图1所示。

图1 检测系统本底噪声图像测试位置图

3.3 扫描步进速度设置测试

在本组试验中，对同一纤维增强复合材料试板进行数字射线CR 检测，改变激光扫描仪IP 成像板扫描步进速度，透照参数以及其他激光扫描参数保持不变，测试不同扫描步进速度情况下获得图像的空间分辨率以及归一化信噪比，从而确定最佳的激光扫描仪IP 成像板扫描步进速度。图2为扫描获得的试块检测图像；图3为归一化信噪比测试位置示意图；图4、图5、图6分别为35μm、50μm、100μm 扫描步进速度相对应的空间分辨率MTF 曲线测试结果，图像左侧为横向MTF 曲线，右侧为纵向MTF 曲线；表1为归一化信噪比测试数据；表2为图像空间分辨率的测试数据，以双丝像质计MTF 曲线的调制深度大于20%作为识别依据。

图2 试块检测图像

图3 归一化信噪比测试位置示意图

图4 扫描步进速度35μm 空间分辨率MTF 曲线

图5 扫描步进速度50μm 空间分辨率MTF 曲线

图6 扫描步进速度100μm 空间分辨率MTF 曲线

表1 归一化信噪比测试数据

表2 图像空间分辨率测试数据

通过对不同扫描步进速度测试数据进行分析，扫描步进速度由35μm 增加到50μm、100μm，归一化信噪比有所增加，图像的空间分辨率横向测试数据显示下降一个丝对，纵向测试数据不变。说明扫描步进速度增加相当于像素尺寸增大，从而导致检测图像归一化信噪比提高，图像空间分辨率下降。

3.4 光电倍增管增益及激光功率设置测试

在本组试验中，对同一纤维增强复合材料试板进行数字射线CR 检测，将激光扫描仪光电倍增管增益、激光功率同时改变，透照参数以及其他激光扫描参数保持不变，测试在不同光电倍增管增益和激光功率情况下获得图像的归一化信噪比以及空间分辨率，从而确定最佳的光电倍增管增益和激光功率设置。图7为光电倍增管增益为10PMT，激光功率为高情况下对应的图像空间分辨率MTF 曲线测试，图8为光电倍增管增益为90PMT，激光功率为低情况下对应的图像空间分辨率MTF 曲线测试结果，图像左侧为横向MTF 曲线，右侧为纵向MTF 曲线，表3为归一化信噪比测试数据，表4为图像空间分辨率的测试数据，以双丝像质计MTF 曲线的调制深度大于20%作为识别依据。

图7 光电倍增管增益为10PMT，激光功率为高对应的空间分辨率MTF 曲线

图8 光电倍增管增益为90PMT，激光功率为低对应的空间分辨率MTF 曲线

表3 归一化信噪比测试数据

表4 图像空间分辨率测试数据

通过对光电倍增管增益为10PMT、激光功率为高与光电倍增管增益为90PMT、激光功率为低两种情况扫描参数获得的测试数据进行分析，光电倍增管增益和激光功率的设置对图像的空间分辨率没有本质影响，但采用低的光电倍增管增益和高的激光功率设置将有利于获得较高的归一化信噪比。

4 结束语

在纤维增强复合材料数字射线CR 检测过程中，激光扫描仪扫描参数的设置会对图像质量的归一化信噪比及图像空间分辨率产生影响。采用较小的扫描步进速度设置可获得较高的图像空间分辨率，但归一化信噪比值偏低；采用低的光电倍增管增益、高的激光功率设置将获得较高的图像归一化信噪比值，但对图像空间分辨率影响不大；因此，在实际检测中推荐激光扫描仪的扫描参数设置为：较小的IP 成像板扫描步进速度，低的光电倍增管增益和高的激光功率。