x射线检测工艺参数相关性分析

x射线检测工艺参数相关性分析

0x射线检测工艺参数的确定事实上，通常根据材料的材料和厚度选择辐射能量、曝光量和距离等工艺参数。上述参数通常由忽略暴露曲线确定。曝光曲线通过试验制作,且每台X射线机的曝光曲线各不相同,不能通用。此外,即使是同一台X射线机,随着使用时间的增加,管子的灯丝和靶也可能老化,从而引起射线照射率的变化。因此,在实际使用中还要根据具体情况作适当修正。本文对X射线检测工艺参数之间的关系公式进行了理论推导,使用回归分析确定公式参数。此方法能够帮助检测人员更灵活的控制工艺参数,得到高质量的射线底片。1公式导出1.1黑度d辐射与黑暗面积e的关系公式射线检测使用增感型胶片特性曲线的曝光正常区段,此区段黑度值随射线底片曝光总量对数的增加而呈线性增大,即:b胶片特性比例常数。1.2利用p矩阵s的曝光总量e和透射时间t以及实际i波束强度的关系公式射线底片曝光总量为射线源发射到射线底片的实际射线强度与透照时间的乘积,即:1.3实际光束强度i和初始光束强度iX射线强度衰减公式为:平均衰减系数(mm1.4第一裂纹强度i根据物理光学平方反比定律,工件表面初始射线强度与X射线管总辐射强度Ij透照距离比例常数,F透照距离(mm)。1.5x射线管总辐射强度与i波束管和v波束管之间的关系公式K比例常数,K≈(1.1～1.4)×101.6公式导出由公式(1)-(5),有:其中,j,b,K为常数。靶材料原子序数Z与工件材质有关。平均衰减系数其中2回归分析2.1白密度计、增感屏、阶梯试块厚度与底片黑度强度的关系X射线机:型号XXG2505,黄石华博检测仪器有限公司。胶片:天津III工业用X线胶片,80×305mm。冲洗条件:药业天津III配方,手工洗片。显影:20℃5min。黑白密度计:型号TH-N386,大连希奥特检测设备有限公司。管电流:i=5mA;透照时间:t=3min;焦距:F=650mm;增感屏:Pb0.03mm×2。管电压9组分别为:V=150,160,170,180,190,200,210,220,230kV。阶梯试块厚度:T=2,5,7,9,11,13,15,17,19,21mm。用黑白密度计测定获得透照厚度、透照管电压与对应黑度的实验实测数据,相同电压、相同厚度条件下底片黑度测定3次取平均值。共得到9组管电压×10个透照厚度=90个样本数据。2.2回归模型的建立和估计由公式(7),管电流i,透照时间t,管电压V,透照距离F,透照厚度T是影响黑度D的主要因素,是人们能控制和观察的,而黑度D还受到随机因素的干扰,可以合理地假设这种干扰服从零均值的正态分布,于是回归模型记作其中,ε～N(0,σ根据实验取得的数据,使用最小二乘法估计参数a,b,c,得到回归模型的估计值:残差相关系数R是衡量回归模型相关程度的指标,R取值范围为R∈[0,1]。R越大,回归模型相关关系越密切。通常,R大于0.9才认为相关关系成立。2.3模型参数估计及残差分析为了研究的方便,本文使用MATLAB统计工具箱命令regress使用实验实际测出的9组底片数据,根据回归模型8进行回归分析2.3.1相关系数R=0.986。R大于0.9,回归模型相关关系成立。R接近1,回归模型相关关系密切。因此,使用该回归模型可以很好的反映射线检测各工艺参数之间的关系。此回归公式,能够直接估算出相应条件下底片的黑度值,更方便更灵活的确定射线检测的工艺参数。对于习惯使用曝光曲线的检测人员,该公式也可以方便的转化为曝光曲线。由上式可知,透照厚度每减少1mm,底片黑度增加0.1661。因此参数c赞、以及底片缺陷处黑度的变化量,上述两者对比可以用来评估该缺陷在深度方向上的不连续当量长度。2.3.3残差分析使用回归模型残差估计随机误差ε,正态分布ε～N(0.0000,0.0344),σ=0.1854。实验实测值D-回归模型估计值D赞:68%的数值落在±0.1854范围内;95%的数值落在范围±0.3708范围内。3参数a、b和c的样本数量的确定3.1回归分析结果从数学上看,回归模型8至少有3个方程才能求解。每个样本相当于一个方程,至少需要3个样本。因为回归要考虑其中的各种误差作用,经验标准实际样本量至少是回归模型参数个数2倍以上,即6个样本。从实测的90个样本中随机抽取6个样本进行回归分析,用回归相关系数R<0.9作为不合格标准。使用MATLAB编程统计100万次,共1125次抽样R<0.9,不合格率为1.125‰。不合格率很低,因次,理论上可以使用6个实测样本确定回归模型的参数。上述的统计可知,在实际工作中,使用近期拍摄的不同曝光参数、不同透照厚度的底片,实测6个非相关的样本数据代入公式进行回归分析,就能够确定公式模型的参数。这个结论表明,曝光性能的修正可以不需要单独拍摄底片,节约了检测的时间和成本。回归分析样本数量越大,结果可靠性越高。因此尽量选取数量更多、且能够覆盖实际应用的工艺参数的样本,来确定回归模型的参数。3.2两组阶梯试块底片的拍摄任意取2组底片的数据进行回归分析,得到的相关系数R如表1所示。根据表1结果,任意2组底片数据进行回归分析,相关系数R都大于0.98,相关关系成立。因此,只要拍摄2张不同管电压的阶梯试块底片,就可以得到符合相关关系的回归公式。常规曝光曲线,需要采用不同曝光量(数量s)、不同管电压(数量g)拍摄阶梯试块(不同厚度个数为k)获得底片来制作。需拍摄底片数量s×g张,需样本数量s×g×k个。从3.1和3.2的分析可知,本文的回归模型方法比传统曝光曲线方法,能够为检测人员节约修正检测机曝光性能所需要的时间。回归分析法能够得到理论计算的最优参数,也克服了传统曝光曲线制作中手工作图导致的误差。4回归分析方法设计本文推导了射线检测中底片黑度与管电流、管电压、透照距离、透照时间、透照厚度等工艺参数之间的公式关系。