從圖像獲得的角度，射線檢測技術可分為常規射線檢測技術和數字射線檢測技術。常規射線檢測技術主要是指采用膠片完成射線信號探測的射線照相檢測技術，圖像是模擬圖像。而數字射線檢測技術是采用輻射探測器探測和轉換射線信號的射線檢測技術，通過輻射探測器形成檢測圖像初始信號后，經圖像數字化過程轉換為可顯示的數字檢測圖像。二者在射線檢測輻射圖像形成的基本原理上完全相同，本質區別在于輻射圖像的探測和檢測圖像的形成。
上海飛機制造有限公司和伊頓上飛（上海）航空管路制造有限公司的技術人員基于數字射線檢測技術中數字圖像的特點，和窗寬窗位調整對數字圖像顯示效果的影響，提出了在正式檢測前先對壁厚處進行缺陷視覺的可分辨性驗證以固化窗寬窗位的思路，并對鋁合金薄壁小徑管環焊縫進行檢測，以驗證該方法的有效性。
1、數字圖像的特點
數字圖像與模擬圖像的比較如圖1所示，圖中清楚地顯示了數字圖像的基本特點。數字圖像構成的基本單元是像素，每個像素是圖像的一個尺寸大小固定的小區，即圖1(b)中的正方形小區，其在該區內具有單一的幅度。一幅二維的平面數字圖像由M×N（行×列）個像素構成，是一個矩陣。
圖1 數字圖像與模擬圖像的比較
數字射線檢測技術得到的一般是灰度圖像，灰度實際上就是亮度，反映的是人眼對亮度的感覺。在一個像素區內，圖像具有單一的灰度，該灰度值由像素區的平均灰度決定。
2、調整窗寬窗位進行數字圖像的觀察與評判
調整窗寬窗位改善數字圖像觀察識別效果的作用原理
在數字射線檢測技術中，為了更好地識別圖像中的信息，觀察圖像時通常都要運用到數字圖像增強處理技術。圖像增強處理不能增加圖像的信息量，但可使某些圖像特征易于識別或檢測。常用的數字圖像增強處理方法可分為對比度增強、圖像銳化、圖像平滑、偽彩色處理等。其中，對比度增強處理即增加細節（缺陷）圖像與背景的對比度，可通過調整窗寬窗位來實現。
窗寬是指數字圖像中數字探測器響應值的范圍，其決定了顯示圖像的對比度；窗位是數字圖像中以數字探測器響應值表示的窗寬中點，決定了顯示圖像的亮度。由于數字射線檢測技術中探測器擁有較寬的動態范圍，通過調整窗寬窗位，可以改變關注區圖像細節（缺陷）對比度，使細節（缺陷）圖像更加清晰。
窗寬窗位（對比度亮度）的調整過程如圖2所示，一般地，關注區圖像可能只占檢測圖像灰度分布范圍的一小部分，因此在調整前關注區圖像的顯示灰度區可能很小，目視難以識別灰度差小的細節。窗寬窗位調整后，關注區圖像的灰度分布范圍被改變為可顯示的最大范圍（或較大范圍），從而使得關注區細節圖像灰度差拉大，可以目視識別該細節圖像。
圖2 窗寬窗位（對比度亮度）的調整過程示意
對檢測圖像中的整根導管、焊縫與熱影響區、焊縫（設置為關注區）進行窗寬窗位調整后得到的圖像如圖3所示。可以看出對焊縫與熱影響區（將焊縫與熱影響區設置為關注區）進行窗寬窗位調整后，此時顯示圖像的對比度和亮度有利于焊縫與熱影響區處圖像細節的觀察與識別，如圖3b所示；當對焊縫（將焊縫設置為關注區）進行窗寬窗位調整后，此時顯示圖像的對比度和亮度也有利于焊縫處圖像細節的觀察與識別，如圖3c所示。
圖3 金屬導管環焊縫窗寬窗位調整后的檢測圖像
相關標準對窗寬窗位設置的要求
標準ASTM E2698-2018《數字探測器陣列射線檢測技術方法》要求在檢測中應使用某一固定的窗寬，在窗寬固定的前提下，可調整窗位以觀察工件的整個厚度范圍。
標準ASTM E2736-2017《數字探測器陣列射線檢測技術導則》要求窗位的設置應使目標區亮度合適易于人眼分辨，而不是過白或過黑，在保持目標區合適亮度的情況下，窗寬的設置應使相應圖像質量等級的像質計孔或絲清晰可見。對于厚度或密度存在差異的工件，可設置多個窗寬窗位來觀察整個厚度或密度范圍，每個窗寬窗位的設置應使相應圖像質量等級的像質計孔或絲清晰可見。當被檢工件的厚度變化范圍很大時，應在厚度極值處放置像質計以表征圖像質量，整個被檢區域的圖像質量都應滿足要求。
由此可知，窗寬窗位設置的合適與否需要通過觀察相應圖像質量等級的像質計孔或絲是否能被識別或分辨來判斷，只有相應圖像質量等級的像質計孔或絲能被識別或分辨時，顯示圖像上目標區缺陷的視覺可分辨性才有保證。
觀察變截面工件圖像時的窗寬窗位設置
相關標準規定，對于變截面工件，當不能使用兩個像質計時，允許只使用一個像質計來表征圖像質量等級，該像質計應根據被檢查的最薄壁厚度來選擇，并放置在最厚壁處。此時若選用絲型像質計來表征圖像質量等級，并將絲型像質計橫跨在最厚壁和最薄壁處，即可通過觀察絲型像質計來判斷最厚壁和最薄壁處缺陷的視覺可分辨性。但目前數字射線檢測設備配備的系統軟件，大多只配置了能讀取孔型像質計對比度靈敏度（CNR）值的模塊，能讀取絲型像質計CNR值的模塊則需要額外配置。
對于變截面工件，若只選用一孔型像質計來表征檢測圖像質量，此孔型像質計應根據被檢查的最薄壁厚度來選擇并放置在最厚壁處。此時，最厚壁處因為放置有像質計，顯示圖像上最厚壁處缺陷的視覺可分辨性可通過分辨像質計上相應質量等級的小孔來保證；但在壁厚最薄處，因為沒有放置像質計，顯示圖像上最薄壁處缺陷的視覺可分辨性就得不到保證，存在顯示圖像過亮或過暗時無法識別或分辨缺陷的風險。反觀在膠片法射線檢測的相關標準中，對于變截面工件，當不能使用兩個像質計時，也允許只使用一個像質計來表征圖像質量等級，即根據被檢查的最薄壁厚度來選擇像質計并放置在最厚壁處，保證底片上壁厚最薄處缺陷的視覺可分辨性。因此，對于數字射線檢測變截面工件，當只使用一個孔型像質計表征圖像質量等級時，還需驗證所設置的窗寬窗位能保證最薄壁處的缺陷也具有視覺可分辨性。
變截面工件最薄壁處缺陷可視覺分辨性的驗證思路
根據ASTM E2698-2018和ASTM E2736-2017標準以及相關標準要求，對于數字射線檢測變截面工件擬只選用一個孔型像質計來表明圖像質量時，可先進行以下驗證：在壁厚最厚和壁厚最薄處各放置一個孔型像質計，這兩個孔型像質計都以最薄壁為基準選擇，如果所設置的窗寬窗位使兩個像質計上相應圖像質量等級的小孔都能清晰可見，即可知在該窗寬窗位下，顯示圖像上最厚壁和最薄壁處的缺陷是視覺可分辨的。將此時的透照參數以及窗寬窗位值固化于工藝卡中，只要在后續的正式檢測中按工藝卡上的透照參數和窗寬窗位要求執行，就可以只放置一個孔型像質計來表征圖像質量等級，該孔型像質計根據被檢查的最薄壁厚度選擇并放置在壁厚最厚處。筆者應用上述思路，對薄壁小徑管環焊縫進行了數字射線檢測。
3、薄壁小徑管環焊縫的檢測焊縫和熱影響區的觀察與評判
對于小徑管焊縫，通常除了要對焊縫全長作100%射線檢測外，還要求對焊接熱影響區進行評判，受焊縫余高影響，熱影響區的厚度與焊縫厚度存在差異，所以若要在正式檢測時同時評判焊縫和熱影響區兩個厚度，但又只放置一個孔型像質計，則必須先對所設的窗寬窗位進行驗證，表明在所設的窗寬窗位下，顯示圖像上最薄壁處即熱影響區處的缺陷也能清晰可見。
筆者選取一尺寸為ф38 mm×0.9 mm的鋁合金薄壁小徑管進行試驗，要求射線透照質量等級為2-2T，薄壁小徑管環焊縫實物如圖4所示。采用雙壁雙影法對此環焊縫進行垂直透照，射線穿透厚度在熱影響區為1.8 mm，在焊縫區由于余高的影響在5 mm左右，由于射線穿過的最薄壁處（熱影響區）厚度小于6.35 mm，故選取ASTM E1025-2005標準中的5號孔型像質計（厚度為0.13 mm）來表征圖像質量。受小徑管的形狀影響，孔型像質計不易放置，需要將孔型像質計放置于與管子透照特性相似、厚度分別等于熱影響區厚度與焊縫厚度的鋁合金墊片上，并將墊片置于管焊縫射線源一側。
圖4 薄壁小徑管環焊縫實物
將兩塊5號像質計分別放置于厚度為1.8 mm和5 mm的鋁合金墊片上，所形成的透照圖像如圖5所示，其透照參數和窗寬窗位設置調整界面如圖6所示。調整透照參數，使兩個像質計上2T孔的CNR值不小于2.5，表明透照質量等級已達2-2T；然后調整窗寬窗位，使兩個像質計上的2T孔清晰可見，表明熱影響區和焊縫區的缺陷都已能夠通過目視分辨。將此時的透照參數以及窗寬窗位值固化于檢測工藝卡中，只要在后續的正式檢測中，按工藝卡上的透照參數和窗寬窗位要求執行，就允許只采用一個孔型像質計來表征圖像質量等級，該孔型像質計應根據被檢查的最薄壁厚度來選擇并放置在最厚壁處，同時，該驗證思路已被特種工藝評審通過。
圖5 5號像質計分別置于不同厚度鋁合金墊片上的透照圖像
圖6 透照參數和窗寬窗位設置調整界面
實踐證明，在合適的對比度、亮度條件下，同時評判焊縫和熱影響區兩個不同厚度的檢測圖像是可行的，在后續的正式檢測中只放置一個孔型像質計也能保證最薄壁處缺陷的視覺可分辨性，只要經驗證表明在設定的透照參數和窗寬窗位下能目視分辨兩個厚度圖像質量等級所要求的像質計圖像即可。同時這也說明，利用數字射線檢測技術中探測器動態范圍寬的特點，在保證透照質量的前提下，可通過調整窗寬窗位來實現在同一顯示圖像中對一定厚度范圍工件的觀察和評判。另外也需注意，窗寬窗位調整僅適用于數字圖像的觀察和評判，不適用于透照質量的調整，即調整窗寬窗位改變不了系統軟件上的CNR值。
固定墊片的工裝板對薄壁管檢測的影響
在對鋁合金薄壁小徑管環焊縫進行雙壁雙影法檢測時，受小徑管結構影響，孔型像質計不易放置于管子本體上，故選取了與管子同材料、厚度分別等于熱影響區厚度和焊縫厚度的鋁合金墊片來放置像質計，而鋁合金墊片的固定方式對最終的透照質量還存在一定影響。筆者用工裝亞克力板固定兩塊不同厚度的墊片并將亞克力板放置于墊片之后（見圖7），得到該放置方式下的透照圖像（見圖8），此時發現要將目標區的數字探測器響應值控制在要求的范圍內尚存在困難。
圖7 工裝亞克力板置于墊片后的圖示
圖8 工裝亞克力板置于墊片后的透照圖像
經過調整發現，當用于固定墊片的工裝亞克力板與墊片錯位放置時（見圖9），目標區的數字探測器響應值問題得到解決，此時透照得到的圖像如圖10所示。說明對于鋁合金薄壁小徑管環焊縫的數字射線檢測，由于薄板對射線的衰減程度小，用于固定墊片的工裝亞克力板對射線的衰減就不能忽略，這點從圖8和圖10中（可分辨工裝亞克力板的輪廓）也能看出。因此，在需要將孔型像質計放置于墊片上而墊片需要用工裝板固定時，應將工裝板與墊片錯位放置，以避免工裝板對射線的衰減進而影響透照圖像質量，這點在檢測薄壁工件時尤為重要。
圖9 工裝亞克力板與墊片錯位放置圖示
圖10 工裝亞克力板與墊片錯位放置時的透照圖像
4、結語
基于數字射線檢測技術中數字圖像的特點和窗寬窗位調整對數字圖像顯示效果的影響，根據相關標準要求以及對于變截面工件允許只使用一個像質計的要求，提出了在正式檢測前先對變截面工件壁厚最薄處進行缺陷視覺可分辨性驗證以固化窗寬窗位的思路，并對鋁合金薄壁小徑管環焊縫進行了數字射線檢測，驗證了該思路的有效性，并得到了特種工藝評審的認可。同時對固定墊片的工裝板對薄壁管檢測的影響進行探討，以期為薄壁工件的數字射線檢測工藝提供參考。
