一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種X射線無損探傷檢測方法，特別是涉及一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，屬于無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。第一步，對被檢測勻質(zhì)材料的厚度進行預先估算，選取標準階梯試塊；第二步，對選定的標準階梯試塊進行射線照相，并用黑度計測量標準階梯試塊對應的黑度值；第三步，對第二步中用黑度計測量的射線底片的黑度值與第一步中選取的標準階梯試塊的厚度值進行擬合，得到擬合公式；第四步，用第二步的方法，對待測勻質(zhì)材料實施照相，對射線底片的黑度值進行測量，將黑度值代入第三步得到的擬合公式中，即可計算出待測勻質(zhì)材料的厚度值。
【專利說明】一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線無損探傷檢測方法，特別是涉及一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，屬于無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]利用工業(yè)X射線機對材料工件進行射線檢測是一種通用的無損檢測方法。X射線穿過物體后出現(xiàn)衰減，衰減的射線使射線膠片感光，膠片經(jīng)顯影和定影處理，成為黑白底片。當X射線穿過薄厚不均或存在氣孔，裂紋，夾雜等缺陷的物體后，射線的衰減情況就發(fā)生了變化，經(jīng)過厚的或比本體密度高的物質(zhì)衰減就大，經(jīng)過薄的或比本體密度低的物質(zhì)衰減就小，于是在底片上顯示出深淺不同的黑度變化。專業(yè)人員根據(jù)底片黑度變化等信息判斷物體的內(nèi)部情況。
[0003]從本質(zhì)上講，物體上的任何缺陷都可以歸結(jié)為厚度的變化，因為氣孔、夾雜和裂紋等缺陷都是非本體物質(zhì)占據(jù)了應由本體物質(zhì)填充的空間。具體地，氣孔、裂紋是氣體占據(jù)了本體材料空間；夾雜是高于或低于本體的物質(zhì)占據(jù)了本體材料的空間。
[0004]厚度測量方法較多，如常規(guī)測厚、超聲測厚、電渦流測厚等。但每種手段都受到一定條件的制約，例如常規(guī)測厚之于封閉型腔結(jié)構(gòu)件；超聲測厚之于不平行截面物體；電渦流測厚之于不導電材料。特別是對于未焊透或未熔合缺陷的深度測量以及截面連續(xù)變化的復雜精密鑄件的厚度測量，X射線測厚成為一種補充手段。
[0005]目前，已有一些品牌的X射線測厚儀器設(shè)備在市場銷售，如韓國產(chǎn)XRF2000鍍膜測厚儀。它的射線發(fā)出裝置是一種異型的X射線機，X射線接收裝置是帶有信號轉(zhuǎn)換的集成化射線收集器，主要用于金屬鍍膜的測厚。
[0006]2012年以來的也有一些用X射線測厚的專利發(fā)明，如專利申請?zhí)朇N201210239908.9 一種帶材厚度測量裝置，它是將專用測厚儀的X射線接收裝置(4)和X射線發(fā)射裝置(5 )置于被測厚帶材的兩端，X射線發(fā)射裝置(5 )發(fā)出射線，穿過帶材形成衰減后，被X射線接收裝置(4)所接收，再經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換進入計算機，與計算機中預置數(shù)據(jù)比較、計算，完成帶材實時厚度測量。
[0007]CN201220175666 一種X射線測量金屬材料厚度裝置，其原理是X射線源發(fā)出X射線，X射線探測器接收穿過金屬板材的X射線，通過測量變送器將測得信號結(jié)果送到A/D轉(zhuǎn)換器中，傳送到數(shù)字信號處理器中，最后由數(shù)字信號處理器分析數(shù)據(jù)將獲得測量厚度經(jīng)過計算機處理得出厚度。
[0008]由射線檢測原理可知，很多缺陷本質(zhì)上都是厚度的變化，因此射線測厚具有廣泛的意義。
[0009]對一些具有不平行截面、不導電材料和工件或存在未焊透、未熔合等焊接缺陷產(chǎn)品的厚度或深度測量，常見測厚手段存在一定的不適應性。此時，X射線測厚可成為一種非常有益的補充。特別是當上述產(chǎn)品需要完成內(nèi)部質(zhì)量的X射線檢測時，同時同地，同手段地實現(xiàn)厚度測量，具有十分明顯的現(xiàn)實意義。[0010]以韓國產(chǎn)鍍膜測厚儀為代表的市場在售測厚儀，主要用于鍍膜厚度測量，可實現(xiàn)在線實時測厚，適合微小厚度、大批量，連續(xù)化的測量作業(yè)，無法覆蓋工程上常見的多種厚度，多種材質(zhì)，多種形狀產(chǎn)品的厚度檢測要求。
[0011]2012年以來公開的X射線測厚專利技術(shù)，如一種帶材厚度測量裝置，其主要用于帶鋼廠中帶材生產(chǎn)線上帶鋼厚度的實時測量，專用性極強。另一專利技術(shù)，一種X射線測量金屬材料厚度裝置，也是針對金屬測厚的專用技術(shù)。兩個專利的共同特點就是適用對象必須是平面結(jié)構(gòu)的金屬。如此，對于具有一定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，特別是非金屬產(chǎn)品，以上兩個專利技術(shù)的不適用性顯而易見?？傊疅o論是在售測厚或是公開的專利，如要實施，均需資金的投入，并且投入的資金數(shù)額較大，這從其儀器裝置的組成就可分析明確，X射線發(fā)生裝置是其必備組建，一臺進口通用形狀X射線機，目前價格就在30-100萬之間，特制X射線機價格會更高。另外X射線的接收裝置，信號轉(zhuǎn)換裝置，應用軟件及計算機輔助裝置也需不少費用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明的目的是為了提出一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法。
[0013]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0014]本發(fā)明的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，步驟為:
[0015]第一步，對被檢測勻質(zhì)材料的厚度進行預先估算；
[0016]預先估算被檢測勻質(zhì)材料的厚度是后續(xù)工作的基礎(chǔ)，但預先估算不需要精確，精度在5mm范圍即可，目的是為了標準階梯試塊的選??；標準階梯試塊的材料與被檢測勻質(zhì)材料的材料一樣，標準階梯試塊的階梯高度一致，一般以Imm步進；
[0017]被檢測勻質(zhì)材料的厚度要包含于標準階梯試塊的厚度范圍之中；標準階梯試塊通常有10-20個臺階，因此在射線底片上的黑度也有10-20個；即每個臺階在射線底片上形成一個黑度；
[0018]第二步，對選定的標準階梯試塊進行射線照相，并測量標準階梯試塊對應的黑度數(shù)值；
[0019]標準階梯試塊射線照相按照標準如GJB1187A-2001實施即可，射線照相時可考慮應用厚度寬容技術(shù)，以便黑度數(shù)值的讀??；標準階梯試塊在射線底片上的影相；
[0020]射線檢測中，需要測量射線底片的黑度，測量射線底片的黑度計是從事射線檢測的必備工具之一；黑度計精度為百分之一，人眼對黑度差(對比度)的分辨能力可達百分之二 ；對標準階梯試塊的每個黑度值讀取三次，取其平均值列表；
[0021]第三步，對第二步中用黑度計測量的射線底片的黑度值與標準階梯試塊的厚度值進行擬合，得到擬合曲線；擬合選擇指數(shù)擬合曲線和指數(shù)擬合公式；
[0022]利用微軟EXCELL或者WPS的電子表格對列表的黑度值進行規(guī)劃和公式擬合；
[0023]擬合曲線的橫坐標是標準階梯試塊的厚度值用χ表示，縱坐標是射線底片的黑度值用I表示；直線和指數(shù)曲線的規(guī)劃R2值都接近1，按照根據(jù)統(tǒng)計學理論，當回歸系數(shù)R2等于I或者接近I時，即表明其關(guān)聯(lián)程度較高。經(jīng)比較，黑度值與厚度值的指數(shù)規(guī)劃更好；
[0024]應用最小二乘法等方法也可以獲得厚度與黑度的關(guān)聯(lián)公式，但本發(fā)明使用EXCELL，其擬合公式可由EXCELL自動生成，方法更簡便，對絕大多數(shù)射線專業(yè)人員來說，更容易被快速掌握；[0025]需要說明的是，當管電壓或管電流發(fā)生改變后，相應標準階梯試塊的厚度值所對應的射線底片的黑度值將發(fā)生改變，其改變都遵循指數(shù)規(guī)律，且相關(guān)程度均較高，其標準關(guān)聯(lián)公式如公式I
[0026]y=ae-bx公式 I
[0027]其中y是黑度值，χ是厚度值。a，b均為系數(shù)。
[0028]第四步，用與第二步完全相同的指標，對待測勻質(zhì)材料實施照相，對射線底片的黑度值進行測量，將黑度值代入公式I中，即可計算出待測勻質(zhì)材料的厚度值。
[0029]需要注意的二點，一是射線膠片應相同，且沖洗過程應在同一自動洗片機上完成；二是標準階梯試塊和待測勻質(zhì)材料要在30分鐘內(nèi)完成射線照相和沖洗，且期間不能用相同藥液沖洗其它底片，其目的是保證膠片系恒定。當然本發(fā)明的應用也不局限于使用自動洗片機，關(guān)鍵要把握顯影液和定影液的溫度的一致性和顯影、定影時間的一致性。
[0030]有益效果
[0031]本發(fā)明使用普通工業(yè)用X射線機，具備此類X射線探傷機的廠家眾多；
[0032]本發(fā)明的應用不需要額外購置設(shè)備儀器、增加使用面積。對于非連續(xù)性檢測，本發(fā)明的應用可節(jié)約較多的設(shè)備儀器購置費；
[0033]本發(fā)明適用性較強，不僅適用于平板結(jié)構(gòu)的金屬厚度測量，也適用于勻質(zhì)非金屬復雜結(jié)構(gòu)的測量。同時也對厚度測量范圍具有較好的覆蓋；
[0034]本發(fā)明即可測量厚度，也可以測量特定缺陷的深度，同時也提高了射線檢測水平與檢測質(zhì)量；
[0035]本 發(fā)明揭示的方法，不需要特殊的專業(yè)培訓，適合在各層次射線檢測人員之中普及。
[0036]目前，國內(nèi)有大批量的普通工業(yè)用X射線機，僅2012年國內(nèi)企業(yè)新購置普通工業(yè)用X射線機就達到1100余臺，如果本發(fā)明能得到推廣應用，眾多的企業(yè)就可掌握本發(fā)明所涉及測厚方法，對于那些非連續(xù)性測厚的企業(yè)，參照當前市場在售測厚儀器價格估算，應用本發(fā)明即可為該企業(yè)節(jié)約數(shù)十萬的儀器購置資金?？紤]射線機的存量，本發(fā)明的普及后，節(jié)約資金的數(shù)額將極為龐大。
[0037]在經(jīng)濟效益之外，本發(fā)明所帶來的社會效益也不容忽視，其主要體現(xiàn)在兩個方面:第一，隨著本發(fā)明測厚用底片黑度值測量材料及工件厚度的方法的應用，射線檢測的水平必將提高，這是由于射線檢測的性質(zhì)所決定的，因為影響底片黑度的外在因素，一個是被檢測物材料的性質(zhì)，另個就是被檢測物的厚度，當厚度可以事先較精確被掌握，即可較好把握檢測質(zhì)量，此外對特定缺陷深度測量也為送檢單位提供了極為重要的幫助；第二，本發(fā)明中應用電子表格實現(xiàn)的指數(shù)規(guī)劃方法，可作為一種通用的分析方法，除測厚應用外，射線密度測量，缺陷深度測量以及射線照相不可或缺的曝光曲線的制作都可以加以應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為實施例1中標準階梯試塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為實施例1中標準階梯試塊在射線底片上的影相圖；
[0040]圖3為實施例1中指數(shù)擬合曲線；
[0041]圖4為實施例1中待測勻質(zhì)材料工件的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0043]實施例
[0044]以一錐臺形狀鋁合金大型精密鑄件為例，以下簡稱鋁鑄件如圖4所示；
[0045]第一步，預估鋁鑄件的厚度為12_17mm ；
[0046]第二步，選取鋁材質(zhì)標準階梯試塊，如圖1所示，含有10個臺階，其高度從高至低依次為 30mm、27mm、23mm、21mm、18mm、16mm、14mm、12mm、10mm、8mm ；
[0047]第三步，對鋁材質(zhì)標準階梯試塊進行X射線照相參數(shù)選取為:
[0048]透照管電壓70Kev,管電流20mA,曝光時間IMin,焦距IOOOmm ;膠片系:膠片AgFaD7，顯影液、定影液為“天海套藥”，顯影時間3Min，定影時間5Min，顯影溫度28°C ；
[0049]第四步，布置好射線膠片，用第三步的參數(shù)對標準階梯試塊進行X射線照相，射線底片的影相如圖2所示；
[0050]第五步，用黑度計測量第四步獲得的底片黑度；
[0051]A5.1、選用事先計量檢定合格精度0.01的黑度計。
[0052]A5.2、測量第二步所用階梯試塊10個階梯所對應的底片黑度值，每個階梯對應底片區(qū)域測量3次黑度值，取算術(shù)平均值列表如下。
[0053]8-30 (mm)標準階梯試塊厚度、黑度對應表試驗條件管電壓70KV，曝光量20mA.min,焦距 1000mm
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于步驟為: 第一步，對被檢測勻質(zhì)材料的厚度進行預先估算，選取標準階梯試塊； 第二步，對選定的標準階梯試塊進行射線照相，并用黑度計測量標準階梯試塊對應的黑度值； 第三步，對第二步中用黑度計測量的射線底片的黑度值與第一步中選取的標準階梯試塊的厚度值進行擬合，得到擬合公式； 第四步，用第二步的方法，對待測勻質(zhì)材料實施照相，對射線底片的黑度值進行測量，將黑度值代入第三步得到的擬合公式中，即可計算出待測勻質(zhì)材料的厚度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于:標準階梯試塊射線照相的標準為GJBl 187A-2001。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于:黑度計的精度不低于百分之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于:第三步中的擬合公式為指數(shù)擬合公式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于:指數(shù)擬合公式為y=ae_bx，其中y是黑度值，x是厚度值；a，b均為系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于:指數(shù)擬合公式的精度分析方法為:設(shè)厚度X誤差為ΛΧ，黑度y誤差為Ay，則有:y+Ay=ae^b(x+'x)
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于:第三步中的擬合公式為直線擬合公式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于:第三步中利用微軟EXCELL或者WPS的電子表格對黑度值和厚度值進行擬合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用底片黑度值測算勻質(zhì)材料厚度的方法，其特征在于:第三步中利用最小二乘法對黑度值和厚度值進行擬合。
【文檔編號】G01B15/02GK103471535SQ201310404363
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】蔡閏生, 任華友, 馬兆慶, 袁生平 申請人:航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院