微焦點DR成像技術在索類火工品制造檢測中的應用

索類火工品主要包括導火索、導爆索和切割索，其中導爆索主要用于傳遞爆轟信號，外形和結構都與導火索相似。導爆索常以金屬（鉛、銅、銀）做外皮，藥芯常用黑索金、太安等烈性炸藥，以7000m/s或者更高的速度傳爆。金屬柔性導爆索是在鉛、銀等金屬制成的金屬管內(nèi)填裝炸藥，經(jīng)過冷拔、軟化、編織等工藝制成的。為解決索類火工品內(nèi)部質(zhì)量一致性差、內(nèi)部裝藥密度不均勻的問題，需要對其質(zhì)量進行檢測。傳統(tǒng)射線照相無損檢測技術存在內(nèi)部缺陷圖像質(zhì)量差且無法放大圖像、無法識別質(zhì)量缺陷的技術缺點。同時，檢測大長徑比索類火工品時存在彎曲半徑大、檢測空間受限、效率低等技術難點。為此，陜西應用物理化學研究所的科研人員開展了索類火工品高分辨率微焦點DR無損檢測技術應用研究，同時研究了帶狀、盤狀等類型工件的無損檢測，實現(xiàn)了索類火工品樣品的多角度無損檢測。固定布局

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以及制作自己的模板1微焦點DR成像系統(tǒng)組成微焦點DR設備主要由微焦點X射線機系統(tǒng)、X射線數(shù)字平板探測器、機械傳動系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、圖像采集及處理系統(tǒng)以及射線防護系統(tǒng)幾部分組成。300kV微焦點DR成像系統(tǒng)組成如圖1所示。圖1300kV微焦點DR系統(tǒng)組成01X射線機系統(tǒng)X射線機系統(tǒng)包括射線管、高壓發(fā)生器、高壓電纜、冷卻水箱及其控制器單元，射線源最高管電壓為300kV，最大燈絲電流為2.0mA，射線源焦點尺寸為6μm。02X射線數(shù)字平板探測器平板探測器可實現(xiàn)對一定尺寸范圍內(nèi)被測樣品的整體成像檢測或對被測樣品的局部感興趣區(qū)域進行高放大比成像，射線利用率高。數(shù)字平板探測器接收器類型為非晶硅，轉換屏材料為碘化銫（直接沉淀），空間分辨率為5LP/mm，成像尺寸為300mm×250mm，像元尺寸為100μm，像素數(shù)量為3004×2508。03射線源行走機構射線源固定在射線源行走機構上，行走機構由行走軌道、齒輪以及控制電機連接，由軟件控制電器系統(tǒng)實現(xiàn)行走，行程為200mm。射線源可以沿導軌上下移動，零位位置在最上端，調(diào)節(jié)射線源到樣品間的距離，從而起到調(diào)節(jié)視野、調(diào)整放大比的作用。04平板探測器行走機構平板探測器通過螺釘連接安裝在固定臺面上，固定臺面連接移動、齒輪以及控制電機，軟件控制電器系統(tǒng)實現(xiàn)行走。平板探測器行走機構零位位置在下端，行程為500mm，通過探測器上下移動，調(diào)節(jié)探測器到樣品間的距離，從而起到調(diào)節(jié)視野、調(diào)整放大比的作用。05系統(tǒng)特殊性機構運動系統(tǒng)帶狀樣品移動臺帶狀樣品移動臺結構如圖2所示，其固定在防護鉛房兩側，由驅動電機控制。通過軟件控制部分實現(xiàn)帶狀樣品移動臺的水平移動和0°~±45°偏轉。檢測時，試驗樣品安裝在帶狀樣品移動臺上，由卡簧固定隨帶狀樣品移動臺一起移動和偏轉，從而實現(xiàn)對樣品平移、偏轉的高精度運動控制，實現(xiàn)快速工件缺陷定位以及工件的重復檢測。帶狀樣品移動臺可實現(xiàn)檢測完自動回到初始位置，檢測效率有所提升。圖2帶狀樣品移動臺結構示意盤狀樣品旋轉臺盤狀樣品旋轉臺結構如圖3所示，旋轉臺固定在金屬支架上，支架通過螺釘連接固定在x方向、y方向移動軸上，移動軸上安裝有控制電機。旋轉運動機構是通過電機帶動小齒輪，再由小齒輪帶動大齒輪進行樣品臺的旋轉，通過偏轉電機帶動減速機，可以實現(xiàn)樣品臺的±45°偏轉，進而實現(xiàn)工件的±45°偏轉，通過x軸、y軸的移動，實現(xiàn)對300mm×300mm范圍內(nèi)樣品的檢測。圖3盤狀樣品旋轉臺結構示意2解決方案01大直徑金屬柔性導爆索檢測工藝針對大直徑導爆索或者U型切割索等不能盤繞的索類火工品（一般導爆索直徑在4.5mm以上），需將檢測樣品放置于帶狀樣品臺上，帶狀樣品臺在牽引電機的作用下，穿過透照區(qū)域，進行DR成像檢測。大直徑導爆索檢測工藝流程為：①打開鉛蓋→裝入樣品→合上鉛蓋→樣品進入設備；②開始檢測→檢測完畢；③退出樣品→打開鉛蓋→取出樣品。具體操作步驟為：①首先啟動射線源工作系統(tǒng)，按照工作系統(tǒng)要求進行設備預熱，設定目標電壓、電流、曝光時間、圖像合并數(shù)、像素合并數(shù)等檢測參數(shù)；②將被測索類產(chǎn)品放入機械運動平臺，打開X射線啟動開關，對樣品進行透照；③在測試軟件中調(diào)節(jié)灰度對比度直方圖，選取最佳圖像后保存圖像（設定系統(tǒng)參數(shù)時，可開啟手動和自動檢測模式）。針對帶狀大長徑比樣品，檢測時，首先將盤狀樣品旋轉臺移回到初始位置，其實現(xiàn)過程為：盤狀樣品旋轉臺隨著移動支架，在電機驅動下，分別沿x方向軌道和y方向軌道，向左和向上回到設定的初始位置，此時整個盤狀樣品旋轉臺會退出300kV微焦點射線源和平板探測器的透照視野范圍。打開右側防護鉛門，將試驗樣品由卡簧安裝在帶狀樣品移動臺的承載臺上，然后關閉右側防護鉛門，承載臺在帶狀樣品移動臺動力機構的帶動下，向左側沿著導軌移動，進入到300kV微焦點射線源和平板探測器的透照視野范圍，通過分別調(diào)整300kV微焦點射線源和平板探測器的上下移動距離，設置透照參數(shù)，可實現(xiàn)樣品不同放大比的透照和檢測。帶狀樣品臺具有±45°偏轉功能，可實現(xiàn)金屬柔性導爆索±45°角度范圍內(nèi)的透照。在掃描軟件控制下，針對不同長度、不同直徑的樣品，設定帶狀樣品移動臺沿導軌向左移動的步長值，可實現(xiàn)樣品的連續(xù)拍攝，然后自動保存圖像。大直徑導爆索DR檢測成像結果如圖4所示。圖4大直徑導爆索DR檢測成像結果02小直徑金屬柔性導爆索檢測工藝小直徑金屬柔性導爆索直徑一般在4.5mm以內(nèi)，可通過試驗工裝，將其盤繞在固定圓盤上，然后將固定圓盤放置于盤狀樣品臺上，實現(xiàn)DR成像檢測，檢測的詳細步驟如下：盤狀樣品檢測時，應使帶狀樣品臺返回到初始位置，其實現(xiàn)過程為：承載臺上的樣品隨著帶狀樣品移動臺在動力機構的作用下，向右側沿導軌移動，回到初始位置；打開右側防護鉛門，取出試驗樣品；關閉右側防護鉛門。這時整個帶狀樣品移動臺退出300kV微焦點射線源和平板探測器的透照視野范圍。盤狀樣品旋轉臺伴隨著移動支架，在電機的驅動下，分別沿x方向軌道和y方向軌道，向右和向下移動，進入到300kV微焦點射線源和平板探測器的中間位置，此時整個盤狀樣品旋轉臺進入到透照視野范圍，將盤狀樣品放置在盤狀樣品臺上，通過分別調(diào)整微焦點射線源和平板探測器的上下移動距離，設置透照參數(shù)，可實現(xiàn)樣品不同放大比的透照和檢測。小直徑柔性導爆索DR檢測成像結果如圖5所示。圖5小直徑柔性導爆索DR檢測成像結果3質(zhì)量缺陷分析01質(zhì)量缺陷類型導爆索常見的質(zhì)量缺陷有裂縫、夾雜、密度不均勻以及縮頸等，圖6為幾種常見的導爆索DR無損檢測中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷。圖6導爆索DR成像檢測質(zhì)量缺陷示例02原因分析金屬柔性導爆索的制造工藝一般包括金屬管裝藥、金屬管拉拔、導爆索成型、導爆索軟化、擠塑以及導爆索編織等。首先，在金屬管裝藥工藝中，大多使用壓裝工藝，即在金屬管內(nèi)填充炸藥后再進行多次壓裝，可能存在裝藥密度局部不均勻以及金屬異物夾雜的問題。其次，在導爆索拉拔工藝中，導爆索容易產(chǎn)生應力集中，而出現(xiàn)裂縫。最后，在自動拉拔工藝過程中的意外停車，也可能造成縮頸等缺陷。結語針對大長徑比索類彎曲半徑大，檢測空間受限，檢測效率低的問題，提出了一種300kV微焦點DR數(shù)字成像系統(tǒng)結構，利用帶狀樣品移動臺和盤狀樣品旋