2020年 第46卷
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作者简介：李石磊（1983-），男，工程师，硕士，主要从事X 射线数字透射成像检测技术和轮胎检测产品研究。
收稿日期：2020-03-10
轮胎X 射线检验机（又称X 光机）对成品轮胎进行X 射线透射，利用橡胶钢丝密度的差异性，形成亮度差异的轮胎X 射线图像，通过图像来检查轮胎内部钢丝排布、杂质、气泡情况，以此来判定轮胎是否合格。当前该设备广泛用于国内外轮胎厂半钢轮胎、全钢轮胎、工程轮胎等不同类型轮胎的检测。
轮胎X 射线检验机一般是通过操作员实时阅读轮胎X 射线图像，由人工对轮胎质量进行判定，此时轮胎X 射线图像的质量直接影响轮胎的质量判定。同时随着自动化需求的提升，部分厂家开始采用缺陷自动识别技术对轮胎X 射线图像进行自动识别并判级，这就对轮胎X 射线的图像的一致性、精细度等图像质量提出了更高的要求。本文从系统分析角度，结合现场应用的经验，对轮胎X 射线检验机图像影响因素进行探讨。
1 X 射线系统影响因素
轮胎X 射线检验机的射线系统一般包括X 射线管、高压发生器、高压控制器、水冷器机、高压电缆及其他附属电缆等，其中光管、高压发生器决定了X 射线系统的最高电压、最高电流和射线功率，X 射线管的选型决定了X 射线管焦点尺寸的大小，也是影响图像质量的重要因素。在应用时，X 射线系统可调节参数包括管电压和管电流。 X 射线管发射X 射线的原理是：X 射线管是一个真空二极管，阴极是用于发射电子的灯丝，阳极是接受电子轰击的靶。阴极灯丝通电被加热后产生大量热电子，在两极间电压的作用下被加速到高速，轰
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轮胎X 射线检验机图像影响因素探讨
(软控股份有限公司，山东 青岛 266042)
摘要：通过对轮胎X 射线检验机的X 射线系统、探测器系统、系统结构等进行分析，探讨了影响其图像质量的因素，并结合实践经验给出轮胎X 射线检验机图像相关参数的参考范围。
关键词：轮胎X 射线检验机；X 射线系统；探测器；X 射线图像影响因素中图分类号：TQ330.492
文章编号：1009-797X(2020)15-0051-03
文献标识码：B DOI:10.13520/jki.rpte.2020.15.012
靶面上时，由于运动突然受阻，其动能部分转变为辐射能，以X 射线的形式发射出来。
1.1 管电压
管电压是阴极和阳极间的电压，即加到电子上的能量。管电压越高，X 射线穿透物体的能力越强。物质密度越高、物体越厚，需要的穿透电压越高。
管电压的设置，不能太高，也不能太低。管电压过高时，X 射线大部分会直接穿过物体，探测器接收到信号就丢失了被照物体的信息，在轮胎X 射线图像上，就会显的图像过亮；而管电压过低，则X 射线大部分被物体吸收，探测器也接收不到与被照物体有关的信息，轮胎X 射线图像则会显的图像过暗，如图1
所示。
图1 相同管电流下不同管电压轮胎X 射线图像（局部）
在轮胎X 射线检验机应用中，会根据轮胎的结构、胎面厚度等选择合适的管电压。最高管电压由X 射线管、高压发生器决定，X 射线管、高压发生器的功率则限制了管电压、管电流的最高值。
1.2 管电流
管电流是指灯丝逸出的电子总量，该电子数包括
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第46卷 第15期
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CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)
橡塑技术与装备（橡胶）
了靶电流（到达靶上的电子）和管壁电流（到达X 射线管壁上的电子），其中有效的是靶电流，管壁电流属于损耗，不产生X 射线。由于靶电流无法精确测量，而管电流一般与靶电流正相关，因此，一般X 射线检验机调整参数即为管电流。
管电流越大，就意味着X 射线的流量越大，探测器的接收到的信号就会越强。从X 射线图像角度看，管电流越大，图像的黑白对比度越好，即图像中最黑和最白之间可显示出的范围越大，如图2所示。
从成像角度来说，管电流越大越好。但光管功率和高压发生器功率会限制固定管电压下的管电流范围，同时管电流越大，灯丝损耗就会更多，X 射线管寿命会受此影响。
轮胎X 射线检验机管电压范围在10~160 kV ，一般全钢轮胎，管电压在60~80 kV ，管电流3.0~5.0 mA 左右；半钢轮胎管电压在50~70 kV ，管电流2.0~3.0 mA
左右。
图2 相同管电压下不同管电流轮胎X 射线图像（局部）
1.3 X 射线功率
X 射线功率（W ）=管电压（kV ）×管电流（mA ），在轮胎X 射线检验机射线系统中，X 射线功率是
高压发生器和X 射线管功率中的最小值。如上所述，X 射线功率是X 射线系统能够提供的总能量，其限制了管电压和管电流的调节范围。
1.4 光管焦点尺寸
X 射线焦点尺寸是指电子束被聚焦后，打在X 射线管上阳极靶的实际面积，焦点尺寸是用来测量X 射线管性能的一个标准。焦点尺寸决定X 射线检测系统可以检测到的物体最小缺陷，焦点越小, 图像越清晰，可以检测到的缺陷越小，焦点尺寸大，将造成几何阴影，如图3所示。一般来说焦点尺寸随着靶功率增加而增大。
当前轮胎X 射线检验机常用的X 射线管，焦点尺寸有0.5×1.5 mm,0.4×4.5 mm,1.0×4.5 mm 三种，最高电压分别是100 kV ，120 kV ，160 kV ，功率分别是300 W ，480 W ，1 000 W
。
图3 相同电压电流下不同焦点大小轮胎X 射线图像（局部）
2 探测器系统
X 射线是不可见的，当它照射到某些化合物上时，
因为电离或激发使原子处于激发态，原子回到基态过程中，由于价电子的能级跃迁而辐射出可见光或紫外线，即荧光作用。荧光的强弱与X 射线的量成正比。
轮胎X 射线检验机探测器结构包括闪烁体、光电二极管阵列、电流放大回路、A/D 转换、控制器等部分。最前端的闪烁体部分接收X 射线后，利用荧光作用，将X 射线转换为可见光，由光电二极管将可见光转换为电流信号并由电路进行放大，A/D 转换后，以数字信号的形式进入计算机进行处理。
轮胎X 射线检验机探测器相当于X 射线感应器，感应穿过轮胎后的X 射线强度，并根据各部位X 射线强度，给与不同的黑白值（灰度等级）。由于轮胎在检测时是“U”型结构，为了提高效率和图像完整度，轮胎X 射线检验机探测器用二极管阵列做成贴合轮胎外廓的“U”型结构，配合轮胎旋转，可以完成轮胎子口到子口的完整图像检测。
2.1 分辨率
探测器的分辨率是指探测器硬件中单个二极管像素点的实际尺寸，是探测器光学系统能够分辨的最小距离，即大于这个距离的就能被识别为两个点，小于这个距离就会被识别为一个点。当前市面上的X 射线检验机有0.4 mm 、0.5 mm 、0.8 mm 等不同分辨率，分辨率越小，对于图像细节的分辨能力越高。
在轮胎X 射线检验机系统中，系统的分辨能力可以用单位距离内的黑白线对（线对卡）来测试，间隔越宽的黑白条纹越容易分辨。这里的分辨率指的是探测器的硬件参数分辨率，系统分辨能力还会受到光管焦点尺寸、放大倍数、图像处理等因素影响，两个参数是不等同的。
2.2 灰度等级
灰度等级（即A\D 转换精度）用来衡量X 射线检
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李石磊·轮胎X 射线检验机图像影响因素探讨
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测系统形成黑白对比度的能力，灰度等级越大，系统生成的照片黑白对比度越高，显示的黑白细节会越丰富，越方便用户观看。轮胎X 射线检测系统通常用“位”表示。如8位是指从黑到白，分为256个区，即2的8次方，16位是指从黑到白，分为65 536个区，即2的16次方。X 射线检验机探测器灰度等级有12位和16位两种，当前主流使用的X 射线检验机探测器均为16位。
2.3 积分时间
探测器的积分时间是指探测器接收记录和抛弃一个信号所需的时间。探测器积分时间影响轮胎的检测速度，在保证图像质量的前提下，积分时间越小，则采集速度越快，采集一幅轮胎X 射线图像所用的时间就会更少，这对设备效率提高有重要意义。当前主流的轮胎X 射线检验机探测器积分时间能够做到最小250 μm 。
3 系统结构影响因素
3.1 探测器结构
轮胎X 射线检验机的探测器结构有3个直线探测器拼装型、“U”型、“C”型几种样式，其中三个直线探测器拼装型已经被淘汰，“U”型结构，各板卡之间多直线拼接，连接更紧密，稳定性好，图像效果更好。“C”型轮廓更贴合轮胎检测姿态，图像比例效果变形比U 型小，其动态范围更大。
3.2 轮胎检测姿态
轮胎X 射线检验机根据轮胎进行检测时的姿态，一般分为立式和卧式两种机型。立式机型即轮胎检测时竖直状态，一般是4个导杆同步扩张，撑住轮胎子口，旋转轴驱动轮胎子口进行旋转（即内驱旋转），该结构图像稳定，重复精度高，是主流的检测结构形式。
卧式机型即轮胎检测时水平状态，该状态理论上会由于重力作用造成轮胎上下胎侧变形，实际使用中肉眼观看时差别不明显，但使用缺陷自动识别技术时，会成为一个图像质量影响因素。另外卧式机型还有内驱旋转和外驱旋转两种，其中外驱旋转由于受轮胎花纹影响，可能部分轮胎图像会有抖动变形。
3.3 几何放大倍数
几何放大倍数是点源到探测器接收面的距离射线与点源到被测物体的距离之间的比值。理论上，放大倍数越大，对于细节的显示能力越强，就可以检测更小的缺陷。对轮胎X 射线检验机来说，受限于轮胎结构、探测器形状、光管焦点尺寸、射线功率等因素，主要以轮胎图像的完整性为准，可调整范围较小。
4 结语
轮胎X 射线检验机的图像质量，与X 射线系统、探测器、系统结构都有较大关系，在设备选型时，应该尽量选用小焦点的X 射线管，并根据轮胎材料及厚度选择合适功率的高压发生器和X 射线管。在设备应用中，基于已定型的X 射线系统，在保证管电压穿透性的基础上，管电流越大图像质量越好，但需要同时考虑长时间大功率运行对光管寿命的影响。
探测器则应选用分辨率小、A/D 精度高、积分时间短的“U”型或“C”型结构产品，在应用中需注意调整光管和探测器相对位置，以获取最优图像。参考文献：
[1] 孙忠诚.射线数字成像技术.北京：机械工业出版社，2018.[2] 张俊哲.无损检测技术及其应用.北京：科学出版社，2010.[3]
张祥春，蔡良续，张鹭，等.线阵列探测器X 射线数字成像试验.无损检测，2011,33(3):37~39.
Discussion on the influencing factors of tire X-ray inspection machine
image
Li Shilei
(MESNAC Co. LTD., Qingdao 266042, Shandong, China)
Abstract: By analyzing the X-ray system, detector system, and system structure of the tire X-ray inspection machine, the factors affecting image quality were discussed, and the reference range of the relevant parameters for the tire X-ray inspection machine image was given based on practical experience.
Key words: tire X-ray inspection machine; X-ray system; detector; X-ray image influencing factors
(R-11)
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