X射线照相法测量超细金属丝直径.pdfVIP

计《量与溅试技术》201o年第37卷第1o期 X射线照相法测量超细金属丝直径 MeasuringtheDiameterofUltraThinMetal——silkbyhteX——rayPhotography 叶成钢 马小军 贾 鹏 高党忠 刘 学 (中国工程物理研究院激光聚变研究中心，l~lJII绵阳621900) 摘 要：本文基于x射线照相技术与数字图像处理方法，实现了对超细金属丝直径的测量。与扫描电镜测量结果对比分析表明，该方法对超细金属丝 直径的测量具有较高的置信度，测量不确定度分析表明，其合成测量不确定度在 0．27tan 右。 关键词：X射线照相 ；超细金属丝；边缘探测 1 引言 利用上述装置，选择合适的照相条件(电压 35kV、电 超细金属丝是z—pinch物理实验中重要的靶零部 流 1．2mA、照相时间1O分钟，照相距离450mm)对金属细 件 ，每根金属丝的直径、质量偏差以及表面粗糙度等均会 丝进行x射线照射，由于x射线源尺寸远小于光源到底 对内爆过程中等离子体壳的对称性产生严重的影响，为 片的距离(x光管窗口离底片为450mm)，x射线近似平 满足物理实验的要求，需要对 以上参数进行精密检测。 行照射金属细丝，在高分辨的进 口底片上可记录到几乎 对于超细金属丝(5tma～20／．trn)直径的测量，目前主要有 无放大的金属细丝x射线图像；用数码相机将x射线图 几何光学放大成像法和扫描探针接触式测量方法，由于 像数字化输入计算机，得到数字化x射线图像，然后运 被测尺寸很小，光的衍射效应加剧，导致测量误差增大， 用MCP图像处理软件，对图像进行分析处理就可以得到 若采用接触式测量法，接触力将导致金属细丝产生变形， 金属细丝直径参数。 从而产生较大的测量误差。由于X射线照相技术具有 3 结果与讨论 检测效率高、成本低、分辨率高等优越性，在无损检测领 3．1 图像分析及单位标定 域得以广泛的应用，因此利用 x射线照相方法测量其直 径可能是一种较为理想的方法。 2 实验部分 2．1 测量装置 图2 边缘 图像 图 1 X射线照相装置示意图 图1是x射线真空照相装置示意图所示，其中，x射 线源为美国牛津公司生产的XTF5011型x光管，其焦斑 为0．13mm×0．15mrn，记录介质选用高分辨的进 口底片， 该底片的颗粒度较小，具有极高的分辨率。由于x射线 图3 结果闰像 能量较低，为消除空气对 x射线的吸收，提高图像背景 获得结构清晰的金属细丝x射线图像后，需要对其 反差，金属细丝样品、底片及x射线管均放置于有机玻 所关心的几何参量进行分析，因此，对图像的分析处理变 璃真空罩中，由机械泵抽气，真空度在 lOPa左右。 得极其重要。要获得准确的金属细丝直径，首先需要对 2．2 测量原理 金属细丝的边缘进行准确的检测，为提高图像的对比度， 叶成钢等：x射线照相法测量超细金璃丝直径 对图像作对比度增强，然后采用MCP图像处理软件对其 析处理，把得到的结果进行统计标准偏差为O．09tan。 进行二值化处理 (双阀值)找到代表金属细丝边缘的两条 (4)光学畸变误差。光学畸变误差是 由于图像数字 平行线如图2，由于数字图像往往存在着噪声，为了提高 化过程中镜头畸变带来的成像误差，在选择 图像测量时 图像质量采用平滑滤波 (自适应平滑滤波)来加以改善。 尽量在中心区域 ，以便减小 由于畸变带来 的测量误差。 测量时在图上标出待分析的范围，即感兴趣区最好是垂 对标尺图像进行分析统计，其