微焦点数字化射线检测系统：精准无损检测技术

1.系统概述

一种特殊的数字化射线检测技术是采用微焦点射线机与辐射探测器构成的实时成像检验系统。系统的基本组成部分包括：射线源、机械装置、辐射探测器、图像显示与处理单元和辐射防护室。系统集成为两个单元，一个单元是控制柜，它包括了射线机控制部分、机械装置控制部分、图像显示与处理部分、管理和操纵检测系统以及检测操作。另一个单元是检测室，即在一个较大的箱式辐射防护室中设置微焦点射线机、机械装置和辐射探测器。在软件控制下，系统可在静态或动态下进行检测，获得检测数字图像。

系统的辐射探测器主要采用图像增强器或面阵分立辐射探测器。

常用的微焦点X射线机焦点尺寸为2μm，管电压一般为160kV（也有达300kV），管电流很小（一般不超过200μA）。由于焦点尺寸很小，可以采用高达数百以上的放大倍数，从而获得很高的空间分辨率。

这种系统主要应用于检验电子元器件、集成电路、印制电路板等的质量。另外，这种系统采用了一种摆动方式获得物体CT图像的技术，用于获得焊点、集成电路、电子元器件等的层析图像，对它们内部结构或质量作出判断。例如，检验焊点虚焊缺陷。

下面讨论以平板探测器作为辐射探测器构成的微焦点系统的一些问题。

2.系统的空间分辨率

按前面章节的讨论，系统的空间分辨率计算式可总结如下。按美国标准采用三次方不清晰度时为

因有

则

获得的检测图像不清晰度则为

按欧洲标准或ISO标准采用二次方不清晰度时为

获得的检测图像不清晰度则为

在实际应用中，常采用P_e≈P，因此检测图像不清晰度又可写为

或

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这些关系式可用于处理空间分辨率问题。

例如，X射线机焦点尺寸为2μm，采用像素尺寸为127μm的平板探测器作为辐射探测器时，如果放大倍数取为100，即M=100，计算检测图像的不清晰度。

用三次方不清晰度关系式计算为

U₁₀₀=0.0029mm

当检测图像的空间分辨力用空间频率表示时，则对应不清晰度的线对值为

对检测技术系统，最佳放大倍数则为

在最佳放大倍数时，计算可得到检测图像的空间分辨率为

U_im=0.0020mm，R_im=500Lp/mm

实际上，当放大倍数很大时，即有M≈M-1时，微焦点系统的空间分辨率主要由焦点尺寸决定，其最高空间分辨率为焦点尺寸的倒数。对焦点尺寸为2μm的射线源，则为R_max=500Lp/mm。这与上面的计算结果相同。由于可采用很大的放大倍数，很小的细节成像后尺寸放大较大，对应的空间频率降低，一般的数字化采样间隔都会满足采样定理的要求，因此数字化采样过程不再构成空间分辨率的限制因素。

3.系统可分辨的细节最小尺寸

按采样定理（或按不清晰度与可分辨的细节最小尺寸关系），可给出系统可分辨的细节最小尺寸为

运用此式能估计微焦点射线检测系统可分辨的细节尺寸与技术参数间关系。在这种分辨要求下，可保证细节初始对比度不发生降低。

例如，采用焦点尺寸为2μm的射线源和像素尺寸为127μm的平板探测器构成的系统，如果要求数字图像可分辨5_μm细节，则可如下确定所需要的最小放大倍数。

记D=5μm，P_e=P=127μm，则可得到

从此式求得M≈52。即，这时检测图像有U_im=0.010mm，R_im=100Lp/mm。

图5-14是在不同放大倍数下检测同一缺陷的情况，可见，由于空间分辨率不同，显示的图像细节情况也不同。

图5-14 放大倍数对图像细节显示的影响

a）放大倍数：33 b）放大倍数：65