X射线无损检测原理
在1895年，德国物理学家威廉伦琴发现了X射线，被认为是19世纪的重大发现。经过了她几个月的的技术突破，这种“新光线”被应用于检查骨折和确定枪伤中子弹的位置。尽管X射线最初被医学目的使用，但该新技术的理论也被应用到无损检测领域。如今微焦点X射线检测已广泛应用于材料无损检测，并且通过不断的技术革新将在更广泛的工业领域中被使用。
X射线无损检测原理如图1所示，X射线机发射X射线，X射线透过待检工件，然后在图像探测器（现在大多使用X-Ray图像增强器）上形成一个放大的X射线图像。由于被检工件内部结构密度不同，对X射线的阻挡能力也不一样，因此X射线图像能清晰地展现被检样品内部的细微结构。简而言之，X射线具有透视能力，能检测不希望破坏结构又想知道内部缺陷的任何场所。
X射线无损检测的设备
X射线无损检测设备主要由X射线机、X射线探测器、图像显示及处理三部分组成。其每一部分都不可缺少。
l X射线机：发射X射线。决定发射的X射线穿透能力。
n 医用X射线机，用于医疗胸透，能量低，电流大。
n 工业用X射线机，用于工业无损检测，能量高，电流低。
n 便携式X射线机，轻便便携，剂量低。
n 微焦点X射线机，高精度，高分辨率。
l X射线探测器：接收X射线。决定获取的X射线图像质量。
n 稀土闪烁屏+CCD，便宜。
n X射线影像增强器+CCD，方案成熟。
n 平板探测器，高清晰，昂贵。
n 线阵列探测器，高清晰，高速度。
l 图像显示及处理：显示和处理X射线图像。决定无损检测的数字化程度和自动化程度。
n 工业电视，人工观察。
n 电脑数字化处理，人工观察，数字化图像处理。
n 电脑自动化识别系统，计算机自动化识别，数字化图像处理，。
一套完整的X射线无损检测设备，除了以上必须具备的三部分外，还有一些辅助装置，例如X射线屏蔽铅室、机械传动装置等等。
X射线无损检测的应用领域非常广泛，被检物品的要求也各不相同。因此，一套专业X射线无损检测设备，需要根据客户的要求，进行量身定做，在达到自动化检测目的同时，尽可能的降低设备成本，使得性价比最大化。
用户只需要提出检测要求，在现有X射线检测技术能涉及的范围内，我们都能提供最合适的多套方案供用户选择。
用户需要提供的X射线无损检测要求：
l 检测目标，即找寻缺陷、杂质，抑或无接触测量。
l 分辨率，即检测最小缺陷或细节尺寸。
l 对比度，即检测工件的密度差。
l 检测面积，即检测工件的尺寸。
l 检测速度，即检测效率。
l 自动化程度，即人工分辨还是机器视觉。
l 预计费用。
X射线无损检测的典型应用
X射线无损检测应用领域非常广泛，在材料测试、食品检测、制造业、电器、仪器仪表、电子、汽车零部件、医学、生物学、军工、考古、地质等领域都有不俗的表现。
应用领域 典型案例 可能检测的内容
材料测试 合金铸件 收缩孔、缺料、多孔砂眼、裂缝、异型、夹杂物
可塑型材 呼吸孔、缺料、多孔砂眼、裂缝、异型、夹杂物
涡轮、百叶 损坏、夹杂物、裂缝、阻塞
木材 结构、夹杂物、空洞、腐朽物、木结
管道 壁厚测量、裂缝、夹杂物、收缩孔、多孔砂眼、腐蚀状态
焊缝 裂缝、孔、虚焊、结构缺陷、纵向缺陷、夹杂物
电磨刀片 缺料、裂缝、多孔砂眼、异型、夹杂物
食品检测 净鸡肉块 异物（例如鸡骨碎片）、封装状态、封装容量
鱼肉块 异物（例如鱼骨碎片）、封装状态、封装容量
罐头 异物（例如玻璃、铁钉、石头、骨头）、封装状态、封装容量
制造业 玩具 异物、组装缺陷、缺少零件
鞋 异物（铁钉）、脱线、脱胶、皮革断裂
电器仪器仪表 自动开关 电缆断裂、连接件缺陷、缺少零件、组装缺陷、弹簧断裂、焊点脱落失效
热水器 电线断裂、电缆断裂、零部件位置、缺少零件、连接件缺陷
电吹风机 电缆断裂、连接件或接点缺陷、缺少零件、加热元件破裂、零部件位置
加热元件 电缆断裂、加热螺旋线断裂、接点缺陷、加热螺旋线位置错误
电缆接头 电缆断裂、短路、焊点脱落失效
节能灯 灯丝缺陷、电线断裂、连接件缺陷、玻璃灯罩缺陷、缺少零件、组装缺陷、组装不完整
电池 连接件或接点缺陷、缺少零件、零部件位置
电子 信用卡电子芯片 黏结缺陷、连接线撕裂、小片断裂、焊点缺陷
印刷电路板 焊点脱落失效、组装不完整、印刷电路板导线和焊盘位置错误
汽车零部件 轮胎 骨架和护带的位置和方向、钢丝状况、橡胶中夹杂异物或空气
氧传感器火花塞 灯丝缺陷、电线断裂、连接件缺陷、玻璃罩缺陷、缺少零件、组装缺陷、组装不完整
密封橡胶圈 断裂、收缩孔、夹杂物、异型、缺料
轮毂 断裂、结构缺陷
医学生物学 骨头 组织、破损、错位
鼠、青蛙、鱼 组织、骨骼结构、病理学研究
植物种子 空种子、种子形态不佳、种子损坏或破坏程度
军工 炮弹 缺少填充物、撞针断裂、收缩孔、金属封装破裂
考古 化石考古 鉴定、材料或文物状态
地质 珊瑚岩 结构、年轮、损坏
材料测试
铝铸件：在无损检测领域（NDT），铸件检测是一个最典型的应用。铝铸件的市场在稳步增长，特别是一些关键的安全部件（例如汽车制造业中的一些铸件）生产厂商必须对他的客户保证其产品的质量是信得过的，而铝铸件的砂眼或其他内部隐蔽缺陷可能会对其最终用户造成剧烈的伤害。下面的数字X射线图像很清晰的展示了铝铸件的多孔渗水砂眼。一张简单的X射线图像，使得许多造成次品的原因一目了然。使用自动化数字X射线无损检测系统可以实现在线100%的检查，从而实现0故障率。
可塑型材：型材上的通气孔是不受欢迎的，因为这些通气孔可能会造成交接部分的脆弱或者降低型材的坚固性。X射线检测以其高效的无损探伤能力使得保证其质量成为可能。
涡轮叶片：涡轮叶片通常都安装在一些通道（系统）内，在工作时，冷空气从它们中间流过。因为其弯曲的几何结构，采用超声波等其他无损探伤技术变得非常困难。而X射线无损检测系统就可以检测制冷系统中的涡轮叶片的破损或故障。
木材：对木材加工企业而言，在木材被加工前，了解木材的状态以及划分质量等级是非常重要的。X射线无损检测提供了鉴别和分类木材的可能，使得不同材质的木头各尽其用。
管道：化工厂、石油炼化厂或核电站等为了保证安全，所使用的管线管道不仅仅在生产过程中需要检查，在日常使用过程中也需要经常检查。特别是对于一些包裹了绝热层或外壳的管道，X射线检测往往成为唯一可行的无损检测手段，并且X射线无损检测方法使得管线的检查费用降到最低。
焊缝：在许多工厂企业中，焊缝质量是其质量保证的重中之重。传统的方法往往不能快速有效地控制其质量，而X射线检测技术却能够对砂眼、裂缝以及结构缺陷提供快而可信的检测结果。
电磨刀片：电动磨具的刀片是一个对安全性能要求很高的部件。往往一些从表面上看上去没有破损的刀片，在X射线图像下却能清晰地看到一些脆弱的致命缺陷，这些缺陷可能导致砂轮刀片在操作中破裂甚至严重的伤害到操作工人。采用X射线检测可以100%的排除这些坏刀片。
食品检测
净鸡肉块：在食品加工厂中，X射线无损检测系统越来越被重视，它能很好地发现食物中的异物（例如骨头、贝壳、石头、玻璃、铁屑等），保证食品的安全。
鱼肉块：食品加工厂的传送带的传送食品的速度非常快，因为时间原因，人工检查食品的可能性几乎不可能。只有通过使用X射线检测技术，配合计算机自动识别系统，才能使得剔除夹杂异物的食品成为可能。
电器、仪器仪表
自动开关：汽车零部件制造业非常重视产品的质量。X射线图像在研发、生产中应用非常广泛。最典型的应用就是，使用X射线检查用单个元器件组装后的产品是否完整正确。
热水器：X射线图像可以非常清晰地看到：热水器电热丝是否断裂，以及其他元器件安装的位置是否正确（例如电热丝与外壳之间的距离）。
电吹风机：一张X射线图像可以很容易的发现产品的各种可能故障。例如缺少零件、安装位置错误、焊点或连接点脱落、加热元件破裂、缺少螺栓、外壳变形等等。
加热元件：在生产加热元件时，电热丝与外壳之间的距离必须保持得很好。一旦这个距离变得很近，就可能造成短路。虽然可以通过电气测试的方法诊断电热丝与外壳是否短路，但是电气测试方法不能提供电热丝与外壳之间的距离信息，而通过X射线图像就可以非常清晰地看见电热丝的位置。
电缆接头：X射线无损检测不仅在生产过程中扮演了质量保证的重要角色，同时它也可以提供缺陷分析。例如，在X射线图像中可以直接看到电缆接头断裂的部分。
节能灯：无损检测的一个典型应用就是检测灯泡，因为如果灯泡被打开后，就立刻无效成为废品。即使在生产灯泡的过程中，X射线检测技术不是作为质量保证的必须手段，至少它为研发或生产过程提供了分析评估能力。
电子
信用卡电子芯片：高分辨率的X射线图像能够看见微小的电路连线、焊点以及断点等。
印刷电路板：随着印刷电路板生产装配过程自动化的发展，自动化的质量保证也变得越来越重要。在这个领域，数字化X射线技术以及自动化机器视觉系统成为一种最适宜的自动化质量保证方法。X射线可以找到印刷电路板的各种故障，例如多层PCB板层错位、焊点脱落、导线断裂等。
汽车零部件
轮胎：轮胎是一个高安全标准的产品。因此，在一个轮胎完成生产的过程中，必须经过严格的质量检查。X射线检测技术速度快，检查全面，成为生产和质量控制的一个重要部分。
氧传感器：汽车排放氧传感器是电子燃油喷射型汽车电控系统的关键器件。在电控系统中安装性能良好、反应灵敏氧传感器将会受益匪浅：省油、尾气净化、延长净化器寿命。X射线无损检测技术可以检查氧敏感芯安装是否到位、无错位、破损，可以实现氧传感器出厂100%检验，也可以用于返修器件的故障分析。
火花塞：汽车火花塞是汽车点火装置的核心部件。X射线能够清洗看见其内部的缺陷，电极是否短路、断裂。
汽化器：汽化器将影响汽车的油耗以及机动动力，因此质量要求非常严格。X射线检测技术能够检查其内部结构的种种缺陷：外壳破裂、缺少零件、组装位置正确与否等。
轮毂：轮毂也是一个高安全标准的产品。其内部一点点裂缝或隐藏缺陷将可能造成严重的交通事故，危害生命财产安全。因此，在轮毂生产的过程中，必须经过严格检查。X射线检测技术能深入其内部，发现任何蛛丝马迹，100%的排除安全隐患。
橡胶密封圈：在汽车中有很多地方用到橡胶密封圈，其材料虽小，但责任重大。例如在刹车系统中的油路密封圈，其内部缺陷可能造成刹车失灵引发事故。在生产线上每天有大量的密封圈经过流水线，靠人工识别根本不可能实现。数字化X射线无损检测系统配合自动化计算机机器视觉识别系统，使得流水线100%检查成为可能。并得到博世、通用、大众、GE等公司的一致好评。
医学、生物学
骨头：X射线在病理学方面的广泛应用是骨骼检查或病灶转移的组织样品分析。例如，在切除肿瘤的手术中，它能确保肿瘤被完整地切除。为了这些目的，需要为组织切样/骨骼照X光片。如果病灶已经扩展到样品的边缘，那么说明切除的组织或骨头还不够。
鼠、鱼、蛙：数字化X射线成像的应用对于医学研究、制药及病理学都是十分有利的，因为所有的图像数据都易于数字化处理和保存（目录化），这就节约了胶卷和化学试剂的花费。环境影响和遗传变化是生物学检验的组成部分，数字化X射线成像也可以在此应用。例如用X射线成像研究开放水域水品质、渔业、畜牧业饲料对动物骨骼结构引起的变化。尤其是在进行大规模筛选时，通过数字化X射线的方法可以节约可观的费用。
植物种子：种子的萌发对于农业具有重大的经济意义，观测分析种子的品质是X射线成像的优越功能。种子非常小，因此需要非常高的空间分辨率，而且种子的密度很小，对X射线的吸收量非常低，这就需要非常高动态范围。我们最新型的数字化X射线成像系统能够满足所有这些需求。
军工
炮弹火药：火药在炮膛中的燃烧情况决定了武器性能，而其瞬间即逝的状态以及被炮膛包裹，没有别的方法可以进行研究分析。采用数字化闪光X射线成像系统可以获取亿分之一秒瞬态X射线图像，为研究武器性能（枪弹在枪膛中的运动、弹道与弹头的稳定性、终点弹道和创伤过程、防弹性能、穿甲射流过程、爆炸过程、爆炸碎片动量分布、火器喷射过程）提供了可行手段。
考古
化石：对于考古学来说，X射线在文物的还原再现中扮演了重要的角色。数字化的X射线检测使考古学家能够鉴定各种各样的发现物。尤其是在还原那些被厚重坚硬的物质包裹的东西或者已经被腐蚀了的东西的时候，数字化的X射线检测是对发现物进行深度复原的基础方法。
地质
珊瑚岩：.生物学家们能够依据树木的年轮为气候的发展变化下结论。用同样的方法，海洋学家通过研究珊瑚的生长环来获取环境条件变迁时期的信息。然而，珊瑚的生长环是人的肉眼看不见的。数字化的X射线检测，替代了以往的化学手段，使精确分析生长环变成了现实。
X射线无损检测的解决方案及特点
X射线无损检测方案根据根据客户对检测精度、速度、自动化程度需求，主要分两类：
l 一类是检测精度要求高，检测速度要求低、人工识别，检测内容涉及检查焊缝、重要零部件（飞机、导弹、汽车）缺陷、实验室分析、集成电路板焊点检测等领域，可采用以下方式：
n 稀土闪烁屏+高精度高灵敏CCD
n 影像增强器+高精度高灵敏CCD
n 非晶硅或非晶硒平板探测器
l 一类是在生产线上在线检测工件，检测速度（效率）要求高，能通过计算机自动标定缺陷位置或自动剔除不合格产品。在工厂生产自动化程度越来越高的情况下，配合自动生产线检测工件，应用领域非常广。可采用以下方式：
n 影像增强器+高精度高灵敏CCD
n 线性二极管阵列扫描
n CMOS阵列扫描
方案一：非晶硅或非晶硒平板探测器。
在医用领域运用较多，在工业检测领域主要应用在集成电路焊点检测和飞机零部件检测等，检测速度很低，检测精度高，价格昂贵，使用环境要求严格。不适合流水线在线检测。方案一目前在工业无损检测中使用的比较少，主要约束原因是其价格昂贵，检测速度慢。
方案二：稀土闪烁屏（或图像增强器）+高精度高灵敏CCD。
方案二技术较成熟，目前市场上现有的图像增强器所采用的CCD系统都是768×576，8bit的，在图像分辨率以及对比度的指标上达不到本系统的要求。但是使用了性能较高的新型CCD后，整体系统性能可以大大提高，具体参考下表，符合多数工业在线检测的要求。既能用于流水线检测又能进行精细检测。因为该方案成本较低，是常规无损检测领域应用最广泛的一种方案。但因为检测精度和检测速度无法同时保证，因此在检测速度较慢时，可以检测非常精细的缺陷（例如焊缝检测）；在检测速度较快时（自动化流水线上），图像质量较差，实现自动识别难度较大，在自动化检测领域应用较少。
方案三：线阵列探测器扫描。
方案三采用线性二极管阵列或CMOS线阵列探测器，技术先进，分立元件之间的互相干扰极小，图像分辨率很高，动态范围可以和胶片媲美，使得整体的性能非常高。它的成像速度较快，适合于移动速度≤1m/s的流水线，在工件平移的同时生成透视图像。但是，CMOS线阵列探测器的成本较方案二要高出很多。价格较贵，一般用于流水线检测。因其检测效率和检测精度都较高，是目前自动化检测领域运用最多的一种方案。
项目 方案一 方案二 方案三
探测器类型 非晶硅平板探测器非晶硒平板探测器 图像增强器+ CCD稀土闪烁屏+ CCD 二极管阵列扫描探测器CMOS阵列扫描探测器
X光机焦点 无要求 微焦点（≤0.1mm）小焦点（≤1mm） 无要求
X光机造价 低 贵 低
成像面积 300mm*400mm ф65mm~145mm 80mm~1800mm宽长度不限
图像分辨率 7像素/mm，3~6Lp/mm 6象素/mm，2.5~3 Lp/mm 12象素/mm，6Lp/mm
动态范围 12~16bit 8~10bit 12bit
图像获取速度 0.1~0.3帧/秒 25~50帧/秒 800线/秒
检测速度 7/min≤,一般适用静止状态检测 17/min，需要物体被检测时静止 60/min
检测效率 低 中 高
运动方式 静止 间歇性 连续性
适用流水线 否 能 能
信噪比 >100dB >33dB >100dB
灵敏度 高 一般 高
探测器造价 昂贵 适中 较贵
自动化检测 否 能（但检测效率会降低） 能
特点 精度高，速度低，价格贵 各项均衡，性能一般 精度高，速度快，价格较贵
在线自动化X射线无损检测系统有以下优点：
l 检测效率高
l 检测精度准
l 运行成本低
l 全自动工作流程
全自动X射线无损检测可应用于各个领域。