寻找X射线检测的“最佳点”

高分辨率且易于集成

在质量控制中权衡利弊

生产优化始终是一系列权衡取舍的过程。在最大限度提高产能 的同时，必须兼顾员工和设备的安全；在追求利润最大化的同时，必须确保原材料的质量。诸如此类。

质量控制流程也是如此。为特定的质量控制流程选择合适的X射线源可能颇具挑战性，尤其是在平衡高分辨率细节识别要求与可靠正常运行时间 、快速检测产能 以及易于集成到生产环境中的需求之间时。所有这些参数都决定了无损质量检测的性能、可靠性和成本。

本专题探讨了传统X射线管技术在为电池检测、汽车行业的复杂铸件以及航空航天领域的大型和增材制造零件提供经济高效的质量控制方面所面临的挑战和局限性。此外，还介绍了Comet X射线公司的MesoFocus 技术，该技术在无损检测（NDT）X射线检测过程中，为生产线在分辨率、速度和可靠性之间提供了更佳的平衡。 

X射线检测是许多行业的重要工具，为检查各类产品的内部结构和质量提供了一种无损检测方法。然而，在当今的工业X射线解决方案中，当涉及可靠且成本最优的质量检测这一关键要求时，用户往往面临着显著的权衡取舍。

传统X射线技术的局限性

一方面，固定式密封X射线解决方案具有良好的正常运行时间 ，且易于集成到生产环境中，因此成为在线检测 系统以及其他需要稳定性、可重复性和易于维护的应用的热门选择。然而，密封X射线管在分辨率方面存在局限，不适合识别小于200微米的细节，这对于某些需要高分辨率成像的应用而言可能是一个缺点。 

另一方面，微焦点 X射线模块 提供的分辨率极高，在研究实验室中表现优异，因此成为需要最高分辨率的应用的首选。然而，这些管子较难集成到批量生产环境中，且往往需要更多的维护和计划外维修，这可能会导致停机。在将检测系统集成到生产线的行业中，这一点尤其成问题，因为停机可能会造成高昂的损失。

随着制造业向更先进的材料和零部件领域发展，例如锂电池、复杂的航空航天零部件以及大型高密度汽车零部件的制造，工程师们需要更高分辨率的检测方案，同时还要保持良好的正常运行时间 并提升产能 ，以降低责任风险并实现利润最大化。 例如，在锂电池应用中，有缺陷的电池可能极其危险，存在起火甚至爆炸的风险，从而给公众带来潜在的严重后果。为了在不牺牲盈利能力的前提下降低风险，关键在于能够对所有生产的零件和组件进行快速、可靠的检测，以确保为终端用户提供安全的产品，同时又不增加每个被检零件的生产成本。

寻求更好的平衡

能否找到一种合适的工业X射线解决方案，既能对25至200微米范围内的特征进行先进检测，又能确保运行稳定，并能轻松集成到生产环境中？ 

要回答这个问题，首先必须了解过去X射线模块 的权衡取舍和局限性，然后考察X射线管技术方面的一些最新进展。 

为您的应用找到合适的平衡点

传统小焦点 和微焦点 X射线模块

X射线源根据其焦斑（Focus）的大小进行分类。采用密封和金属陶瓷隔离的小焦点 技术具有出色的正常运行时间 ，且易于集成到生产环境中，因此成为在线检测 系统以及其他需要速度、稳定性、可重复性和易于维护的应用的热门选择。 

它们最适合全天候运行，与标准的开放式微焦点 模块相比，可将检测时间缩短多达60%。在维护方面，密封式X射线管无需频繁维护，且不受灰尘、油污环境或湿度的影响。因此，维护和维修干预次数减少，确保了正常运行时间 的提升，从而降低了质量检测过程中的停机成本。

Micro和纳米焦点 X射线源具有高分辨率和精细分辨率，可检测小至0.6 μm的特征。虽然由于其速度较慢且维护间隔较短，这些X射线源可能不适合用于全检 ，但对于需要高细节程度和高精度的应用而言，它们是极佳的选择。Micro和纳米焦点 技术通常用于检测电子元件、先进半导体封装或微机电系统（MEMS）的样品。

综合考虑Mini、Micro和纳米焦点 解决方案的特点，很明显，在做出选择时需要权衡利弊，或者将这两项技术整合到单一检测系统中将涉及高昂的成本。

全新的MesoFocus 技术

MesoFocus 该技术融合了密封式和开放式微焦点 X射线管的最佳特性，将实验室级性能引入生产车间，分辨率可低至25 μm，从而实现高产能 和低停机时间，从而降低制造过程中的质量控制成本。

在不牺牲……的前提下实现更好的可检测性产能

用于可靠故障检测的分辨率能力，加上能够提供所需速度和产能 容量的适用功率（W），是许多检测应用中的关键要求。毫无疑问，检测系统的确切性能取决于涵盖整个成像链的众多参数（如探测器类型和分辨率、放大倍率、成像软件等）。 尽管如此，通过标准化的焦斑和分辨率测量，仍可就X射线源的性能对不同系统进行比较（图4）。

凭借其多焦点设计（图2），MesoFocus 技术使用户能够在特征可检测性（双线分辨率）与产能 性能（W）之间找到最优平衡，因此无论是在快速识别高层次图案，还是在高分辨率下识别特定细节，该技术都成为质量控制过程中许多环节中一种通用且高效的解决方案。

根据ASTM 1165-12和ASTM E 2002标准进行的焦斑测量结果，很好地说明了解析率与功率之间的权衡关系。功率性能与焦斑尺寸呈线性关系，但450 kVX射线模块 中焦斑尺寸小于100的情况除外。

分辨率对比

通过查看实际应用案例，可以轻松掌握其分辨率性能及差异。以机电部件为例，图3展示了继电器中铜线圈的分辨率。得益于对称的焦斑，MesoFocus 在所有方向上都能提供相同的分辨率。

225 kV 电压下 Meso 与 Open微焦点 的分辨率性能对比 

通过与针孔法进行比较，可以直观地展示不同X射线源的分辨率性能（图4）。
将开放式微焦点 源与MesoFocus 技术进行比较，结果表明在相同的功率范围内，100µm以下的分辨率几乎没有差异。而在100µm以上，其分辨率性能则显著更高。 

450 kV 电压下 Meso 技术与小焦点 技术的分辨率对比 

既然已经了解了不同系统之间的取舍关系，那么通过考察一个实际应用案例，可以获得更深入的见解。 多年来，航空航天和增材制造等许多行业一直需要一种高分辨率且性能可靠的450 kV解决方案，以满足数字放射摄影（DR）和计算机断层扫描（CT）应用的需求。除了高分辨率和细节可识别性外，还总是存在其他要求，例如快速就绪、高压稳定性、免维护、易于使用，以及无需具备特殊的X射线管专业知识即可操作。正是在这一点上，MesoFocus 技术所实现的平衡优势真正得以彰显。

面向未来的无损检测

各行各业中存在一些趋势，这些趋势正在推动对先进检测技术的需求，例如MesoFocus

其中之一是越来越多地采用自动化和人工智能来执行比人类更快、更准确和/或更可靠的任务。这种自动化趋势正推动先进检测设备在制造过程中得到应用。例如，在制造业中，自动化和先进检测设备可用于减少缺陷数量，并避免造成高昂成本的产品召回。 在航空航天行业，先进检测设备被用于确保飞机零部件的安全性和可靠性。在汽车行业，它可用于识别汽车零部件制造中的缺陷，并提高车辆的整体可靠性和安全性。

此外，电动汽车乃至电动航空运输的需求也在不断增长，这使得对各种形状和尺寸的电池产生了巨大需求。这些电池的生产需要准确高效的检测系统，以确保其安全可靠的运行。MesoFocus 技术能够以满足保障公共安全所需的分辨率，快速、可靠地检测出典型缺陷，例如负极悬伸、电极错位以及组装缺陷。

MesoFocus 这是一种新型X射线技术，可帮助众多行业及无损检测（NDT）应用专家选择更适合其检测任务的解决方案。它提供了一套优化性能方案，能够实现可靠、稳定且经济高效的质量控制，从而为用户提供安全的产品，且无需做出重大妥协。