焦點是工業 X 光檢測系統中決定影像品質的最關鍵組件之一。簡單來說，焦斑是指X射線管陽極上電子撞擊並導致X射線發射的區域。對於給定的 X 射線檢測應用，此焦斑的尺寸和幾何形狀直接影響可實現的影像解析度和缺陷靈敏度。
X 射線管焦點概述
在一个 X射线管在 X 光管內，電子產生並加速穿過高壓間隙，撞擊成角度的陽極目標並迅速減速。電子的快速減速導致陽極材料發射 X 射線。陽極上電子撞擊並靜止的特定區域稱為焦點。
焦點充當檢查系統的有效 X 射線源。 X 射線從陽極上的這個小區域發散並向外輻射。此焦點區域的大小、形狀和強度分佈從根本上決定了用於成像的 X 射線束的幾何特性和分辨率能力。
焦點尺寸和影像分辨率
焦點的大小可能是確定 X 光檢測中可實現的最大影像解析度的最重要特徵。這是因為焦點充當 X 射線源，類似於充當可見光源的燈泡中的燈絲。
較大的焦點會產生跨越偵測器上更廣泛區域的發散 X 射線束。這會導致產生的射線照相影像不清晰度和幾何模糊。
一個微型焦點發射出窄聚焦的 X 射線束。這樣可以實現更清晰的成像，減少測試對像中小特徵的模糊和更清晰的解析度。
較小的焦點可使影像解析度更清晰，並能偵測到較小的瑕疵。這是因為較小的焦點區域可將 X 射線光束穿過被檢物體時的幾何模糊和擴散情況降至最低。想想看，就像是透過小針孔對焦陽光，而不是透過大開口對焦陽光。因此，我們需要較小的焦點來獲得較高的影像細節和解析度。 X 射線檢測應用.通常，直徑小於 1 mm 的焦點可用於工業成像目的。
然而，縮小焦斑尺寸也會減少 X 射線通量。因此，非常小的微焦點可能需要更長的曝光時間。因此，在選擇焦點尺寸時，需要在解析度和穿透能力之間進行權衡。為了以可接受的檢查速度獲得足夠清晰的影像，需要最佳平衡。
X 光偵測中使用的典型焦點尺寸
大多數工業用 X 射線檢測管的焦點尺寸固定在 0.4 mm 到 1.0 mm 之間。然而，有些 X光管 和檢測系統提供多個焦點切換，甚至允許持續調整焦點尺寸。
一些關鍵的焦點尺寸範圍包括：
- 大焦點 – 1.0 至 5.0 毫米：用於對非常厚或緻密的物體進行高穿透。解析度會受到影響，但掃描時間會更快。
- 中等焦點 – 0.4 至 1.0 毫米：通用工業檢測最常見的範圍。提供良好的穿透力和合理的解析細節。
- 小焦點 – 0.1 至 0.4 毫米：以穿透為代價實現小缺陷檢測的高解析度成像。常見於電子產品、PCB、食品、薄塑膠。
- 微焦點斑點 – 0.01 至 0.1 毫米：最高放大倍率的偵測能力，但僅適用於薄且低密度的材料。
因此，總而言之，0.4 至 1.0 mm 的範圍適合大多數的工業 X 射線檢測應用，可在以下兩者之間取得良好的平衡 决议、穿透力和掃描時間。但特定的應用可能需要較大或較小的焦點尺寸。
針對特定應用最佳化焦點尺寸
最佳焦斑尺寸在很大程度上取決於特定的檢測應用，包括材料厚度、零件密度、感興趣的缺陷尺寸以及任何解析度要求。
例如，0.1 毫米的小光點可以提供出色的分辨率，但缺乏檢查厚鑄件或焊接的穿透力。較大的 1 毫米光斑可能會更好地滿足此類應用。
相反，0.1 毫米以下的微小微焦點可以提供巨大的放大倍率來檢查 PCB 焊點，但無法透過更緻密的塑膠或橡膠產品進行成像。
因此，焦點應與應用相符以獲得最佳結果。其他因素（例如零件放置、幾何放大倍率和偵測器特性）也會影響成像系統的解析度。但焦點仍是分辨能力最基本的決定因素之一。
影響焦點表現的因素
除了尺寸之外，其他焦點參數也會影響效能：
- 電子分佈的幾何形狀和均勻性
- 承受熱量的熱負荷能力
- 電子束轉向以保持一致的位置
精心設計的 X 射線管優化了這些特性，可提供穩定的微焦點，從而實現最高的影像分辨率，滿足關鍵的檢查需求。
焦點形狀和均勻性的影響
除了尺寸之外，焦點的形狀和均勻性也會影響影像品質。由於目標表面成角度，焦點區域通常具有矩形或橢圓形形狀。不均勻性會導致影像失真。
圓形、對稱且均勻的焦點是最小化這些影響的理想選擇。不僅定義焦點尺寸規格，還定義形狀和均勻度規格，有助於確保效能。
一些 X 射線目標使用多個小焦點來近似更大、均勻的焦點區域。與相同尺寸的單一實心焦點相比，這有助於消除不均勻性。
焦點測量和標準的重要性
鑑於焦點的重要性，正確的測量和標準化規格對於比較 X 射線管和檢查系統至關重要。
主要使用兩種方法：
- 針孔相機 – 簡單的針孔光學裝置對焦點進行成像，從而可以直接測量其尺寸和形狀。
- 狹縫相機 – 使用窄縫來表徵焦斑寬度和長度。比針孔相機更準確。
焦點尺寸和測量技術的國際標準已經建立，以確保供應商和技術之間的規格保持一致。例如：
- IEC 60522 – 焦點測量國際標準。
- EN 12543 – 歐洲無損檢測標準，包括 X 射線焦點。
- ASTM E1165 – 使用針孔和狹縫相機測試焦斑尺寸的方法。
影響焦點的 X 光管設計因素
X 射線管設計極大地影響了管操作期間可實現的焦斑尺寸和穩定性。一些關鍵的設計因素包括：
- 陽極角 – 大角度目標有助於將電子引導到較小的焦點區域。但太陡會增加熱負荷。常見的角度範圍為 5° 至 45°。
- 陽極旋轉 – 旋轉陽極分散熱負荷，並為較小的點提供更高的功率密度。但旋轉結構需要更複雜的管子。
- 電子光學 – 靜電和電磁聚焦透鏡和偏轉器塑造電子束輪廓和軌跡，以細化聚焦區域。
- 靶材 – 不同的陽極材料具有不同的熱性能和熔點，限制了可行的焦點尺寸。
Ongoing advances in x-ray tube 工程 continue to enable smaller yet more powerful focal spots to improve industrial inspection capabilities while minimizing tradeoffs.
如何確定適合您特定偵測需求的理想焦點尺寸
理想的焦點是基於檢查目標、零件參數、影像品質需求和生產吞吐量考量的最佳化問題。正確的焦點選擇是在 X 光檢測中實現目標靈敏度和解析度的關鍵。
以下是一些關於確定特定 X 光檢測應用的理想焦點尺寸的提示：
- 評估您需要在測試對像中檢測的最小特徵、缺陷或變化。這將確定所需的影像解析度。
- 考慮您需要穿透的材料厚度和密度。較厚且較密的零件可能需要更多的 X 射線通量，這表明焦斑更大。
- 評估每個零件可接受的檢查時間。較小的焦點意味著可能需要更長的曝光時間才能獲得足夠的吞吐量。
- 使用具有代表性特徵的指示物件測試不同的焦點設定。比較影像清晰度、對比度和雜訊。
- 選擇最小的焦點尺寸，以便在您的吞吐量要求範圍內滿意地檢測最小的關鍵缺陷。
- 平衡放大倍率和焦點模糊。較高的放大倍率也會增強模糊效果。
- 對於大型零件偵測，分散式多焦點光源可以提高整個視野的解析度。
- 考慮具有可切換雙焦點的微焦點管，以靈活地最佳化解析度與檢查時間。
- 與您的 X 光設備供應商討論特定的檢查目標，以獲得將焦點尺寸與您的應用相匹配的指導。
- 規劃未來的檢查需求和可能需要更小的焦點的技術改進。
基於焦點尺寸的檢測系統需求
焦斑的具体尺寸，以及 X 射线管的功率和探测器的特性，决定了一台设备的能力。 X射線偵測系統.一些一般性指导原则包括
大焦點
- 厚而緻密的物體
- 快速掃描時間
- 較低的放大倍率
- 較大的瑕疵和缺陷
中等焦點
- 通用檢查
- 合理的掃描次數
- 中等放大倍率
- 中等缺陷尺寸
小焦點
- 高倍率
- 薄型低密度材料
- 掃描時間慢
- 非常小的缺陷
微焦點
- 最高放大倍率
- 僅低密度物體
- 很長的掃描
- 微小的缺陷和特點
因此，在選擇 X 光檢測系統時，應根據特定應用要求考慮焦斑尺寸，以及所有其他成像鏈組件和規格。
結論
焦點是決定 X 光偵測系統功能的關鍵參數。較小的焦點可實現更高解析度的成像，但會降低穿透力。最佳尺寸平衡了放大倍率與材料厚度和密度。焦點尺寸規格、形狀和測量標準允許 X 射線管和整體檢查系統之間進行有意義的比較。選擇合適的 X 光檢測設備時，應根據應用需求仔細考慮焦斑尺寸，以獲得最佳缺陷檢測性能。
有關 X 光檢查焦點的常見問題解答
以下是有關 X 光檢測系統焦點的一些常見問題和解答：
Q：工業 CT 掃描的典型焦點尺寸是多少？
答：在工業 CT 中，焦點範圍為 0.5mm 至 1mm 是典型的，為尺寸計量和缺陷分析提供了分辨率和穿透力的良好平衡。然而，小零件可能會使用低至 0.2 毫米的焦點來進行更高解析度的掃描。
Q：X 光檢查期間可以動態改變焦點尺寸嗎？
答：一些先進的 X 射線管允許連續可變或多個固定焦點。這允許調整光點大小以優化掃描的不同階段，例如使用較大的光點進行初始穿透，然後使用較小的光點進行更高解析度的成像。
Q：焦點尺寸如何影響所需的 X 光功率？
答：隨著焦點變小，發射的總 X 射線通量也會減少，需要更高的射線管功率來維持穿透力。因此，較小的光斑需要更強大的 X 射線管來補償輸出損失。
Q：是什麼導致焦點形狀不均勻和不對稱？
答：電子束分佈不均勻、目標表面缺陷和熱變形等因素可能會導致焦斑區域發射強度不均勻，從而降低影像一致性。
Q：焦斑是否會變得太小而無法進行有效的 X 光檢查？
答：0.1mm以下有收益遞減，特別是0.01mm焦點以下。熱擴散、電子散射和非常小尺寸的幾何效應等限制阻礙了分辨率細節的進一步有意義的提升。
