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計算機數(shù)字射線檢測技術(shù)在國防、能源、船舶、航空、航天、兵器等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，其相對于傳統(tǒng)膠片射線檢測技術(shù)具有可長期保存、顯示多樣、便于智能識別等優(yōu)勢，預(yù)計伴隨著設(shè)備和材料的國產(chǎn)化，其技術(shù)應(yīng)用將不斷成熟、深化。相對于DR(數(shù)字X射線攝影)技術(shù)，CR(計算機X射線攝影)檢測技術(shù)所使用的設(shè)備和材料成本較低，具有成像板(IP板)可彎曲、現(xiàn)場檢測便利等優(yōu)勢，且CR檢測系統(tǒng)不需要淘汰現(xiàn)有的X射線機、定向射線機、爬行器等設(shè)備，預(yù)計隨著國內(nèi)數(shù)字射線檢測設(shè)備、材料、工藝等標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)規(guī)范化，其會有越來越廣泛的應(yīng)用場景。

 

隨著系統(tǒng)使用時間的增加，CR成像質(zhì)量及設(shè)備性能呈現(xiàn)下降的趨勢。在成像質(zhì)量控制中，CR系統(tǒng)的運行情況(如正常磨損、維護不足、設(shè)置/校準(zhǔn)不當(dāng)?shù)?、滑移、激光抖動、幾何變形等多種因素都會影響CR圖像的空間分辨率、對比度、信噪比和等效靈敏度等相關(guān)指標(biāo)。CR成像質(zhì)量下降易導(dǎo)致缺陷的漏檢和誤檢。為提高CR檢測的可靠性，一般將影響成像質(zhì)量的相關(guān)指標(biāo)按照重要程度列入長期穩(wěn)定性考核要求。

 

CR檢測系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性作為無損檢測工藝控制的重要內(nèi)容，能規(guī)范相關(guān)檢測技術(shù)的應(yīng)用。為此，下文對GB/T 21356-2008，ASTM E2445-2014和EN 14784-1-2005三個標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的典型CR設(shè)備長期穩(wěn)定性測試的相關(guān)方法進行對比分析，并進一步梳理總結(jié)ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求，以期規(guī)范設(shè)備制造商的相關(guān)技術(shù)條款，為用戶建立CR系統(tǒng)長期穩(wěn)定性質(zhì)量控制文件提供技術(shù)基礎(chǔ)，迎合高質(zhì)量的工業(yè)全球化趨勢。

 

CR檢測系統(tǒng)長期穩(wěn)定性測試技術(shù)

 

CR檢測系統(tǒng)是利用射線在IP板上形成的潛影，采用激光掃描儀，對潛影進行數(shù)字化提取，結(jié)合相關(guān)專業(yè)軟件及顯示屏進行成像觀察。檢測系統(tǒng)主要包括射線發(fā)生裝置、IP板、掃描儀、圖像處理平臺等。

 

圖1. CR檢測系統(tǒng)構(gòu)成示意

 

工業(yè)CR檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性最早出現(xiàn)在ASTM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，隨著CR檢測場景和應(yīng)用范圍的擴大，對設(shè)備使用階段的長期穩(wěn)定性要求也在不斷提高。

 

相對于早期的工業(yè)CR檢測系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性測試要求，ASTM新版對長期穩(wěn)定性要求提出了相關(guān)修訂。

 

目前，國內(nèi)外CR檢測設(shè)備品牌眾多、設(shè)備分級分類復(fù)雜、適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也不相同。長期穩(wěn)定性測試方法和要求的差異會導(dǎo)致CR檢測質(zhì)量不一。國內(nèi)長期穩(wěn)定性測試的器材、方法主要沿用國外的成熟經(jīng)驗，在測試方法、驗收指標(biāo)的適應(yīng)性、技術(shù)的先進性等方面需要進一步學(xué)習(xí)和研究。

 

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

 

ASTM E2445標(biāo)準(zhǔn)將CR設(shè)備測試分為設(shè)備初始測試和長期穩(wěn)定性測試。初始測試主要用于設(shè)備出廠、交付及當(dāng)設(shè)備組件發(fā)生修理、變動、升級時，具體可參考ASTM E2446-2014的相關(guān)要求。長期穩(wěn)定性測試可參考ASTM E2445的要求，用于用戶使用期間的設(shè)備性能測試。

 

EN 14784-1標(biāo)準(zhǔn)將測試分為CR質(zhì)量初始評價和定期控制。其中，CR質(zhì)量初始評價驗收由合同雙方確定，用于設(shè)備驗收和初次使用時的性能測試；定期控制用于用戶使用期間的設(shè)備性能測試考核(設(shè)備穩(wěn)定性測試)。

 

為確保用戶保持檢測的長期穩(wěn)定性，GB/T 21356標(biāo)準(zhǔn)對掃描器或IP系統(tǒng)對成像質(zhì)量的影響進行了評價，該標(biāo)準(zhǔn)是直接針對工業(yè)CR用戶提供的，用于定期評價設(shè)備系統(tǒng)的適用性?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，ASTM的測試要求發(fā)布時間較早，版本更新較為及時，使用經(jīng)驗比較豐富。

 

測試試塊

 

目前主流的CR長期穩(wěn)定性測試試塊主要分為Type Ⅰ CR Phantom型試塊和Type Ⅱ CR Phantom型試塊，分別簡稱為I型和II型試塊，如圖2所示。

圖2. 主流CR長期穩(wěn)定性測試試塊結(jié)構(gòu)示意

 

EN 14784-1和GB/T 21356標(biāo)準(zhǔn)中采用I型試塊完成所有測試項目。

 

ASTM E2445測試可以使用3種類型的試塊，分別為I型、II型和EPS(等效靈敏度)試塊。其中I型試塊由13個圖像質(zhì)量指示器組成，II型試塊由10個圖像質(zhì)量指示器組成。

 

I型試塊的圖像指示器種類較全，適用于較高能量的數(shù)字射線檢測設(shè)備的評價；II型試塊相對于I型試塊，其圖像質(zhì)量指示器少且簡單，適用于低能量射線檢測的相關(guān)項目。在實際使用中，由于II型試塊減少了圖像質(zhì)量指示器的使用數(shù)量和種類，降低了使用成本，有利于CR檢測技術(shù)的推廣和使用。EPS試塊主要用于檢測系統(tǒng)的靈敏度等級劃分，其相對于歐標(biāo)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)分類更加合理，更實用。

 

測試項目

 

對GB/T 21356，ASTM E2445和EN 14784-1中典型的CR設(shè)備長期穩(wěn)定性測試項目進行比較，如表1所示，表中“o”表示該標(biāo)準(zhǔn)包含此測試項目；a為核心圖像質(zhì)量測試；b為可選項試驗；c為激光束功能)。

 

表1.  各標(biāo)準(zhǔn)長期穩(wěn)定性測試項目一覽表

測試項目	ASTM E2445	EN 14784-1	GB/T 21356
不清晰度	—	○	○
對比靈敏度a	○	○	○
基本空間分辨力a	○	○	○
幾何畸變a	○	○	○
激光束抖動a,c	○	○	○
光電倍增管非線性a	○	—	—
掃描線完整性a,c	○	○	○
掃查線丟失a,c	○	○	○
聚焦c	—	○	○
模糊和閃爍	—	○	○
掃描儀滑動a	○	○	○
陰影a	○	○	○
條帶a	○	—	—
擦除a	○	○	○
等效靈敏度a	○	—	—
信噪比a	○	○	○
殘影b	○	—	—
空間線性b	○	—	—
中心束準(zhǔn)直b	○	—	—
IP板偽缺陷b	○	○	○
IP板相應(yīng)變化b	○	—	—
IP板衰退b	○	—	○

 

ASTM E2445標(biāo)準(zhǔn)將用戶長期穩(wěn)定性測試項目分為核心圖像質(zhì)量測試和可選項試驗兩大部分，其中推薦的核心圖像質(zhì)量測試項目有13項，可選試驗有6項。

 

ASTM E2445長期穩(wěn)定性測試要求的核心圖像質(zhì)量測試項目基本覆蓋EN 14784-1和GB/T 21356標(biāo)準(zhǔn)的測試項目，對測試項目的驗收指標(biāo)有明確的要求。最新的ASTM E2445標(biāo)準(zhǔn)不包括不清晰度測試項目。由于CR系統(tǒng)的不清晰度在實際檢測的固有不清晰度中占比較小，系統(tǒng)的總不清晰度主要受幾何不清晰度影響較大，所以ASTM E2445標(biāo)準(zhǔn)不將不清晰度納入長期穩(wěn)定性考核指標(biāo)有一定的合理性。

 

ASTM E2445采用等效靈敏度替代不清晰度等指標(biāo)，采用光電倍增管非線性替代聚焦和閃爍等測試，覆蓋了原有的技術(shù)內(nèi)容也提出了新的要求，具有更好的可操作性。

 

EN 14784-1標(biāo)準(zhǔn)推薦的測試項目和ASTM E2445的核心圖像質(zhì)量測試要求基本一致，穩(wěn)定性測試(定期控制)由10個項目組成，用于系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性控制。

 

GB/T 21356標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長期穩(wěn)定性測試亦由10個項目組成，測試項目與EN 14784-1標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容基本相對應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)的編排結(jié)構(gòu)上有所差異，部分驗收指標(biāo)未作明確的規(guī)定。

 

ASTM標(biāo)準(zhǔn)對CR系統(tǒng)長期穩(wěn)定性測試的要求

 

1. 推薦的透照布置

 

長期穩(wěn)定性測試透照布置和初始測試布置應(yīng)保持一致，應(yīng)考慮IP板潛影衰退的影響，透照布置參數(shù)包括管電壓、電流、焦距等。ASTM E2445標(biāo)準(zhǔn)具體透照布置推薦參數(shù)如表2所示(預(yù)計使用電壓為x)，表中第一組參數(shù)在管電壓大于32kV及放射線為γ射線時可參照使用。

 

表2. ASTM E2445標(biāo)準(zhǔn)推薦的透照布置參數(shù)

 

 

項目	第一組參數(shù)
試塊類型	Ⅰ型
適用電壓范圍/kV	160<x≤320
推薦電壓/kV	220(160<x≤320)/ 90(x≤160)
濾波	8mm厚銅板(電壓220kV)/ 2mm厚鋁板(電壓90kV)
信噪比測試次數(shù)	8
曝光到掃描的等待時間/min	5~60
焦距/mm	≥1000
濾光板厚度/mm	銅板：0.8/ 鉛板：0.1
增感屏厚度/mm	鉛屏：0.1
幾何不清晰度	不小于50μm或為基本空間分辨力的一半

 

項目	第二組參數(shù)
試塊類型	Ⅱ型
適用電壓范圍/kV	x≤160
推薦電壓/kV	50
濾波	—
信噪比測試次數(shù)	8
曝光到掃描的等待時間/min	5~60
焦距/mm	≥1000
濾光板厚度/mm	鋁板：2.0
增感屏厚度/mm	鉛屏：0.1
幾何不清晰度	不小于50μm或為基本空間分辨力的一半

項目	第三組參數(shù)
試塊類型	EPS
適用電壓范圍/kV	見ASTM E746-2018
推薦電壓/kV
濾波
信噪比測試次數(shù)
曝光到掃描的等待時間/min
焦距/mm
濾光板厚度/mm
增感屏厚度/mm
幾何不清晰度	不小于50μm或為基本空間分辨力的一半

 

 

 

2. 推薦的測試方法和驗收要求

 

ASTM E2445標(biāo)準(zhǔn)對CR檢測長期穩(wěn)定性測試的方法、使用試塊、測試程序和驗收有比較詳細(xì)的規(guī)定，如表3所示。

 

為了監(jiān)測CR系統(tǒng)穩(wěn)定性成像，應(yīng)考慮實際檢測頻率和長期穩(wěn)定性測試周期。ASTM E2445推薦的CR檢測系統(tǒng)長期穩(wěn)定性測試間隔時間為3個月，客戶也可按照設(shè)備系統(tǒng)完整性和內(nèi)部質(zhì)量體系控制要求進行長期穩(wěn)定性測試規(guī)劃。

 

表3. ASTM E2445標(biāo)準(zhǔn)推薦的測試方法和驗收要求

試驗類型：核心圖像質(zhì)量測試
序號+ 測試項目	試板型號	質(zhì)量指示器	推薦驗收指標(biāo)
1.1 對比靈敏度	Ⅰ型	銅、鋁、鋼對比度計	≤2%對比度
	Ⅱ型	鋁對比度計	≤2%對比度
1.2 空間分辨力	Ⅰ型	楔型像質(zhì)計/雙絲像質(zhì)計	相對于基準(zhǔn)±1個線對
	Ⅱ型	線對卡/雙絲像質(zhì)計	相對于基準(zhǔn)±1個線對
1.3 幾何畸變	Ⅰ型	線性質(zhì)量指示器(刻度尺)	≤2%失真
	Ⅱ型	點測量靶(4點)	≤2%失真
1.4 激光抖動	Ⅰ型	T靶	直邊或連續(xù)邊
	Ⅱ型	長條靶標(biāo)	直邊或連續(xù)邊
1.5 光電倍增管非線性	Ⅰ型	T靶	在典型窗寬下不可見
	Ⅱ型	短條靶標(biāo)	在典型窗寬下不可見
1.6 掃描線完整性	Ⅰ型	背景圖像	不可見
	Ⅱ型	背景圖像	不可見
1.7 掃查線丟失	Ⅰ型	背景圖像	不可見
	Ⅱ型	背景圖像	不可見
1.8 掃描儀滑動	Ⅰ型	均質(zhì)靶條	≤2%噪聲
	Ⅱ型	點測量靶(4點)	≤2%失真
1.9 陰影	Ⅰ型	陰影質(zhì)量靶(灰度測量)	±15%EC靶
	Ⅰ型	背景(目視)	不可見
	Ⅱ型	背景(灰度測量)	±15%中心區(qū)域
	Ⅱ型	背景(目視)	不可見
1.10 條帶	Ⅰ型	背景(灰度測量)	≤2%像素值
	Ⅱ型	背景(目視)	無可見殘留圖像
1.11 擦除	Ⅰ型	背景(灰度測量)	≤2%像素值
	Ⅱ型	背景(目視)	無可見殘留圖像
1.12 等效靈敏度	EPS(E 746)	EPS試塊(目視)	相對于基準(zhǔn)±1個孔組
1.13 信噪比	Ⅰ型	背景	依據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果而定
	Ⅱ型	背景	依據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果而定
試驗類型：可選項試驗
序號+ 測試項目	試板型號	質(zhì)量指示器	推薦驗收指標(biāo)
2.1 殘影	Ⅰ型	背景(灰度測量)	≤2%像素值
	Ⅰ型	背景(目視)	無可見殘留圖像
	Ⅱ型	背景(灰度測量)	≤2%像素值
	Ⅱ型	背景(目視)	無可見殘留圖像
2.2 空間線性	Ⅰ型	線性像質(zhì)計	≤2%失真
	Ⅱ型	線性像質(zhì)計	≤2%失真
2.3 中心束準(zhǔn)直	Ⅰ型	中心束指向像質(zhì)計(目視)	規(guī)則間距螺旋
2.4 IP板偽缺陷	Ⅰ型	背景	無
	Ⅱ型	背景	無
2.5 IP板相應(yīng)變化	Ⅰ型	背景(灰度測量)	<10%灰度變化
	Ⅱ型	背景(灰度測量)	<10%灰度變化
2.6 IP板衰退	Ⅰ型	背景(灰度測量)	無
	Ⅱ型	背景(灰度測量)	無

 

結(jié)語

 

1.現(xiàn)行CR系統(tǒng)長期穩(wěn)定性測試標(biāo)準(zhǔn)中，ASTM的測試要求發(fā)布時間較早，使用經(jīng)驗比較豐富。ASTM E2445采用等效靈敏度替代不清晰度指標(biāo)，采用光電倍增管非線性替代聚焦和閃爍等測試，不僅覆蓋了原有的技術(shù)內(nèi)容，也提出了新的要求，具有更好的可操作性。

 

2.ASTM E2445測試可以使用3種類型的試塊，適用于不同能量下的長期穩(wěn)定性測試，II型試塊在實際使用中減少了圖像質(zhì)量指示器的使用數(shù)量和種類，降低了使用成本，有利于CR檢測技術(shù)的推廣使用。

 

3.ASTM E2445長期穩(wěn)定性測試項目最多，分為核心圖像質(zhì)量測試和可選圖像質(zhì)量測試，可滿足用戶個性化需求，其對測試項目的驗收指標(biāo)有明確的推薦要求，EN 14784-1和GB/T 21356的測試項目較少，部分驗收指標(biāo)未作明確要求。