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嘉峪检测网 2021-06-25 23:08
计算机数字射线检测技术在国防、能源、船舶、航空、航天、兵器等领域的应用越来越广泛，其相对于传统胶片射线检测技术具有可长期保存、显示多样、便于智能识别等优势，预计伴随着设备和材料的国产化，其技术应用将不断成熟、深化。相对于DR(数字X射线摄影)技术，CR(计算机X射线摄影)检测技术所使用的设备和材料成本较低，具有成像板(IP板)可弯曲、现场检测便利等优势，且CR检测系统不需要淘汰现有的X射线机、定向射线机、爬行器等设备，预计随着国内数字射线检测设备、材料、工艺等标准的陆续规范化，其会有越来越广泛的应用场景。
随着系统使用时间的增加，CR成像质量及设备性能呈现下降的趋势。在成像质量控制中，CR系统的运行情况(如正常磨损、维护不足、设置/校准不当等)、滑移、激光抖动、几何变形等多种因素都会影响CR图像的空间分辨率、对比度、信噪比和等效灵敏度等相关指标。CR成像质量下降易导致缺陷的漏检和误检。为提高CR检测的可靠性，一般将影响成像质量的相关指标按照重要程度列入长期稳定性考核要求。
CR检测系统的长期稳定性作为无损检测工艺控制的重要内容，能规范相关检测技术的应用。为此，下文对GB/T 21356-2008，ASTM E2445-2014和EN 14784-1-2005三个标准中规定的典型CR设备长期稳定性测试的相关方法进行对比分析，并进一步梳理总结ASTM标准的要求，以期规范设备制造商的相关技术条款，为用户建立CR系统长期稳定性质量控制文件提供技术基础，迎合高质量的工业全球化趋势。
CR检测系统长期稳定性测试技术
CR检测系统是利用射线在IP板上形成的潜影，采用激光扫描仪，对潜影进行数字化提取，结合相关专业软件及显示屏进行成像观察。检测系统主要包括射线发生装置、IP板、扫描仪、图像处理平台等。
图1. CR检测系统构成示意
工业CR检测系统稳定性最早出现在ASTM的相关标准中，随着CR检测场景和应用范围的扩大，对设备使用阶段的长期稳定性要求也在不断提高。
相对于早期的工业CR检测系统的长期稳定性测试要求，ASTM新版对长期稳定性要求提出了相关修订。
目前，国内外CR检测设备品牌众多、设备分级分类复杂、适应标准也不相同。长期稳定性测试方法和要求的差异会导致CR检测质量不一。国内长期稳定性测试的器材、方法主要沿用国外的成熟经验，在测试方法、验收指标的适应性、技术的先进性等方面需要进一步学习和研究。
现行标准
ASTM E2445标准将CR设备测试分为设备初始测试和长期稳定性测试。初始测试主要用于设备出厂、交付及当设备组件发生修理、变动、升级时，具体可参考ASTM E2446-2014的相关要求。长期稳定性测试可参考ASTM E2445的要求，用于用户使用期间的设备性能测试。
EN 14784-1标准将测试分为CR质量初始评价和定期控制。其中，CR质量初始评价验收由合同双方确定，用于设备验收和初次使用时的性能测试；定期控制用于用户使用期间的设备性能测试考核(设备稳定性测试)。
为确保用户保持检测的长期稳定性，GB/T 21356标准对扫描器或IP系统对成像质量的影响进行了评价，该标准是直接针对工业CR用户提供的，用于定期评价设备系统的适用性。现行标准中，ASTM的测试要求发布时间较早，版本更新较为及时，使用经验比较丰富。
测试试块
目前主流的CR长期稳定性测试试块主要分为Type Ⅰ CR Phantom型试块和Type Ⅱ CR Phantom型试块，分别简称为I型和II型试块，如图2所示。
图2. 主流CR长期稳定性测试试块结构示意
EN 14784-1和GB/T 21356标准中采用I型试块完成所有测试项目。
ASTM E2445测试可以使用3种类型的试块，分别为I型、II型和EPS(等效灵敏度)试块。其中I型试块由13个图像质量指示器组成，II型试块由10个图像质量指示器组成。
I型试块的图像指示器种类较全，适用于较高能量的数字射线检测设备的评价；II型试块相对于I型试块，其图像质量指示器少且简单，适用于低能量射线检测的相关项目。在实际使用中，由于II型试块减少了图像质量指示器的使用数量和种类，降低了使用成本，有利于CR检测技术的推广和使用。EPS试块主要用于检测系统的灵敏度等级划分，其相对于欧标和国内标准分类更加合理，更实用。
测试项目
对GB/T 21356，ASTM E2445和EN 14784-1中典型的CR设备长期稳定性测试项目进行比较，如表1所示，表中“o”表示该标准包含此测试项目；a为核心图像质量测试；b为可选项试验；c为激光束功能)。
表1. 各标准长期稳定性测试项目一览表
|
测试项目 |
ASTM E2445 |
EN 14784-1 |
GB/T 21356 |
|
不清晰度 |
— |
○ |
○ |
|
对比灵敏度a |
○ |
○ |
○ |
|
基本空间分辨力a |
○ |
○ |
○ |
|
几何畸变a |
○ |
○ |
○ |
|
激光束抖动a,c |
○ |
○ |
○ |
|
光电倍增管非线性a |
○ |
— |
— |
|
扫描线完整性a,c |
○ |
○ |
○ |
|
扫查线丢失a,c |
○ |
○ |
○ |
|
聚焦c |
— |
○ |
○ |
|
模糊和闪烁 |
— |
○ |
○ |
|
扫描仪滑动a |
○ |
○ |
○ |
|
阴影a |
○ |
○ |
○ |
|
条带a |
○ |
— |
— |
|
擦除a |
○ |
○ |
○ |
|
等效灵敏度a |
○ |
— |
— |
|
信噪比a |
○ |
○ |
○ |
|
残影b |
○ |
— |
— |
|
空间线性b |
○ |
— |
— |
|
中心束准直b |
○ |
— |
— |
|
IP板伪缺陷b |
○ |
○ |
○ |
|
IP板相应变化b |
○ |
— |
— |
|
IP板衰退b |
○ |
— |
○ |
ASTM E2445标准将用户长期稳定性测试项目分为核心图像质量测试和可选项试验两大部分，其中推荐的核心图像质量测试项目有13项，可选试验有6项。
ASTM E2445长期稳定性测试要求的核心图像质量测试项目基本覆盖EN 14784-1和GB/T 21356标准的测试项目，对测试项目的验收指标有明确的要求。最新的ASTM E2445标准不包括不清晰度测试项目。由于CR系统的不清晰度在实际检测的固有不清晰度中占比较小，系统的总不清晰度主要受几何不清晰度影响较大，所以ASTM E2445标准不将不清晰度纳入长期稳定性考核指标有一定的合理性。
ASTM E2445采用等效灵敏度替代不清晰度等指标，采用光电倍增管非线性替代聚焦和闪烁等测试，覆盖了原有的技术内容也提出了新的要求，具有更好的可操作性。
EN 14784-1标准推荐的测试项目和ASTM E2445的核心图像质量测试要求基本一致，稳定性测试(定期控制)由10个项目组成，用于系统的长期稳定性控制。
GB/T 21356标准规定的长期稳定性测试亦由10个项目组成，测试项目与EN 14784-1标准的内容基本相对应，在标准的编排结构上有所差异，部分验收指标未作明确的规定。
ASTM标准对CR系统长期稳定性测试的要求
1. 推荐的透照布置
长期稳定性测试透照布置和初始测试布置应保持一致，应考虑IP板潜影衰退的影响，透照布置参数包括管电压、电流、焦距等。ASTM E2445标准具体透照布置推荐参数如表2所示(预计使用电压为x)，表中第一组参数在管电压大于32kV及放射线为γ射线时可参照使用。
表2. ASTM E2445标准推荐的透照布置参数
项目
第一组参数
试块类型
Ⅰ型
适用电压范围/kV
160<x≤320
推荐电压/kV
220(160<x≤320)/
90(x≤160)
滤波
8mm厚铜板(电压220kV)/
2mm厚铝板(电压90kV)
信噪比测试次数
8
曝光到扫描的等待时间/min
5~60
焦距/mm
≥1000
滤光板厚度/mm
铜板：0.8/
铅板：0.1
增感屏厚度/mm
铅屏：0.1
几何不清晰度
不小于50μm或为基本空间分辨力的一半
项目
第二组参数
试块类型
Ⅱ型
适用电压范围/kV
x≤160
推荐电压/kV
50
滤波
—
信噪比测试次数
8
曝光到扫描的等待时间/min
5~60
焦距/mm
≥1000
滤光板厚度/mm
铝板：2.0
增感屏厚度/mm
铅屏：0.1
几何不清晰度
不小于50μm或为基本空间分辨力的一半
项目
第三组参数
试块类型
EPS
适用电压范围/kV
见ASTM E746-2018
推荐电压/kV
滤波
信噪比测试次数
曝光到扫描的等待时间/min
焦距/mm
滤光板厚度/mm
增感屏厚度/mm
几何不清晰度
不小于50μm或为基本空间分辨力的一半
2. 推荐的测试方法和验收要求
ASTM E2445标准对CR检测长期稳定性测试的方法、使用试块、测试程序和验收有比较详细的规定，如表3所示。
为了监测CR系统稳定性成像，应考虑实际检测频率和长期稳定性测试周期。ASTM E2445推荐的CR检测系统长期稳定性测试间隔时间为3个月，客户也可按照设备系统完整性和内部质量体系控制要求进行长期稳定性测试规划。
表3. ASTM E2445标准推荐的测试方法和验收要求
|
试验类型：核心图像质量测试 |
|||
|
序号+ 测试项目 |
试板型号 |
质量指示器 |
推荐验收指标 |
|
1.1 对比灵敏度 |
Ⅰ型 |
铜、铝、钢对比度计 |
≤2%对比度 |
|
Ⅱ型 |
铝对比度计 |
≤2%对比度 |
|
|
1.2 空间分辨力 |
Ⅰ型 |
楔型像质计/双丝像质计 |
相对于基准±1个线对 |
|
Ⅱ型 |
线对卡/双丝像质计 |
相对于基准±1个线对 |
|
|
1.3 几何畸变 |
Ⅰ型 |
线性质量指示器(刻度尺) |
≤2%失真 |
|
Ⅱ型 |
点测量靶(4点) |
≤2%失真 |
|
|
1.4 激光抖动 |
Ⅰ型 |
T靶 |
直边或连续边 |
|
Ⅱ型 |
长条靶标 |
直边或连续边 |
|
|
1.5 光电倍增管非线性 |
Ⅰ型 |
T靶 |
在典型窗宽下不可见 |
|
Ⅱ型 |
短条靶标 |
在典型窗宽下不可见 |
|
|
1.6 扫描线完整性 |
Ⅰ型 |
背景图像 |
不可见 |
|
Ⅱ型 |
背景图像 |
不可见 |
|
|
1.7 扫查线丢失 |
Ⅰ型 |
背景图像 |
不可见 |
|
Ⅱ型 |
背景图像 |
不可见 |
|
|
1.8 扫描仪滑动 |
Ⅰ型 |
均质靶条 |
≤2%噪声 |
|
Ⅱ型 |
点测量靶(4点) |
≤2%失真 |
|
|
1.9 阴影 |
Ⅰ型 |
阴影质量靶(灰度测量) |
±15%EC靶 |
|
Ⅰ型 |
背景(目视) |
不可见 |
|
|
Ⅱ型 |
背景(灰度测量) |
±15%中心区域 |
|
|
Ⅱ型 |
背景(目视) |
不可见 |
|
|
1.10 条带 |
Ⅰ型 |
背景(灰度测量) |
≤2%像素值 |
|
Ⅱ型 |
背景(目视) |
无可见残留图像 |
|
|
1.11 擦除 |
Ⅰ型 |
背景(灰度测量) |
≤2%像素值 |
|
Ⅱ型 |
背景(目视) |
无可见残留图像 |
|
|
1.12 等效灵敏度 |
EPS(E 746) |
EPS试块(目视) |
相对于基准±1个孔组 |
|
1.13 信噪比 |
Ⅰ型 |
背景 |
依据数据统计结果而定 |
|
Ⅱ型 |
背景 |
依据数据统计结果而定 |
|
|
试验类型：可选项试验 |
|||
|
序号+ 测试项目 |
试板型号 |
质量指示器 |
推荐验收指标 |
|
2.1 残影 |
Ⅰ型 |
背景(灰度测量) |
≤2%像素值 |
|
Ⅰ型 |
背景(目视) |
无可见残留图像 |
|
|
Ⅱ型 |
背景(灰度测量) |
≤2%像素值 |
|
|
Ⅱ型 |
背景(目视) |
无可见残留图像 |
|
|
2.2 空间线性 |
Ⅰ型 |
线性像质计 |
≤2%失真 |
|
Ⅱ型 |
线性像质计 |
≤2%失真 |
|
|
2.3 中心束准直 |
Ⅰ型 |
中心束指向像质计(目视) |
规则间距螺旋 |
|
2.4 IP板伪缺陷 |
Ⅰ型 |
背景 |
无 |
|
Ⅱ型 |
背景 |
无 |
|
|
2.5 IP板相应变化 |
Ⅰ型 |
背景(灰度测量) |
<10%灰度变化 |
|
Ⅱ型 |
背景(灰度测量) |
<10%灰度变化 |
|
|
2.6 IP板衰退 |
Ⅰ型 |
背景(灰度测量) |
无 |
|
Ⅱ型 |
背景(灰度测量) |
无 |
|
结语
1.现行CR系统长期稳定性测试标准中，ASTM的测试要求发布时间较早，使用经验比较丰富。ASTM E2445采用等效灵敏度替代不清晰度指标，采用光电倍增管非线性替代聚焦和闪烁等测试，不仅覆盖了原有的技术内容，也提出了新的要求，具有更好的可操作性。
2.ASTM E2445测试可以使用3种类型的试块，适用于不同能量下的长期稳定性测试，II型试块在实际使用中减少了图像质量指示器的使用数量和种类，降低了使用成本，有利于CR检测技术的推广使用。
3.ASTM E2445长期稳定性测试项目最多，分为核心图像质量测试和可选图像质量测试，可满足用户个性化需求，其对测试项目的验收指标有明确的推荐要求，EN 14784-1和GB/T 21356的测试项目较少，部分验收指标未作明确要求。
来源：无损检测NDT
