CR檢測系統(tǒng)長期穩(wěn)定性測試方法的標準對比

陸雷俊

(上海船舶工藝研究所,上海 200032)

計算機數(shù)字射線檢測技術在國防、能源、船舶、航空、航天、兵器等領域的應用越來越廣泛[1-2]，其相對于傳統(tǒng)膠片射線檢測技術具有可長期保存、顯示多樣、便于智能識別等優(yōu)勢，預計伴隨著設備和材料的國產(chǎn)化，其技術應用將不斷成熟、深化。相對于DR(數(shù)字X射線攝影)技術，CR(計算機X射線攝影)檢測技術所使用的設備和材料成本較低，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、爬行器等設備，預計隨著國內(nèi)數(shù)字射線檢測設備、材料、工藝等標準的陸續(xù)規(guī)范化，其會有越來越廣泛的應用場景。

隨著系統(tǒng)使用時間的增加，CR成像質量及設備性能呈現(xiàn)下降的趨勢。在成像質量控制中，CR系統(tǒng)的運行情況(如正常磨損、維護不足、設置/校準不當?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指標[3]。CR成像質量下降易導致缺陷的漏檢和誤檢。為提高CR檢測的可靠性，一般將影響成像質量的相關指標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)范相關檢測技術的應用。對比分析了GB/T 21356-2008(以下簡寫為GB/T 21356)，ASTM E 2445-2014(以下簡寫為E 2445)和EN 14784-1-2005(以下簡寫為E 14784-1)標準中典型的CR設備長期穩(wěn)定性測試的相關方法，并進一步梳理、總結了ASTM(美國材料實驗協(xié)會)標準的要求，既可規(guī)范設備制造商的相關技術條款，又可為用戶建立CR系統(tǒng)長期穩(wěn)定性質量控制文件提供技術基礎，提供更高更可靠的無損檢測技術服務，迎合高質量的工業(yè)全球化趨勢。

1 CR檢測技術現(xiàn)狀

1.1 CR系統(tǒng)簡介

CR檢測系統(tǒng)工作原理為利用射線在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，結合相關專業(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(見圖1)。

圖1 CR檢測系統(tǒng)構成示意

1.2 CR檢測系統(tǒng)長期穩(wěn)定性測試技術

工業(yè)CR檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性最早出現(xiàn)在ASTM的相關標準中，隨著CR檢測場景和應用范圍的擴大，對設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新版長期穩(wěn)定性要求提出了相關修訂。目前，國內(nèi)外CR檢測設備品牌眾多、設備分級分類復雜、適應標準也不相同。長期穩(wěn)定性測試方法和要求的差異會導致CR檢測質量不一。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、驗收指標的適應性、技術的先進性等方面需要進一步學習和研究。

2 CR系統(tǒng)長期穩(wěn)定性標準要求對比

2.1 現(xiàn)行標準

E 2445標準將CR設備測試分為設備初始測試和長期穩(wěn)定性測試。初始測試主要用于設備出廠、交付及當設備組件發(fā)生修理、變動、升級時，具體可參考ASTM E 2446-2014的相關要求。長期穩(wěn)定性測試可參考E 2445的要求，用于用戶使用期間的設備性能測試。

EN 14784-1標準將測試分為CR質量初始評價和定期控制。其中，CR質量初始評價驗收由合同雙方確定，用于設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備性能測試考核(設備穩(wěn)定性測試)。

為確保用戶保持檢測的長期穩(wěn)定性，GB/T 21356標準對掃描器或IP系統(tǒng)對成像質量的影響進行了評價，該標準是直接針對工業(yè)CR用戶提供的，用于定期評價設備系統(tǒng)的適用性?，F(xiàn)行標準中，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。

2.2 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(以下簡稱I型)試塊和Type Ⅱ CR Phantom型(以下簡稱II型)試塊(見圖2)。

圖2 主流CR長期穩(wěn)定性測試試塊結構示意

EN 14784-1和GB/T 21356標準中采用I型試塊完成所有測試項目。

ASTM E 2445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個圖像質量指示器組成，II型試塊由10個圖像質量指示器組成。

I型試塊的圖像指示器種類較全，適用于較高能量的數(shù)字射線檢測設備的評價；II型試塊相對于I型試塊，其圖像質量指示器少且簡單，適用于低能量射線檢測的相關項目。在實際使用中，由于II型試塊減少了圖像質量指示器的使用數(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，其相對于歐標和國內(nèi)標準分類更加合理，更實用。

2.3 測試項目

筆者比較GB/T 21356，E 2445和EN 14784-1中典型的CR設備長期穩(wěn)定性測試項目，明細如表1所示(表中“o”表示該標準包含此測試項目;a為核心圖像質量測試;b為可選項試驗;c為激光束功能)。

表1 各標準長期穩(wěn)定性測試項目一覽表

E 2445標準將用戶長期穩(wěn)定性測試項目分為核心圖像質量測試和可選項試驗兩大部分，其中推薦的核心圖像質量測試項目有13項，可選試驗有6項。

E 2445長期穩(wěn)定性測試要求的核心圖像質量測試項目基本覆蓋EN 14784-1和GB/T 21356標準的測試項目, 對測試項目的驗收指標有明確的要求。最新的E 2445標準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E 2445標準不將不清晰度納入長期穩(wěn)定性考核指標有一定的合理性[4]。

E 2445采用等效靈敏度替代不清晰度等指標，采用光電倍增管非線性替代聚焦和閃爍等測試，覆蓋了原有的技術內(nèi)容也提出了新的要求，具有更好的可操作性。

EN 14784-1標準推薦的測試項目和E 2445的核心圖像質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標準規(guī)定的長期穩(wěn)定性測試亦由10個項目組成，測試項目與和EN 14784-1標準的內(nèi)容基本相對應，在標準的編排結構上有所差異, 部分驗收指標未作明確的規(guī)定。

3 ASTM標準對CR系統(tǒng)長期穩(wěn)定性測試的要求

3.1 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保持一致，應考慮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。E 2445標準具體透照布置推薦參數(shù)如表2所示(記預計使用電壓為x)，表中第一組參數(shù)在管電壓大于32 kV及放射線為γ射線時可參照使用。

表2 E 2445標準推薦的透照布置參數(shù)

3.2 推薦的測試方法和驗收要求

E 2445標準對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的規(guī)定(見表3)。

表3 E 2445標準推薦的測試方法和驗收要求

為了監(jiān)測CR 系統(tǒng)穩(wěn)定性成像，應考慮實際檢測頻率和長期穩(wěn)定性測試周期。E 2445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，客戶也可按照設備系統(tǒng)完整性和內(nèi)部質量體系控制要求進行長期穩(wěn)定性測試規(guī)劃。

4 結語

(1) 現(xiàn)行CR系統(tǒng)長期穩(wěn)定性測試標準中，ASTM的測試要求發(fā)布時間較早，使用經(jīng)驗比較豐富。E 2445采用等效靈敏度替代不清晰度指標,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內(nèi)容，也提出了新的要求，具有更好的可操作性。

(2) E 2445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檢測技術的推廣使用。

(3) E 2445長期穩(wěn)定性測試項目最多，分為核心圖像質量測試和可選圖像質量測試，可滿足用戶個性化需求，其對測試項目的驗收指標有明確的推薦要求，EN 14784-1和GB/T 21356的測試項目較少，部分驗收指標未作明確要求。