鄭世才

（新立機(jī)器廠，北京 100039）

“等價(jià)性問(wèn)題”主要討論數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)與常規(guī)膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的同等缺陷檢驗(yàn)?zāi)芰?wèn)題。具有“同等缺陷檢驗(yàn)?zāi)芰Α钡囊饬x，至少應(yīng)包括在檢測(cè)圖像上正確地顯示缺陷的基本形貌、尺寸、分布，依據(jù)顯示結(jié)果，技術(shù)人員可以給出正確的缺陷性質(zhì)與質(zhì)量級(jí)別評(píng)定結(jié)論。

一個(gè)實(shí)際的等價(jià)性問(wèn)題是等價(jià)技術(shù)級(jí)別問(wèn)題。概括地說(shuō)，其討論的是數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)級(jí)別與膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)級(jí)別的等價(jià)性。若問(wèn)題具體化則轉(zhuǎn)化為如何評(píng)定：原采用膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完成的某個(gè)檢測(cè)問(wèn)題，能否采用某數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)完成，或能否采用某數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)替代。

嚴(yán)格地討論等價(jià)性問(wèn)題，需要從成像過(guò)程基本理論開(kāi)始探討，這可參考文獻(xiàn)［1－5］。筆者從檢測(cè)圖像品質(zhì)出發(fā)進(jìn)行討論，給出簡(jiǎn)單、實(shí)際的評(píng)定方法和過(guò)程。

1 等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定的基本思想

對(duì)于等價(jià)技術(shù)級(jí)別問(wèn)題，簡(jiǎn)單地作出評(píng)定時(shí)可從射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷的檢測(cè)出發(fā)。即考慮到射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷的檢驗(yàn)，依靠的是獲得的檢測(cè)圖像所給出的信息。此外，還相關(guān)于檢測(cè)圖像的顯示條件、檢驗(yàn)人員識(shí)別檢測(cè)圖像信息的能力和經(jīng)驗(yàn)。因此，從客觀角度考慮，可認(rèn)為射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷的檢驗(yàn)?zāi)芰緵Q定于獲得的檢測(cè)圖像品質(zhì)。

這樣，對(duì)于等價(jià)技術(shù)級(jí)別問(wèn)題，一種簡(jiǎn)單的處理辦法是，如果數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)級(jí)別的檢測(cè)圖像品質(zhì)達(dá)到膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)級(jí)別的檢測(cè)圖像品質(zhì)，則認(rèn)為二者具有等價(jià)（缺陷檢驗(yàn)?zāi)芰Γ┑募夹g(shù)級(jí)別。

射線檢測(cè)技術(shù)基本理論給出，射線檢測(cè)圖像品質(zhì)的三個(gè)基本因素為：①對(duì)比度：細(xì)節(jié)圖像信號(hào)強(qiáng)度差與信號(hào)強(qiáng)度之比。②不清晰度：細(xì)節(jié)圖像邊界擴(kuò)展的寬度。③顆粒度或噪聲：圖像信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差。

在檢測(cè)圖像中，對(duì)比度轉(zhuǎn)換為對(duì)比度靈敏度，即以常規(guī)像質(zhì)計(jì)測(cè)定的圖像對(duì)比度（簡(jiǎn)單地仍稱為對(duì)比度），不清晰度為采用雙絲像質(zhì)計(jì)測(cè)定的圖像不清晰度。顆粒度或噪聲主要是通過(guò)信噪比影響檢測(cè)圖像品質(zhì)的對(duì)比度靈敏度，因此在射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，并未將顆粒度或噪聲作為獨(dú)立的檢測(cè)圖像品質(zhì)指標(biāo)，而是作為直接或間接控制技術(shù)的指標(biāo)。

2 等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定基本過(guò)程

按照上述考慮，可處理等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定問(wèn)題。實(shí)際上，主要是評(píng)定對(duì)于某個(gè)具體檢驗(yàn)工作數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)級(jí)別能否達(dá)到膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)級(jí)別的檢測(cè)圖像品質(zhì)問(wèn)題。完成該評(píng)定需要進(jìn)行四方面工作：①被檢驗(yàn)工件基本分析。②探測(cè)器系統(tǒng)基本性能測(cè)定。③數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)檢驗(yàn)試驗(yàn)。④作出分析評(píng)定結(jié)論。

實(shí)際處理時(shí)，第②方面可與第③方面結(jié)合進(jìn)行，具體處理并不必須按照上面順序逐步完成。

3 被檢驗(yàn)工件基本缺陷特點(diǎn)分析

3.1 被檢驗(yàn)工件厚度范圍

被檢驗(yàn)工件厚度范圍概括起來(lái)是確定工件需要檢驗(yàn)的最小厚度、最大厚度、主要厚度。主要厚度一般選擇為膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)級(jí)別對(duì)常規(guī)像質(zhì)計(jì)值規(guī)定的厚度分段點(diǎn)厚度。

3.2 缺陷特點(diǎn)分析

按被檢驗(yàn)工件的材料、工藝、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析、概括工件缺陷的基本特點(diǎn)，分析被檢驗(yàn)工件技術(shù)條件的基本要求。此分析過(guò)程應(yīng)特別確定，缺陷的分布形貌（或形態(tài)）特點(diǎn)是否是質(zhì)量級(jí)別評(píng)定應(yīng)考慮的重要因素，工件技術(shù)條件要求檢驗(yàn)的缺陷最小尺寸是否會(huì)受到不清晰度的明顯影響。為后續(xù)對(duì)數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的補(bǔ)償規(guī)則控制處理作出準(zhǔn)備。

3.3 膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于檢測(cè)圖像品質(zhì)控制的分析

分析的另一項(xiàng)是采用的膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)級(jí)別關(guān)于檢測(cè)圖像品質(zhì)的控制指標(biāo)。

關(guān)于檢測(cè)圖像對(duì)比度，在膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)技術(shù)級(jí)別都明確規(guī)定了，采用常規(guī)像質(zhì)計(jì)、按技術(shù)級(jí)別和厚度分段限定應(yīng)達(dá)到的要求值。關(guān)于不清晰度，膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在檢測(cè)圖像品質(zhì)的指標(biāo)中并未給出規(guī)定。但必須理解的是，按照膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)理論，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是通過(guò)技術(shù)因素的限定實(shí)現(xiàn)對(duì)該指標(biāo)的限定。

標(biāo)準(zhǔn)中，典型的規(guī)定之一是按技術(shù)級(jí)別限定射線源與工件表面的最小距離

該式很容易轉(zhuǎn)換為

式中：φ為射線源（焦點(diǎn)）尺寸；f為射線源至工件的距離；b為工件射線源側(cè)表面與探測(cè)器的距離，通常取為工件本身的厚度；k為按技術(shù)級(jí)別設(shè)定的常系數(shù)（如A 級(jí)為7.5，B級(jí)為15）。

射線源與工件表面的最小距離規(guī)定就限定了幾何不清晰度。對(duì)射線能量與透照厚度關(guān)系的規(guī)定，則限定了膠片固有不清晰度。這樣按照射線檢測(cè)技術(shù)理論

式中：Ug為幾何不清晰度；Ui為固有不清晰度。

就實(shí)現(xiàn)了對(duì)各技術(shù)級(jí)別檢測(cè)圖像不清晰度的控制。

關(guān)于顆粒度或噪聲，膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是通過(guò)規(guī)定技術(shù)級(jí)別的膠片選用和底片黑度范圍（可轉(zhuǎn)換為信噪比）作出了限定。

3.4 基本數(shù)據(jù)表

完成上述工作后，對(duì)所檢驗(yàn)工件應(yīng)形成膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)級(jí)別的基本數(shù)據(jù)表，表中數(shù)據(jù)應(yīng)包括厚度，最高透照電壓膠片射線照相技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)級(jí)別圖像質(zhì)量規(guī)定有單絲像質(zhì)計(jì)規(guī)定值，不清晰度分析值，對(duì)應(yīng)雙絲像質(zhì)計(jì)分析值。

4 探測(cè)器系統(tǒng)基本性能測(cè)定

探測(cè)器系統(tǒng)的基本性能是指其基本空間分辨力SRb和規(guī)格化信噪比SNRN，也就是數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的基本性能。

如果嚴(yán)格地測(cè)定探測(cè)器系統(tǒng)的基本性能，應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。

關(guān)于探測(cè)器系統(tǒng)的基本空間分辨力的測(cè)定，采用雙絲像質(zhì)計(jì)直接放置在探測(cè)器上，以實(shí)際檢驗(yàn)的透照參數(shù)（但應(yīng)保證幾何不清晰度不大于測(cè)定不清晰度的1／10）透照，獲取測(cè)定圖像。對(duì)平板探測(cè)器技術(shù)，獲取測(cè)定圖像前應(yīng)完成探測(cè)器（DDA）響應(yīng)校正和壞像素修正。對(duì)IP成像板，應(yīng)控制掃描讀出單元數(shù)據(jù)，掃描點(diǎn)尺寸應(yīng)滿足采樣定理（若不清楚可能結(jié)果，應(yīng)采用最小掃描點(diǎn)尺寸），采集圖像灰度應(yīng)處于最大值（飽和值）的80%左右。

從得到的雙絲像質(zhì)計(jì)圖像確定測(cè)試結(jié)果。簡(jiǎn)單時(shí)，按得到的雙絲像質(zhì)計(jì)圖像中第一個(gè)不能區(qū)分的絲對(duì)確定不清晰度（該絲對(duì)的投影輪廓谷深小于20%），對(duì)應(yīng)的基本空間分辨力（μm）為：

準(zhǔn)確時(shí)，用軟件測(cè)定的雙絲像質(zhì)計(jì)灰度數(shù)據(jù)畫出絲對(duì)輪廓圖，從該圖確定。

關(guān)于探測(cè)器系統(tǒng)的規(guī)格化信噪比可簡(jiǎn)單測(cè)定。選擇工件需要檢驗(yàn)的最小厚度、中間厚度、最大厚度三個(gè)厚度，用適宜檢驗(yàn)的透照參數(shù)透照，獲得測(cè)定圖像。在各圖像上選擇分布在左、中、右的3個(gè)不少于50×50個(gè)像素區(qū)，用軟件分別測(cè)定各自的規(guī)格化信噪比。然后取三者平均值，作為（某一）圖像的規(guī)格化信噪比。應(yīng)注意的是，若工件為焊接接頭，應(yīng)在熱影響區(qū)測(cè)定，焊縫區(qū)的信噪比為按熱影響區(qū)測(cè)定值除以1.4后得到的值。

測(cè)定后，應(yīng)形成探測(cè)器系統(tǒng)基本性能試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表，內(nèi)容應(yīng)包括厚度，探測(cè)器型號(hào)，電壓，電流，曝光時(shí)間，放大倍數(shù)，射線機(jī)類型，焦距，雙絲像質(zhì)計(jì)值，對(duì)應(yīng)不清晰度值，SNRN值。

探測(cè)器系統(tǒng)基本性能測(cè)定的作用，除了確認(rèn)提供的探測(cè)器性能數(shù)據(jù)外，規(guī)格化信噪比測(cè)定可用于判定采用的透照參數(shù)（特別是曝光量）是否適宜。如果規(guī)格化信噪比明顯低，則必須改變曝光量重新測(cè)定。這是正確評(píng)定數(shù)字射線檢測(cè)系統(tǒng)能力和進(jìn)行檢驗(yàn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)。

5 數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)檢驗(yàn)試驗(yàn)

比較完整的等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定，應(yīng)完成數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)檢驗(yàn)試驗(yàn)。試驗(yàn)應(yīng)對(duì)典型厚度、工件常見(jiàn)主要缺陷，用數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)實(shí)際檢驗(yàn)條件獲得檢測(cè)圖像，測(cè)定這時(shí)檢測(cè)圖像品質(zhì)數(shù)據(jù)，考察缺陷顯示情況。

需要時(shí)，還應(yīng)完成補(bǔ)償規(guī)則應(yīng)用驗(yàn)證試驗(yàn)。補(bǔ)償規(guī)則試驗(yàn)應(yīng)選擇典型缺陷試件，按數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)確定的透照參數(shù)透照，比較其與膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的缺陷顯示形貌或尺寸的差異，是否處于可接受限度（不導(dǎo)致錯(cuò)誤質(zhì)量級(jí)別評(píng)定）的情況，從而確定是否可采用相應(yīng)的補(bǔ)償規(guī)則。

檢驗(yàn)試驗(yàn)的工件厚度為前面確定的工件厚度中的最小厚度、最大厚度和部分中間厚度。在確定中間厚度時(shí)，一般應(yīng)先有數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)圖像不清晰度數(shù)據(jù)（理論計(jì)算或試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)），從該數(shù)據(jù)作出簡(jiǎn)單判斷，從此確定必須試驗(yàn)的中間厚度。顯然，中間厚度取點(diǎn)越多最后的評(píng)定越簡(jiǎn)單。試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按確定的透照參數(shù)，對(duì)這些厚度的實(shí)際工件（或試板，含有常見(jiàn)缺陷）進(jìn)行透照，獲取數(shù)字射線檢測(cè)圖像。從得到的數(shù)字射線檢測(cè)圖像，測(cè)定數(shù)字射線檢測(cè)圖像的常規(guī)像質(zhì)計(jì)值、雙絲像質(zhì)計(jì)值、規(guī)格化信噪比數(shù)據(jù)。形成的檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表內(nèi)容應(yīng)包括厚度，探測(cè)器類型，電壓，電流，曝光時(shí)間，放大倍數(shù)，射線機(jī)類型，焦距，單絲像質(zhì)計(jì)值，雙絲像質(zhì)汁值，SNRN值，缺陷顯示。

6 等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定

6.1 直接評(píng)定

從檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果，概括出數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)圖像的常規(guī)像質(zhì)計(jì)值、雙絲像質(zhì)計(jì)值，同時(shí)不低于膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)級(jí)別控制要求的厚度范圍，直接確定為數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)可等價(jià)于原采用的膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)級(jí)別的厚度范圍。

必須注意的是，應(yīng)同時(shí)保證數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)圖像的規(guī)格化信噪比不小于表1的值。

表1 EN 584－1：2006《無(wú)損檢測(cè) 工業(yè)用X射線照相膠片》標(biāo)準(zhǔn)的膠片部分性能要求

6.2 計(jì)算評(píng)定

作為補(bǔ)充分析判斷，對(duì)于射線源尺寸小的數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，關(guān)于放大透照下檢測(cè)圖像的不清晰度（空間分辨力）值，測(cè)定的探測(cè)器系統(tǒng)基本空間分辨力為：

或

式中：M為透照布置的放大倍數(shù)。

通過(guò)計(jì)算確定在放大透照下檢測(cè)圖像可達(dá)到的不清晰度（空間分辨力）值。此計(jì)算值可用于評(píng)定數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的等價(jià)技術(shù)級(jí)別能力，但必須是對(duì)采用放大透照技術(shù)情況。對(duì)此，一般應(yīng)選擇部分放大情況進(jìn)行必要的試驗(yàn)驗(yàn)證。

6.3 補(bǔ)償規(guī)則評(píng)定

對(duì)于常規(guī)像質(zhì)計(jì)值達(dá)到了更高值、而雙絲像質(zhì)計(jì)值未達(dá)到要求的厚度范圍，按補(bǔ)償規(guī)則驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果作出評(píng)定處理。即，確定是否可采用補(bǔ)償規(guī)則、補(bǔ)償應(yīng)限定程度、適用的厚度范圍。則確定的厚度范圍也評(píng)定為等價(jià)技術(shù)級(jí)別的厚度范圍。

7 等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定例題

等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定需要處理的實(shí)際問(wèn)題可分為下面二種基本情況：評(píng)定用數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定技術(shù)替代膠片射線照相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定技術(shù)；評(píng)定采用某一數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)替代膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)檢驗(yàn)的厚度范圍。

例：某鋼電弧熔化焊平板對(duì)接接頭，母材厚度范圍為6～32mm，原采用EN1435：1997《焊縫射線照相檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)A 級(jí)技術(shù)檢驗(yàn)，評(píng)定是否可采用ISO 17636－2：2013《焊縫的無(wú)損檢測(cè)－射線檢測(cè) 第2部分》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A 級(jí)技術(shù)檢驗(yàn)。

解：

（1）基本分析判斷

對(duì)本例，按照前面關(guān)于等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定的討論，只要分析數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)級(jí)別的規(guī)定是否達(dá)到原膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)級(jí)別規(guī)定的要求，就可以作出評(píng)定結(jié)論。

（2）膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于不清晰度控制分析

為作出等價(jià)技術(shù)級(jí)別評(píng)定結(jié)論，主要是給出膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于檢測(cè)圖像不清晰度的控制要求。從膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于最小源到工件表面距離的規(guī)定、最高透照電壓的規(guī)定，確定膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于幾何不清晰度、膠片固有不清晰度的控制。然后按照一般理論確定總的不清晰度。本例按

式中：Vmax為最高透照電壓。

作出計(jì)算（因ISO 17636－2：2013標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于總的不清晰度采用的是平方關(guān)系）。

（3）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定比較

對(duì)比數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)A 級(jí)技術(shù)檢測(cè)圖像的常規(guī)像質(zhì)計(jì)值和雙絲像質(zhì)計(jì)值的規(guī)定，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)A級(jí)技術(shù)檢測(cè)圖像規(guī)定比較

關(guān)于規(guī)格化信噪比，EN 1435：1997標(biāo)準(zhǔn)A 級(jí)對(duì)該厚度范圍規(guī)定，應(yīng)采用C5或更好膠片，因此其最低規(guī)格化信噪比為62。而ISO 17636－2：2013標(biāo)準(zhǔn)A 級(jí)對(duì)該厚度范圍規(guī)定，可認(rèn)為是70。

（4）分析評(píng)定

分析表2的各厚度段數(shù)據(jù)，可見(jiàn)，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)A 級(jí)技術(shù)檢測(cè)圖像的常規(guī)像質(zhì)計(jì)值在整個(gè)厚度范圍要求與膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求相同，關(guān)于雙絲像質(zhì)計(jì)值的規(guī)定，除在最小厚度6mm 略低于膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的控制值（0.26mm 與0.25mm）外，其他厚度段均不低于膠片射線照相檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的控制值。技術(shù)控制的規(guī)格化信噪比不低于EN1435：1997標(biāo)準(zhǔn)A 級(jí)技術(shù)的要求。因此，可認(rèn)為，可以采用數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 17636－2：2013 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A 級(jí)技術(shù) 替代原采用EN1435：1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A 級(jí)技術(shù)的檢驗(yàn)。

［1］鄭世才.數(shù)字射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］王之江，伍樹(shù)東.成像光學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1991.

［3］麥偉麟.光學(xué)傳遞函數(shù)及其數(shù)理基礎(chǔ)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1979.

［4］加斯基爾.線性系統(tǒng)· 傅里葉變換·光學(xué)［M］.封開(kāi)印，譯.北京：人民教育出版社，1981.

［5］吳湘淇.3 版：信號(hào)與系統(tǒng)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.