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(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[1-2],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、工藝等標準的陸續(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(guān)指標[3]。CR成像質(zhì)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(zhì)量的相關(guān)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(guān)檢測技術(shù)的應(yīng)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(shè)備長期穩(wěn)定性測試的相關(guān)方法,并進一步梳理、總結(jié)了ASTM(美國材料實驗協(xié)會)標準的要求,既可規(guī)范設(shè)備制造商的相關(guān)技術(shù)條款,又可為用戶建立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),提供更高更可靠的無損檢測技術(shù)服務(wù),迎合高質(zhì)量的工業(yè)全球化趨勢。
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(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(見圖1)。
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)標準中,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)備分級分類復雜、適應(yīng)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(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、驗收指標的適應(yīng)性、技術(shù)的先進性等方面需要進一步學習和研究。
E 2445標準將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、交付及當設(shè)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(guān)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(shè)備性能測試。
EN 14784-1標準將測試分為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標準對掃描器或IP系統(tǒng)對成像質(zhì)量的影響進行了評價,該標準是直接針對工業(yè)CR用戶提供的,用于定期評價設(shè)備系統(tǒng)的適用性。現(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。
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(jié)構(gòu)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(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,其相對于歐標和國內(nèi)標準分類更加合理,更實用。
筆者比較GB/T 21356,E 2445和EN 14784-1中典型的CR設(shè)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(zhì)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(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。
E 2445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(shù)內(nèi)容也提出了新的要求,具有更好的可操作性。
EN 14784-1標準推薦的測試項目和E 2445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(yīng),在標準的編排結(jié)構(gòu)上有所差異, 部分驗收指標未作明確的規(guī)定。
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。E 2445標準具體透照布置推薦參數(shù)如表2所示(記預(yù)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)
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(yīng)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(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。
(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(shù)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(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) E 2445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。