CR檢測系統長期穩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、便于智能識別等優勢，預計伴隨著設備和材料的國產化，其技術應用將不斷成熟、深化。相對于DR(數字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、現場檢測便利等優勢，且CR檢測系統不需要淘汰現有的X射線機、定向射線機、爬行器等設備，預計隨著國內數字射線檢測設備、材料、工藝等標準的陸續規范化，其會有越來越廣泛的應用場景。

隨著系統使用時間的增加，CR成像質量及設備性能呈現下降的趨勢。在成像質量控制中，CR系統的運行情況(如正常磨損、維護不足、設置/校準不當等)、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定性考核要求。

CR檢測系統的長期穩定性作為無損檢測工藝控制的重要內容，能規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(美國材料實驗協會)標準的要求，既可規范設備制造商的相關技術條款，又可為用戶建立CR系統長期穩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，迎合高質量的工業全球化趨勢。

1 CR檢測技術現狀

1.1 CR系統簡介

CR檢測系統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，對潛影進行數字化提取，結合相關專業軟件及顯示屏進行成像觀察。檢測系統主要包括射線發生裝置、IP板、掃描儀、圖像處理平臺等(見圖1)。

圖1 CR檢測系統構成示意

1.2 CR檢測系統長期穩定性測試技術

工業CR檢測系統穩定性最早出現在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定性要求也在不斷提高。

相對于早期的工業CR檢測系統的長期穩定性測試要求，ASTM新版長期穩定性要求提出了相關修訂。目前，國內外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。長期穩定性測試方法和要求的差異會導致CR檢測質量不一。國內長期穩定性測試的器材、方法主要沿用國外的成熟經驗，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系統長期穩定性標準要求對比

2.1 現行標準

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(設備穩定性測試)。

為確保用戶保持檢測的長期穩定性，GB/T 21356標準對掃描器或IP系統對成像質量的影響進行了評價，該標準是直接針對工業CR用戶提供的，用于定期評價設備系統的適用性?，F行標準中，ASTM的測試要求發布時間較早，版本更新較為及時，使用經驗比較豐富。

2.2 測試試塊

目前主流的CR長期穩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的靈敏度等級劃分，其相對于歐標和國內標準分類更加合理，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 各標準長期穩定性測試項目一覽表

E 2445標準將用戶長期穩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系統的不清晰度在實際檢測的固有不清晰度中占比較小，系統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，穩定性測試(定期控制)由10個項目組成，用于系統的長期穩定性控制。

GB/T 21356標準規定的長期穩定性測試亦由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定。

3 ASTM標準對CR系統長期穩定性測試的要求

3.1 推薦的透照布置

長期穩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，透照布置參數包括管電壓、電流、焦距等。E 2445標準具體透照布置推薦參數如表2所示(記預計使用電壓為x)，表中第一組參數在管電壓大于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

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

為了監測CR 系統穩定性成像，應考慮實際檢測頻率和長期穩定性測試周期。E 2445推薦的CR檢測系統長期穩定性測試間隔時間為3個月，客戶也可按照設備系統完整性和內部質量體系控制要求進行長期穩定性測試規劃。

4 結語

(1) 現行CR系統長期穩定性測試標準中，ASTM的測試要求發布時間較早，使用經驗比較豐富。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。