數(shù)字探測器陣列X射線成像檢測設(shè)備試驗研究

堵澄花 朱建平 趙 洋

（1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院常州分院 江蘇常州 2.查特深冷工程系統(tǒng)常州有限公司 江蘇常州）

數(shù)字探測器陣列（DDA，Digital Detector Array）X射線成像檢測（DR，Digital Radiography）是一種新興的先進(jìn)檢測技術(shù)，利用探測器代替膠片具有很大的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)在醫(yī)療、航空、汽車等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，在焊縫缺陷檢測領(lǐng)域也在逐步推廣。但我國在承壓設(shè)備行業(yè)尚無正式發(fā)行數(shù)字成像檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的檢測技術(shù)還不夠成熟，對設(shè)備系統(tǒng)的選型無法借鑒。因此，制定標(biāo)準(zhǔn)并運用該技術(shù)投入到生產(chǎn)制造中去，必須完成許多技術(shù)試驗，對該技術(shù)的設(shè)備選型和檢測系統(tǒng)性能驗證是很重要的。

對國內(nèi)外數(shù)字成像的研究現(xiàn)狀和發(fā)展情況以及有關(guān)理論和試驗研究進(jìn)行了調(diào)研，同時選擇購置了DR設(shè)備系統(tǒng)，通過現(xiàn)場試驗掌握了系統(tǒng)使用方法，對系統(tǒng)特性進(jìn)行了驗證。在試驗研究的基礎(chǔ)上，參考國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.11《承壓設(shè)備無損檢測第11部分：X射線數(shù)字成像檢測》報批稿和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 17636-2《焊縫無損檢測-射線檢測第2部分：采用數(shù)字探測器的X和γ射線照相技術(shù)》。

結(jié)合生產(chǎn)制造產(chǎn)品的檢測要求，由YXLON公司集成商提供的整套系統(tǒng)設(shè)備，針對碳鋼和不銹鋼材料的工件開展了DR檢測設(shè)備系統(tǒng)性能試驗和研究。

一、試驗設(shè)備與系統(tǒng)選型

試驗用的射線源為德國YXLON公司雙焦點高頻恒電位射線機，型號為MG325。DDA為美國PerkinElmer公司非晶硅和CMOS的兩種面陣列探測器，型號XRD 0822 AP和CMOS 1512。系統(tǒng)軟件為德國YXLON公司Y.Image3500-D專業(yè)版射線數(shù)字成像信息管理系統(tǒng)。

具體指標(biāo)：射線機焦點尺寸0.4/1.0 mm，最高管電壓320 kV，最高管電流22.5 mA，最大功率0.8 kW和1.8 kW(小/大焦點)。DDA像素尺寸200/75 μm，DDA灰度等級16/14 bit，DDA成像最大區(qū)域（204.8×204.8/145×115）mm。系統(tǒng)軟件具有運動控制、圖像采集、處理、存儲和文件管理等功能。

二、試驗內(nèi)容

依據(jù)相關(guān)教材和標(biāo)準(zhǔn)確定DR技術(shù)性能指標(biāo)為系統(tǒng)分辨率（系統(tǒng)固有不清晰度）、圖像分辨率（圖像不清晰度）、圖像靈敏度。

三、試驗過程及結(jié)果

1.系統(tǒng)分辨率和系統(tǒng)固有不清晰度

（1）將雙線型像質(zhì)計緊貼在DDA表面中心區(qū)域上，應(yīng)與DDA的行或列成2°～5°，按如下工藝條件進(jìn)行透照，并在計算機上成像。①X射線的焦點至DDA輸入屏表面的距離≥700 mm；②焦點選擇0.4/1.0 mm，管電壓≤50 kV和管電流≤2 mA，保證圖像具有合適的亮度和對比度。

（2）在顯示屏上觀察雙線型像質(zhì)計的影像，觀察到金屬絲剛好分離的一組線對時，則該組線對所對應(yīng)的值即為系統(tǒng)分辨率。

（3）試驗結(jié)果。0822 DDA系統(tǒng)分辨率為D7（0.2 mm），系統(tǒng)固有不清晰度為 0.4 mm；1512 DDA系統(tǒng)分辨率為 D10（0.1 mm），系統(tǒng)固有不清晰度為0.2 mm。試驗圖像見圖1、圖2。

圖1 系統(tǒng)分辨率（0822）

圖2 系統(tǒng)分辨率（1512）

2.圖像分辨率和圖像不清晰度

（1）選擇射線源焦點尺寸（0.4×0.4）mm，0822 DDA，工件至探測器的距離80 mm，分別對厚度為3.5 mm、5 mm、10 mm、20 mm、30 mm的鋼板進(jìn)行測試。試驗結(jié)果圖像分辨率為D8（0.16 mm），圖像不清晰度為0.32 mm。試驗圖像見圖3～圖7。

圖3 圖像分辨率（0822）

圖4 圖像分辨率（0822）

圖5 圖像分辨率（0822）

圖6 圖像分辨率（0822）

圖7 圖像分辨率（0822）

圖8 3.5 mm圖像分辨率（1512）

（2）選擇射線源焦點尺寸（0.4×0.4）mm，1512 DDA，工件至探測器的距離80 mm，分別對厚度為3.5 mm、5 mm、10 mm的鋼板進(jìn)行測試。試驗結(jié)果圖像分辨率厚度3.5 mm、5 mm為D11（0.08 mm），10 mm為D10（0.1 mm），圖像不清晰度值分別為0.16 mm、0.2 mm。試驗圖像見圖8～圖10。

3.圖像靈敏度

（1）選擇射線源焦點尺寸（0.4×0.4）mm，0822 DDA，工件至探測器的距離b為80 mm，分別對厚度為3.5 mm、5 mm、10 mm、20 mm、30 mm的鋼板進(jìn)行測試。試驗結(jié)果圖像靈敏度分別為16#、16#、15#、14#、12#。試驗圖像見圖11～圖15。

圖9 5 mm圖像分辨率（1512）

圖10 10 mm圖像分辨率（1512）

圖11 3.5mm圖像靈敏度（0822）

圖12 5 mm圖像靈敏度（0822）

圖13 10 mm圖像靈敏度（0822）

圖14 20 mm圖像靈敏度（0822）

圖15 30 mm圖像靈敏度（1512）

圖16 3.5mm圖像靈敏度（1512）

圖17 5 mm圖像靈敏度（1512）

圖18 10 mm圖像靈敏度（1512）

（2）選擇射線源焦點尺寸（0.4×0.4）mm，1512 DDA，工件至探測器的距離b為80 mm，分別對厚度為3.5 mm、5 mm、10 mm的鋼板進(jìn)行測試。試驗結(jié)果圖像靈敏度分別為16#、16#、14#。試驗圖像見圖16～圖18。

四、結(jié)論

從以上試驗結(jié)果，可得結(jié)論：DDA具有信噪比高、對比靈敏度高，但系統(tǒng)空間分辨率差，不清晰度遠(yuǎn)大于膠片。像素尺寸的大小對固有不清晰度有著很大的影響，應(yīng)盡量選擇像素尺寸較小的DDA。

像素尺寸越大，吸收射線劑量越高。本次試驗使用的非晶硅XRD 0822和COMS 1512 DDA，前者可以在20 kV～15 MV能量范圍內(nèi)工作，后者只能在20 kV～225 kV射線能量范圍內(nèi)工作。可見選擇像素尺寸較小的DDA有很大的局限性。因此在實際檢測應(yīng)用DR技術(shù)時需考慮兩種DDA，前者使用檢測中厚板，后者使用檢測薄板，其性能可滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過試驗驗證和研究，該檢測系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的，是可以滿足國內(nèi)的行業(yè)報批稿的要求。通過試驗熟悉了與數(shù)字成像技術(shù)相關(guān)的知識，掌握了數(shù)字成像系統(tǒng)軟件的操作方法，為后續(xù)數(shù)字成像檢測技術(shù)開展各項試驗和運用奠定了基礎(chǔ)。