GB/T 35394-2017 无损检测 X射线数字成像检测 系统特性

　　ICS 19 . 100 J 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 35394—2017

　　无损检测

　　X射线数字成像检测 系统特性

　　Non-destructivetesting—

　　X-raydigitalradiography—System properties

　　2017-12-29 发布 2018-04-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 35394—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC 56)提出并归口 。

　　本标准起草单位：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所、兰州瑞奇戈德测控技术有限公司、中国特种设备检测研究院、中信戴卡股份有限公司、杭州华安无损检测技术有限公司、中国兵器科学研究院宁波分院、湖北三江航天江北机械工程有限公司、苏州工业园区道青科技有限公司、上海材料研究所、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、烟台华科检测设备有限公司、重庆大学、清华大学、中航工业北京航空制造工程研究所、成都华宇检测科技有限公司、成都飞机工业(集团)有限责任公司、南德认证检测(中国)有限公司上海分公司、广东盈泉高新材料有限公司。

　　本标准主要起草人：孙朝明、孙忠诚、梁丽红、刘军、张利明、倪培君、王晓勇、陶维道、丁杰、孟令庆、王建华、段晓礁、肖永顺、宋震方、唐良明、杨扬、刘二军、曾祥照。

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　　无损检测

　　X射线数字成像检测 系统特性

　　1 范围

　　本标准规定了 X射线数字成像系统的设备要求和测定条件以及线性范围、基本空间分辨率、最小许可灰度幅值、对比度灵敏度、厚度宽容度和曝光曲线的测定方法。

　　本标准适用于金属材料、非金属材料、复合材料等制品 X射线数字成像检测设备的性能测定。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 12604 . 11 无损检测 术语 X射线数字成像检测

　　GB/T 23901 . 5 无损检测 射线照相底片像质 第 5 部分：双线型像质计 图像不清晰度的测定GB/T 35388 无损检测 X射线数字成像检测 检测方法

　　GB/T 35389 无损检测 X射线数字成像检测 导则

　　3 术语和定义

　　GB/T 12604 . 11 界定的术语和定义适用于本文件。

　　4 符号

　　表 1 所列符号适用于本文件。

　　表 1 符号与说明

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　　表 1(续)

　　5 设备要求

　　5 . 1 射线源

　　5 . 1 . 1 具有足够高的能量和功率，以保证射线穿透被测物体后探测器能够获得足够的灰度值。

　　5 . 1 . 2 工作参数具有一定的稳定性，避免检测图像出现闪烁或明显的干扰条纹。

　　5 . 1 . 3 具有射线焦点尺寸和形状的测定报告并注明其所按照的相关标准。

　　5 . 2 探测器

　　5 . 2 . 1 探测器模/数(A/D)转换器的位数应不低于 12 bit。

　　5 . 2 . 2 坏像素的定义和表现形式见附录 A。 有关坏像素的规定：

　　a) 面阵列探测器中不得存在集群核像素;

　　b ) 面阵列探测器的成行(成列)坏像素不得超过 3 个，且不得位于距离中心位置 200 像素以内;

　　c) 采用拼接工艺制造的探测器，拼接间距不得超过一个像素的距离;

　　d) 线阵列探测器中，相连的坏像素不准许超过 2 个 ;

　　e) 所有坏像素之和不得超过探测器总像素的 1%。

　　5 . 3 显示器

　　5 . 3 . 1 图像显示器应满足以下要求：

　　a) 像素数目宜与探测器像素数目相匹配，像素尺寸小于 0 . 25 mm;

　　b ) 最大亮度不低于 250 cd/ m2 ;

　　c) 显示灰度级不小于 8 bit;

　　d) 显示对比度不低于 500 ∶ 1 。

　　5 . 3 . 2 使用测试图像检测显示系统的特性并达到相关要求，参见附录 B。

　　6 测试条件

　　6 . 1 双线型像质计

　　采用符合 GB/T 23901 . 5 规定的双线型像质计。

　　6 . 2 阶梯试块

　　使用附录 C规定的阶梯试块。

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　　6 . 3 滤板

　　6 . 3 . 1 选用适当材料和厚度的滤板放置在射线窗出口，减小软射线对测量结果的影响。

　　6 . 3 . 2 滤板材料：铝板的牌号为 6061,铜板的牌号为 T2,钢板的牌号为 06Cr19Ni10。

　　6 . 4 要求

　　6 . 4 . 1 射线源与探测器的间距宜控制在 700 mm~1 000 mm 范围内。

　　6 . 4 . 2 探测器应进行坏像素校正、本底校正和响应不一致性校正。

　　6 . 4 . 3 采用多焦点或可变焦点射线源时，应注明使用的实际焦点尺寸。

　　7 线性范围

　　7 . 1 测定方法

　　7 . 1 . 1 除滤板外，射线机管头至探测器之间不能放置任何物体。

　　7 . 1 . 2 设置探测器帧速并选择合适的管电压，测量过程中保持不变。

　　7. 1 .3 从 0 mA 开始，以 0.01 mA~0.20 mA 为增量，调节管电流改变曝光量。

　　7 . 1 . 4 使用图像分析处理软件测量特定图像区域的灰度平均值。

　　7 . 1 . 5 从最小曝光量(灰度最小值)到最大曝光量(接近满幅值)的测量点数不少于 30 。

　　7 . 1 . 6 记录每个测量点的管电流和测定的灰度平均值。

　　7 . 2 计算方法

　　7 . 2 . 1 探测器输出图像曝光量计算方法，见式(1) :

　　犐

　　犈 ………………( 1 )

　　式中：

　　犈 —单帧曝光量，单位为毫安秒(mA · s ) ;

　　fps —探测器的帧速，每秒的输出帧数;

　　犐 —管电流大小，单位为毫安(mA) 。

　　7 . 2 . 2 不同曝光条件下，特定图像区域灰度幅值计算，见式(2) :

　　犇 ………………( 2 )

　　式中：

　　犇 — 灰度幅值;

　　GVmean — 特定区域图像灰度平均值;

　　GVmax — 探测器可输出的最大灰度值。

　　7 . 3 测量结果

　　7 . 3 . 1 以曝光量 犈 为横坐标，信号幅值 犇 为纵坐标。

　　7 . 3 . 2 利用曲线拟合法对测量数据进行平滑处理，制作 犇-犈 曲线，见图 1 。

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　　图 1 D-E 曝光响应曲线示意

　　7 . 3 . 3 在 D-E 曲线中，标注线性响应区域，表示为：D1~D2。

　　7 . 3 . 4 在实际检测过程中，检测图像有效评定区域内的灰度幅值应控制在 D1~D2 范围内。

　　8 基本空间分辨率

　　8 . 1 测量方法

　　8 . 1 . 1 采用双线型像质计测量基本分辨率。

　　8 . 1 . 2 根据检测系统选择滤板：

　　a) 高能射线检测系统，选用厚度为 4 mm 的铜滤板或 8 mm 的钢滤板;

　　b ) 检测厚度大于 20 mm 的铜或钢的检测系统，测量时使用 220 kV管电压，选用厚度为 2 mm铜滤板;

　　c) 检测厚度不大于 20 mm 的铜或钢的检测系统，测量时使用 160 kV 管电压，选用厚度为 1 mm的铜滤板;

　　d) 检测铝镁等轻合金材质的射线检测系统，测量时使用 90kV 管电压，选用厚度为 1 mm 的铝滤板。

　　8 . 1 . 3 调节管电流值，使得背景图像灰度值位于 7 . 3 . 3 规定的线性范围内。

　　8 . 1 . 4 除坏像素校正、本底校正和响应不一致性校正外，不得使用其他图像处理。

　　8 . 1 . 5 当基本空间分辨率超出双线型像质计测量范围时，可使用其他特定的测量方法但需要说明。

　　8 . 2 测量程序

　　8 . 2 . 1 双线型像质计放置在探测器表面，与探测器的行(列)倾斜角度为 2°~5°。

　　8 . 2 . 2 调节射线源至探测器的距离，控制几何不清晰度值小于像素尺寸的 5%。

　　8 . 2 . 3 使用图像分析处理软件进行计算与分析。 应在像质计长度方向中心区域 60%范围内进行分析，如图 2 所示。 分析区长度应横跨所有的线对，宽度为一条线。 为消除误差提高可靠性，分析区宽度也可选择多条线。

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　　图 2 双线型像质计影像

　　8 . 2 . 4 按式(3)计算线对的调制度，相应的参数如图 3 所示：

　　Dip = 犃 2犆 × 100% ………………( 3 )

　　图 3 调制度计算示意

　　8 . 2 . 5 将各线对的调制度计算结果进行图形化显示并标注测量值，如图 4 所示。

　　图 4 线对的调制度计算结果示意

　　8 . 2 . 6 采用二次曲线拟合的方法获得调制度与丝径间的关系曲线，见图 5 。

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　　图 5 调制对比度与线径的关系曲线示意

　　8 . 2 . 7 调制度为 20%时所对应的丝径值规定为探测器基本空间分辨率，表示为：SRb 。示例： 图 5 所示的曲线，经插值得到 20%调制度时对应的值为 66 μm。

　　8 . 2 . 8 探测器基本空间分辨率相当于探测器的有效像素尺寸，一般都大于或等于像素尺寸。 如测量值小于像素尺寸，结果无效。

　　9 最小许可灰度幅值

　　9 . 1 测量方法

　　9 . 1 . 1 使用附录 C规定的 3 种材质的阶梯试块。

　　9 . 1 . 2 试块宜放置在具有最佳几何放大倍数的位置。 最佳几何放大倍数按照 GB/T 35389 的相关规定进行计算。

　　9 . 1 . 3 如果探测器有效区域不能覆盖整个试块可进行多次成像直至包含试块的全部区域。

　　9 . 1 . 4 使用 160 kV管电压和 0 . 5 mm厚度铜滤板。 如果射线管电压低于 160 kV,应使用其最大值。

　　9 . 1 . 5 调节管电流(mA),使得试件最薄厚度部位的信号幅值最大但不饱和。

　　9 . 1 . 6 曝光时间分别达到 1 s 、4 s 、16 s 、64 s,使用积分或帧平均的方法降低图像噪声。

　　9 . 2 归一化信噪比计算

　　9 . 2 . 1 按 GB/T 35388 的相关规定设置测定区域。

　　9 . 2 . 2 使用图像分析处理软件测量规定区域的归一化信噪比。 计算方法按 GB/T 35389 的相关规定。

　　9 . 2 . 3 在采集图像中，分别测定各个阶梯基体的归一化信噪比。 计算过程见图 6 。

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　　图 6 信噪比计算及归一化处理示意

　　9 . 3 测量结果

　　9 . 3 . 1 以灰度幅值为横坐标，归一化信噪比为纵坐标。 利用曲线拟合法对测量数据进行平滑处理，然后绘制归一化信噪比-灰度幅值曲线。

　　9 . 3 . 2 宜将不同参数(如曝光时间等)条件下的测量结果绘制在一张图上便于比较和使用。

　　9 . 3 . 3 按照 GB/T 35388 规定的成像技术等级、不同材质要求的归一化信噪比作为确定最小许可灰度幅值的确定依据，将其对应的灰度值与满幅值之比规定为最小许可灰度幅值，用百分数表示为 GVmin 。

　　示例： 以图 7 为例，当要求的信噪比 SNRN = 150 时，曝光时间为 1 s 时图像质量无法满足;曝光时间为 8 s 时，最小许可灰度幅值( GVmin ) 需要达到 68%的满幅值;曝光时间为 16 s 时，最小许可灰度幅值需要达到 32%的满幅值;曝光时间为 32 s 时，最小许可灰度幅值只需要达到 14%的满幅值。

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　　图 7 归一化信噪比-灰度幅值曲线示意

　　9 . 3 . 4 检测表面粗糙、带有曲率和厚度变化大的物体时，图像质量可以通过测量图像的灰度幅值来判定 。 当检测图像的灰度幅值达到或超过最小许可灰度幅值时，方可进行图像评定。

　　10 对比度灵敏度

　　10 . 1 测量方法

　　使用与 9 . 1 相同的测量方法。

　　10 . 2 计算方法

　　10 . 2 . 1 阶梯沟槽区域的检测图像，见图 8 。

　　图 8 阶梯凹槽区域示意

　　10 . 2 . 2 针对每一个阶梯厚度，分别计算 3 个区域内的灰度平均值和标准偏差。

　　10 . 2 . 3 按 GB/T 35388 的相关规定设置测定区域。 当像素尺寸超过 0 . 25 mm 时，最小的测定区域不能低于阶梯区域面积的 5%。

　　10 . 2 . 4 针对沟槽(5%) 的对比度噪声比计算，见式(4) :

　　………………( 4 )

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　　式中：

　　GV1 — 区域 1 内的灰度平均值;

　　GV3 — 区域 3 内的灰度平均值;

　　G犞2 — 区域 2 内的灰度平均值;

　　σ1 — 区域 1 内的灰度标准偏差;

　　σ3 — 区域 3 内的灰度标准偏差。

　　10 . 2 . 5 对比度灵敏度 CSa 计算，见式(5) :

　　………………( 5 )

　　10 . 3 测量结果

　　10 . 3 . 1 测量结果用曲线图表示，见图 9 。

　　图 9 对比度灵敏度示意

　　10 . 3 . 2 本标准规定的对比度灵敏度( CSa ) 测量方法，仅用于对探测器的检测特性进行评估。

　　10 . 3 . 3 测量结果与检测物体时通过线型或孔型像质计得到的结果没有等效性，二者不能相互替代。

　　1 1 厚度宽容度

　　1 1 . 1 测量方法

　　按 9 . 1 规定的测量方法。

　　1 1 . 2 归一化信噪比计算

　　按 9 . 2 规定的程序计算。

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　　1 1 . 3 结果

　　1 1 . 3 . 1 每种材质的测量结果以曲线图来表示，见图 10 。

　　图 10 厚度宽容度测试结果示意(Al)

　　1 1 . 3 . 2 按 GB/T 35388 的相关规定，选择成像技术级别和材质对应的 SNRN 值作为判定厚度宽容度的依据。

　　示例： 以图 10 所示为例，A 级成像技术的 SNRN 限值为 70,则在探测器曝光时间为 1 s 时，透照厚度宽容度为 10 mm~58 mm;取 B级成像技术的 SNRN 限值为 140,则在探测器曝光时间为 1 s 时，厚度宽容度为 10 mm~34 mm。

　　1 1 . 3 . 3 厚度宽容度决定了探测器一次曝光可检测的有效厚度范围。

　　12 曝光曲线

　　12 . 1 曝光曲线

　　X射线数字成像检测系统推荐采用以管电压(kV)为参数的曝光曲线。 纵坐标是曝光量，单位是毫安秒(mA · s);横坐标是透照厚度，单位是毫米(mm) 。

　　12 . 2 条件设定

　　12 . 2 . 1 采用附录 C规定的阶梯试块作为基准试块。 为扩大厚度范围，可增加一定数量的同质材料垫板 。在射线穿透能力允许的条件下，厚度范围应涵盖实际检测时的工件厚度范围。

　　12 . 2 . 2 按照 GB/T 35388 的相关规定选择成像技术的级别、射线源至探测器距离、射线源至试块的距离等参数。

　　12 . 2 . 3 按照 7 . 3 的规定选用滤板，将滤板放置在射线窗口位置。

　　12 . 2 . 4 选择射线源焦点。

　　12 . 2 . 5 选定射线探测器增益、帧速(fps)或曝光时间。

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　　12 . 2 . 6 选定图像积分次数。

　　12 . 2 . 7 通过改变管电流(mA)值调节曝光量。

　　12 . 3 测量方法

　　12 . 3 . 1 射线中心束指示线垂直对准阶梯试块的中心部位。

　　12 . 3 . 2 选择可适用的最大管电压(kV) 和管电流(mA)进行透照成像，通过改变垫板的厚度使得厚度最小的阶梯影像的灰度值接近线性区域的最大值(D2) 。

　　12 . 3 . 3 按照积分次数采集降噪图像，获得阶梯试块影像。 采集图像应包含所有的阶梯厚度，若因探测器有效区大小原因不能在一幅图像中包含，则应增加图像采集次数。

　　12 . 3 . 4 从厚度最大的阶梯开始，针对每一个阶梯厚度分别计算图 8 所示两个基体区域内的灰度平均值和灰度标准偏差，然后计算出各阶梯的信噪比 SNR,然后使用 SRb 进行归一化处理计算 SNRN 。

　　12 . 3 . 5 记录 SNRN 值达到规定值的最厚阶梯厚度，作为成像检测系统的最大透照厚度。

　　12 . 3 . 6 以一定步距(比如 1 mA) 降低管电流，重复 12 . 3 . 3~12 . 3 . 5 的步骤，获得其他曝光量的最大透照厚度值。

　　12 . 3 . 7 将最高管电压下，改变曝光量所测量的最大厚度值并记录。

　　12 . 3 . 8 以一定幅度降低管电压(kV),重复 12 . 3 . 3~12 . 3 . 7 的步骤得到不同管电压下的最大厚度值并记录。

　　12 . 4 绘图

　　12 . 4 . 1 将同一个管电压条件下，采用不同曝光量记录的最大厚度值采用直线拟合法绘图。

　　12 . 4 . 2 X射线数字成像系统的曝光曲线式样，见图 11 。

　　12 . 4 . 3 曝光曲线的纵坐标单位为 mA · s。 为了方便使用，当探测器帧速不改变时也可直接标注成管电流值 mA。

　　12 . 4 . 4 设定条件的任意一个参数改变时，曝光曲线需要重新制作。

　　图 1 1 成像检测系统曝光曲线示意

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　　12 . 5 使用

　　曝光曲线用于成像检测系统的最大透照厚度判断和选择检测曝光参数。

　　13 记录和报告

　　13 . 1 测试记录

　　13 . 1 . 1 系统参数

　　包括射线源、探测器、测量器具和软件分析工具的详细技术数据。

　　13 . 1 . 2 测量参数

　　包括所有的射线透照参数：管电压、管电流、滤板厚度和材质、焦点尺寸、射线源至探测器距离、射线源至试件距离、探测器增益、探测器帧速等任何可能影响测定结果的参数。

　　13 . 2 测试报告

　　13 . 2 . 1 应以表格、图示和文字的方式对各项性能参数进行详细表述并存档。 包括测定人员、资质、测定日期、报告日期等信息。

　　13 . 2 . 2 测试结果制作成简单图表，悬挂于成像检测系统的醒目位置。

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　　附 录 A

　　(规范性附录)

　　探测器中的坏像素和像素缺失

　　A.1 坏像素类型

　　A.1 . 1 死像素

　　对于射线辐射无响应或者对于射线辐射的响应为某个固定值的像素。

　　A.1 . 2 过响应像素

　　在一个最小为 21 像素× 21 像素的区域内，如果像素的灰度值高于区域平均值的 1 . 3 倍，则称为过响应像素。

　　A.1 . 3 欠响应像素

　　在一个最小 21 像素× 21 像素的区域内，如果像素的灰度值低于区域平均值的 0 . 6 倍，则称为欠响应像素。

　　A.1 . 4 噪声像素

　　无射线照射的情况下连续采集 30 到 100 幅图像，如果序列图像中的某一像素的标准偏差高于整个探测器像素的标准偏差的平均值的 6 倍，则称为噪声像素。

　　A.1 . 5 非均匀像素

　　在测试图像的平均灰度值超过探测器线性范围的 75%条件下，在 9 × 9 邻域内像素值超过平均值

　　±1%的像素。

　　A.1 . 6 延迟像素

　　在射线关闭前得到的最后一幅图像中，在 9 × 9 邻域内像素值超过平均值 2 倍的像素。

　　A.1 . 7 邻域型坏像素

　　在 3 × 3 邻域内，8 个邻域像素均为坏像素的像素。

　　A.2 探测器坏像素的表现形式

　　A.2 . 1 孤立坏像素

　　在 3 × 3 邻域内，所有邻域像素均为完好像素的坏像素。

　　A.2 . 2 集群坏像素

　　相连的两个或两个以上的坏像素称为集群坏像素。 在 3 × 3 邻域内，如果像素邻域内完好像素少于5 个，则称为集群核像素(CKP) 。如果集群坏像素中没有集群核像素，则坏像素是可以校正的，称为非相关型的集群坏像素。 如果集群坏像素中存在集群核像素，可称为相关型的集群坏像素。

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　　A.2 . 3 成行坏像素

　　成行的坏像素是一种特殊形式的非相关型集群坏像素，是指有 10 个以上的坏像素以直线形式(行或列)相连，直线中存在邻域坏像素的比例不超过 10%。 如果在成行坏像素的直线末端存在有 CKP,则应进行区分标识，如图 A. 1 所示。

　　图 A.1 应区分标识的 CKP

　　A.2 . 4 平板探测器中的坏像素

　　平板探测器中坏像素的存在类型如图 A. 2 所示。

　　图 A.2 平板探测器坏像素的存在类型

　　A.2 . 5 线阵列探测器中的坏像素

　　线阵列探测器中的坏像素存在类型如图 A. 3 所示。

　　图 A.3 线阵列坏像素形态

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　　A.3 探测器像素缺失

　　A.3 . 1 产生原因

　　线阵列探测器和部分平板探测器由于受图像传感器阵列制造技术的限制，有时候会采用拼接技术来制造具有较大有效成像区域的探测器。 拼接模块之间不可避免地会存在一定尺寸的空间距离，当该距离超过一个像素尺寸时，相当于探测器失去了对物体上对应的一行或一列的细节探测，而这种情况并不包括在 A. 1 定义的坏像素和 A. 3 呈现的聚集类型的范围内。

　　A.3 . 2 像素缺失的表现形式

　　探测器像素缺失有两种表现形式，分别如图 A. 4、图 A. 5 所示。

　　图 A.4 列丢失

　　图 A.5 行丢失

　　A.3 . 3 像素缺失的测试

　　加工制作具有 ±45°线条的网格测试体可以测试探测器的行或列丢失情况。

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　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　图像显示系统的校验图像

　　B.1 作用

　　校验图像用于测试 X射线数字成像检测系统对灰度图像的对比度显示能力。

　　B.2 校验图像

　　B.2 . 1 校验图像具有 4 个亮度区域，各区域大小均为 200 × 200 像素，拼接后水平排列，如图 B. 1 所示。

　　图 B.1 校验图像

　　B.2 . 2 区域内的基本灰度值分别为探测器饱和值的 20%、40%、60%和 80% 。

　　B.2 . 3 靠近每个区域的中心位置从上至下对称排列 2 个对比度校对模块，大小为 50 × 50 像素，中心间距为 50 像素。 校对模块分别与区域内的基本灰度值形成一定的对比度。

　　B.2.4 在 20%、40%、60%、80%的区域，校对模块与所在区域的对比度分布为：±4%、±2%、± 1.33%和 ±1% 。

　　B.2 . 5 校验图像与检测图像格式和位数相同，成像软件可以浏览。

　　B.3 测量要求

　　B.3 . 1 未经过图像处理时，可清晰的观察到至少 3 个区域内的对比度模块。

　　B.3 . 2 经图像处理后，可同时看到 4 个区域内的对比度模块。

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　　附 录 C

　　(规范性附录)

　　阶梯试块

　　C.1 用途

　　阶梯试块用于对比度灵敏度、厚度宽容度和曝光曲线的测定。

　　C.2 结构示意图

　　阶梯试块结构示意图如图 C. 1 所示。

　　图 C.1 阶梯试块结构图

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　　C.3 阶梯试块的材质和尺寸

　　阶梯试块的材质及尺寸要求如表 C. 1 所示。

　　表 C.1 不同材料的阶梯试块的尺寸