2.7 射线检测的像质计与线对卡

2.7.1 像质计概述

像质计（像质指示器，透度计）是测定射线检测图像质量的器件。像质计与工件同时透照，依据在检测图像上显示的像质计的细节影像，判定检测图像的质量。从而评定射线检测技术及其缺陷检测能力等。

在工业射线检测技术中，目前最广泛使用的像质计主要是：丝型像质计、阶梯孔型像质计、平板孔型像质计、双丝型像质计。前面三种用于测定检测图像的射线检测灵敏度，主要是测定检测图像的厚度（或密度）对比度，一般称为常规像质计。双丝型像质计用于测定检测图像的不清晰度（空间分辨力），是一种特殊类型的像质计。

像质计的核心结构是设计的特定细节形式，如丝、孔、槽等。制作常规像质计（丝型像质计、阶梯孔型像质计、平板孔型像质计）的材料，应与被检验工件相同或相似。即对射线吸收具有相同或相似的性能。制作双丝型像质计应采用规定的、具有高吸收系数的材料。像质计的特定细节尺寸有严格限定要求。

2.7.2 常规像质计

1.丝型像质计

丝型像质计是国内外使用最多的像质计。它结构简单、易于制作，已被世界各国广泛采用，国际标准化组织也将丝型像质计纳入其制订的标准中。丝型像质计的形式、规格已基本统一。丝型像质计主要应用在金属材料。

丝型像质计的基本设计样式如图2-28所示。它的细节形式是丝，基本结构是平行排列的金属丝封装在射线吸收系数很低的透明材料中。每个像质计中封装7根金属丝，金属丝的材料应与被透照工件材料相同或相近，金属丝的直径和长度应符合规定要求。丝的直径，多数国家采用的都是公比为（近似为1.25）的等比数列中的一个优选数列。

多数国家标准规定丝型像质计的基本材料为钢（Fe）、铜（Cu）、钛（Ti）、铝（Al），丝型像质计分为以下四组。

1）W1：由1～7号丝构成。

2）W6：由6～12号丝构成。

3）W10：由10～16号丝构成。

4）W13：由13～19号丝构成。

在像质计的上方配备一定的标志。标志由数字和说明字母组成。数字为该像质计7根金属丝中直径最大丝的编号，说明字母给出金属丝的材料和像质计的标准代号。例如，标志为“10FEJB”表示的是：

1）丝型像质计的材料为钢（Fe）。

2）该丝型像质计中封装的是编号为10～16号金属丝。

3）最粗金属丝的编号为10（直径为0.40mm）。

4）其是我国机械行业标准的丝型像质计。

丝型像质计以可识别的直径最小的丝判定达到的灵敏度值，或称为像质值（图像质量值）。

丝型像质计的具体设计见GB/T 23901.1（ISO 19232-1）标准。

应注意的是，美国材料试验学会标准（ASTM E747）关于丝型像质计的结构、材料分组给出了不同的设计。

2.阶梯孔型像质计

阶梯孔型像质计的基本结构是在阶梯块上钻直径等于阶梯厚度的通孔，孔应垂直于阶梯表面、不做倒角。典型的设计如图2-29所示。为了克服小孔识别的不确定性，常在薄的阶梯上钻上两个孔。

与丝型像质计一样，阶梯孔型像质计的材料应与被检工件的材料相同或相近。关于阶梯厚度、宽度、孔径等尺寸可参考欧洲有关标准的规定。目前阶梯孔型像质计也分为四组，即H1、H5、H9、H13。

阶梯孔型像质计以可识别的直径最小的孔判定达到的灵敏度值，或称为像质值（图像质量值）。

阶梯孔型像质计的具体设计见GB/T 23901.2（ISO 19232-2）标准。

3.平板孔型像质计

在美国广泛使用一种特殊形式的像质计（也称为透度计），这就是平板孔型像质计。可以认为它是一种特殊的阶梯孔型像质计。

平板孔型像质计是在均匀厚度的平板上钻上三个通孔，如果板的厚度为T，则三个孔的直径分别为1T、2T、4T，1T孔位于中间。板厚应选为透照厚度的1%、2%或4%，板的材料应与被透照工件的材料相同或相近。平板孔型像质计的典型样式如图2-30所示。图中矩形设计适于较小透照厚度，圆形设计适于较大透照厚度。图2-31是部分平板孔型像质计的实物图。

像质计标准中规定，对于小厚度范围，即编号不大于10的平板孔型像质计（厚度不大于0.254mm），无论平板孔型像质计的板厚为多少，像质计上面的孔直径一律为：1T孔直径为0.254mm（0.010in）；2T孔直径为0.508mm（0.020in）；4T孔直径为1.016mm（0.040in）。

可见，对于小厚度的平板孔型像质计，其孔径不遵守一般的设计要求。

对于平板孔型像质计，以“n1-n2T”方式规定灵敏度级别，其中n1是以透照物体厚度的百分数表示的像质计板厚，n2是应识别的最小孔径为像质计板厚T的倍数。一般说（不考虑很小厚度情况），对于平板孔型像质计，n1、n2都只取1、2或4。

对于平板孔型像质计，还定义了一个特殊的射线照相灵敏度，即等价像质计灵敏度，一般简称为EPS灵敏度。该灵敏度的定义是：在与“n1-n2T”质量级别相同的透照技术下，2T孔为可识别的最小孔时的平板孔型像质计板厚与透照工件厚度的百分比。按EPS灵敏度定义，对任意“n1-n2T”灵敏度级别，则应有

式中 T——平板孔型像质计板厚（mm）；

H——识别的平板孔型像质计上的孔径（mm）。

部分不同灵敏度级别的等价像质计灵敏度值见表2-3。

2.7.3 双丝型像质计（*）

双丝型像质计是一种特殊的像质计，它只用于测定射线检测图像的不清晰度（测定检测图像的空间分辨力）。

1.双丝型像质计的样式和结构

双丝型像质计的结构如图2-32所示，图2-33是双丝型像质计的实物图片，它的基本结构是以一定间距平行放置的13个丝对（或更多丝对）。像质计中的丝对由直径相等、丝的间距等于丝的直径的两根丝组成。这样的一系列不同直径的丝对按一定间距封装起来，并加上适当的标记构成了双丝型像质计。丝的材料应是铂、钨等对射线具有高吸收特性的物质，丝径的值和允许的偏差都有严格的规定。表2-4列出的是有关标准中对双丝型像质计的尺寸和对应的不清晰度值的规定。

注：不同的标准中，关于丝径、间距、对应的不清晰度的值等规定与表中相同，但对单元号的规定可能不同。

关于双丝型像质计的具体设计见GB/T 23901.5（ISO 19232-5）标准。

在ASTM E2002：2015中，对需要高清晰度测定时给出了15个丝对的双丝型像质计设计（基本是增加两个更细直径丝对），也允许采用更多丝对设计的双丝型像质计。新扩展出的丝对基本要求见表2-5。

2.双丝型像质计的使用

采用双丝型像质计测定射线检测的不清晰度时，由于不同方向不清晰度可能不同（特别是数字射线检测技术中），透照时应考虑双丝型像质计的放置方向。透照后，从获得的图像确定射线检测不清晰度。

简单时，采用目视直接观察，以不能清晰区分的各丝对中直径最大的丝对判定不清晰度。这时候有

U=2d （2-7）

式中 d——该丝对中丝的直径（mm）。

因为

所以测定的线对值R（Lp/mm）与测定的不清晰度值U（mm）的关系为

图2-34是一检测图像的双丝型像质计图像，按上面的规定，从图中可见刚刚不可分辨丝对的编号为D8，对应的不清晰度为

U=2d=2×0.16mm=0.32mm

比较准确时，则以测定得到的双丝型像质计灰度轮廓图确定不清晰度。这时，通过软件可得到如图2-35a所示的双丝型像质计灰度轮廓图，从图中找到第一个调制深度（双丝中间谷深幅度降低与两侧峰高幅度比）小于20%的丝对，确定射线检测的不清晰度，在该图中为D8（图2-35b）。

更准确时以调制深度为20%的丝对确定（目前标准中一般规定如此测定）。为此，常常需要依据图中双丝调制深度第一个大于20%的丝对和第一个小于20%的丝对，采用（线性）插值计算方法确定不清晰度。例如，从图2-35b有

U=2d=0.364mm

对计算结果，标准中常规定了进一步的取舍要求。

对插值计算方法，在ASTM E2002-15等标准中规定采用多项式曲线近似处理，确定调制深度为20%的丝对。在多项式曲线近似处理中，关键数据仍是线性插值处理的数据，这使实际结果与线性插值差别不大，特别是考虑对插值计算结果的取舍要求后。

采用双丝型像质计测定射线检测不清晰度，依据的是不清晰度对细节图像的影响。近似分析指出，仅考虑不清晰度影响时，丝对不可分辨时对应的不清晰度为该丝对直径的2倍。由于吸收对比度的降低将影响测定时丝对不可分辨性的判断，所以双丝型像质计的丝对必须用高吸收材料制作，以减少吸收对比度降低对测定的影响。

在ASTM E2002-15标准中给出，双丝型像质计有效测定不清晰度的射线能量为600kV以下。但该标准的前面版本一直给出双丝型像质计有效测定不清晰度的X射线管电压不高于400kV，在ASTM E2007-00标准中认为，满意测定的X射线管电压不超过250kV。

*3.瑞利判据

数字射线检测技术中，采用双丝型像质计测定图像空间分辨力依据的是不清晰度对细节图像对比度和投影宽度的影响，准确测定所使用的判据应该是瑞利判据。如图2-36所示，瑞利判据指出，对于两等强度的孤立线的图像，如果中心马鞍点的灰度小于峰值灰度的0.81（通常简单地用0.8），则认为此二线可以区分；对于两等强度的孤立点的图像，如果中心马鞍点的灰度小于峰值灰度的0.735，则认为此二点可以区分。

依据瑞利判据确定的图像空间分辨力，给出的实际是两个细节处于可分辨与不可分辨的临界情况。

*2.7.4 线对卡

在数字射线检测技术中，空间分辨力也可采用线对（测试）卡测定，但其适用的仅是测定检测系统的空间分辨力。也就是，仅适用不存在被检测工件时的空间分辨力测定。

线对卡的基本结构为两部分，高密度材料制作的栅条和低密度材料的（支持）底板。高密度材料常用铅箔，底板常用透明塑料薄板。栅条和间距的占空比为1∶1，栅条密封在底板上。底板厚度约1mm，铅箔厚度常为0.05mm。

线对卡的两种典型样式如图2-37所示。图2-37a为楔形线对卡，其栅条和间距的宽度由宽到窄变化，但各处的占空比总是1∶1。图2-37b是矩形线对卡，其由一组组不同宽度（占空比总是1∶1）的栅条和间距的线对构成。我国标准GB/T 23903—2009规定了类似的两种样式线对卡。

采用线对卡测定时，以刚刚不能区分条和空隙的线对确定空间分辨力线对值或对应的不清晰度值。

对于楔形线对卡，可直接读出线对值，使用方便，但测定值不精确。对于矩形线对卡，应按线对上方的方块标记数出刚刚不能区分线对的顺序位置，然后查表2-6得到相应的分辨力值，测定值比较精确。我国标准GB/T 23903—2009规定的矩形线对卡可直接读出线对值，但仅有15个线对值：2.0Lp/mm、2.24Lp/mm、2.5Lp/mm、2.8Lp/mm、3.15Lp/mm、3.55Lp/mm、4.0Lp/mm、4.5Lp/mm、5.0Lp/mm、5.6Lp/mm、6.3Lp/mm、7.1Lp/mm、8.0Lp/mm、9.0Lp/mm、10.0Lp/mm。从得到的线对值，可按U=1/R给出对应的不清晰度值。

①标记为线对测试卡中线对上方的方块，标记号按图2-37b从左向右顺序为1、2、…6。