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新技術(shù)能力認(rèn)可專題:工業(yè)CT檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可
工業(yè)CT(計(jì)算機(jī)層析成像)技術(shù)是20世紀(jì)70年代在醫(yī)用CT基礎(chǔ)上發(fā)展起來的*無損檢測(cè)技術(shù),從20世紀(jì)90年代開始在我國取得應(yīng)用。工業(yè)CT檢測(cè)不受試件材料種類、形狀結(jié)構(gòu)及表面狀況等限制,可以獲得與試件幾何結(jié)構(gòu)、材料組分及密度特性相對(duì)應(yīng)的二維或三維圖像,已廣泛應(yīng)用于航天、航空、兵器、汽車制造、石油、電子、機(jī)械、新能源、考古等領(lǐng)域。1999年以來,國內(nèi)制定了多項(xiàng)工業(yè)CT檢測(cè)國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
近年來,隨著工業(yè)CT技術(shù)及CNAS(中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì))實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可工作的開展,申請(qǐng)工業(yè)CT檢測(cè)能力認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室日趨增多,這對(duì)工業(yè)CT技術(shù)能力的評(píng)審和確認(rèn)提出了新要求。由于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)CNAS-CL01-A006:2018《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力在無損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說明》沒有針對(duì)工業(yè)CT等新技術(shù)制定相應(yīng)的評(píng)審規(guī)定,且國外沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,所以在實(shí)際評(píng)審中存在評(píng)審過程針對(duì)性不強(qiáng)、技術(shù)能力確認(rèn)結(jié)果有偏差、評(píng)審尺度掌握不一致等問題。
因此,急需對(duì)工業(yè)CT檢測(cè)技術(shù)能力認(rèn)可的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究,提出工業(yè)CT檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的政策和建議,提高認(rèn)可工作的科學(xué)性和有效性。
工業(yè)CT實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的基本情況
據(jù)粗略估計(jì),目前國內(nèi)擁有工業(yè)CT檢測(cè)設(shè)備的單位超過400家,在役的各類工業(yè)CT檢測(cè)設(shè)備總數(shù)在600臺(tái)以上。
目前與工業(yè)CT檢測(cè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有40多項(xiàng),包括國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)4項(xiàng),美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(ASTM)8項(xiàng),國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)20項(xiàng),國家標(biāo)準(zhǔn)(GJB)3項(xiàng),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(HB、QJ、WJ等)12項(xiàng)。標(biāo)準(zhǔn)的類型有技術(shù)導(dǎo)則、檢測(cè)方法、設(shè)備性能測(cè)試方法等。
目前國內(nèi)只有11家實(shí)驗(yàn)室通過了CNAS工業(yè)CT技術(shù)能力認(rèn)可。申請(qǐng)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GJB 5312-2004《工業(yè)射線層析成像(CT)檢測(cè)》進(jìn)行認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室最多,共有9家;其次是GB/T 29070-2012《無損檢測(cè) 工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像(CT)檢測(cè) 通用要求》,共有3家。其他如ASTM E1570-19《扇形束計(jì)算機(jī)層析成像(CT)檢查的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》、GJB 5311-2004《工業(yè)CT系統(tǒng)性能測(cè)試方法》、HB 20118-2012《航空發(fā)動(dòng)機(jī)用電子束焊接接頭工業(yè)射線層析成像(CT)檢測(cè)方法》等標(biāo)準(zhǔn)也有個(gè)別實(shí)驗(yàn)室通過了認(rèn)可。
目前在用標(biāo)準(zhǔn)CNAS-AL06:2015《實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可領(lǐng)域分類》的第11大類為無損檢測(cè),對(duì)工業(yè)CT技術(shù)沒有專門分類。雖然CNAS在無損檢測(cè)領(lǐng)域有不少專業(yè)的技術(shù)評(píng)審員,但熟悉工業(yè)CT技術(shù)的評(píng)審員所占比例較少,在評(píng)審員領(lǐng)域代碼中也難以識(shí)別。
工業(yè)CT檢測(cè)人員能力要求
1
人員資格要求
按照標(biāo)準(zhǔn)CNAS-CL01:2018《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》6.2.2節(jié)的要求,實(shí)驗(yàn)室應(yīng)將影響實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)結(jié)果的各職能要求制定成文件,包括對(duì)教育、資格、培訓(xùn)、技術(shù)知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)的要求。通常要求無損檢測(cè)人員在經(jīng)過資格認(rèn)證后,才能從事與取得的資格級(jí)別相應(yīng)的檢測(cè)工作。
標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9445-2015(ISO 9712:2012) 《無損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證》沒有覆蓋工業(yè)CT技術(shù)。近年來,隨著工業(yè)CT技術(shù)的應(yīng)用,國際的工業(yè)CT檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)人員資格提出了要求,如標(biāo)準(zhǔn)ISO 15708-3:2017《無損檢測(cè) 工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè) 第3部分: 操作和解釋》4.5.2節(jié)規(guī)定了CT圖像分析應(yīng)由有資格的人員來完成。
目前,ISO 9712-2012人員資格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)正在修訂之中,據(jù)了解,標(biāo)準(zhǔn)ISO/CD 9712-2012草案已將射線檢測(cè)分為膠片照相、計(jì)算機(jī)層析成像(CT)、數(shù)字射線成像(DR)及計(jì)算機(jī)X射線攝影(CR)等4個(gè)專業(yè),標(biāo)志著CT檢測(cè)專業(yè)在不久的將來也將納入人員資格認(rèn)證范圍。
我國工業(yè)CT檢測(cè)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了工業(yè)CT檢測(cè)人員需取得相關(guān)資格證書的要求,如標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36232-2018《焊縫無損檢測(cè) 電子束焊接接頭工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像(CT)檢測(cè)方法》、GJB 5312-2004等。
2
人員資格認(rèn)證情況
2002年11月,國防科工委發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)GJB 9712-2002《無損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證》,把計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)納入人員資格認(rèn)證范圍,并在寧波建立了培訓(xùn)基地。
標(biāo)準(zhǔn)GJB 9712A-2008《無損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證》進(jìn)一步完善了工業(yè)CT檢測(cè)人員資格認(rèn)證要求。
2003-2015年,國防無損檢測(cè)鑒認(rèn)委面向國防工業(yè)領(lǐng)域累計(jì)舉辦了13期工業(yè)CT培訓(xùn)班,頒發(fā)CT專業(yè)Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ級(jí)證書超過400張。
2016年,政府機(jī)構(gòu)改革和職能轉(zhuǎn)變,國防無損檢測(cè)鑒認(rèn)委不再開展無損檢測(cè)人員資格認(rèn)證工作,為了滿足工業(yè)CT無損檢測(cè)人員培訓(xùn)和資格認(rèn)證需要,2017年以來,航空、航天等行業(yè)以及無損檢測(cè)學(xué)會(huì)按照“統(tǒng)一培訓(xùn),分別認(rèn)證”的模式,在寧波聯(lián)合舉辦了5期工業(yè)CT無損檢測(cè)人員培訓(xùn)班,累計(jì)頒發(fā)Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ級(jí)證書超過350張。
此外,重慶真測(cè)公司2008年以來也開展了工業(yè)CT專業(yè)Ⅰ,Ⅱ級(jí)人員培訓(xùn)工作,累計(jì)頒發(fā)中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)分會(huì)證書170張左右。
在具體培訓(xùn)和認(rèn)證時(shí),各行業(yè)又有各自的特點(diǎn),如航空、航天、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)分會(huì)將工業(yè)CT專業(yè)歸為射線檢測(cè)類,按照射線檢測(cè)RT(CT)進(jìn)行培訓(xùn)和認(rèn)證;**行業(yè)目前還是執(zhí)行GJB 9712A-2008標(biāo)準(zhǔn),工業(yè)CT單獨(dú)認(rèn)證;無損檢測(cè)分會(huì)將工業(yè)CT技術(shù)門類分為鑄件和焊縫等,航空、航天等行業(yè)則無技術(shù)門類之分。
工業(yè)CT檢測(cè)設(shè)備要求
1
設(shè)備基本配置
工業(yè)CT檢測(cè)設(shè)備主要由射線源、探測(cè)器系統(tǒng)、機(jī)械掃描系統(tǒng)、重建及可視化系統(tǒng)等組成。與醫(yī)用CT不同,大多數(shù)工業(yè)CT都是根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì),設(shè)備之間的結(jié)構(gòu)、配置、功能特性、技術(shù)指標(biāo)、軟件等都同。不同射線源和探測(cè)器可組成不同的檢測(cè)系統(tǒng),如單源單探(如微焦點(diǎn)射線源+線陣探測(cè)器)、雙源單探(如常規(guī)射線源和加速器射線源+線陣探測(cè)器)、雙源雙探(微焦點(diǎn)射線源和常規(guī)射線源+線陣和面陣探測(cè)器)等。射線源-機(jī)械掃描系統(tǒng)-探測(cè)器系統(tǒng)的組合對(duì)工業(yè)CT系統(tǒng)性能起決定作用,它決定了工業(yè)CT檢測(cè)試件范圍及可能獲得的信息質(zhì)量;重建及可視化系統(tǒng)是工業(yè)CT系統(tǒng)重要組成部分,它決定了如何在短時(shí)間內(nèi)重建出高質(zhì)量的CT圖像。
2
設(shè)備性能指標(biāo)
工業(yè)CT設(shè)備總體性能指標(biāo)主要包括檢測(cè)試件范圍、檢測(cè)時(shí)間、圖像質(zhì)量、缺陷檢測(cè)能力等。檢測(cè)試件范圍指標(biāo)包括試件材料、尺寸、重量等;檢測(cè)時(shí)間指標(biāo)包括掃描及重建時(shí)間;圖像質(zhì)量指標(biāo)包括空間分辨率、密度分辨率、偽像等;缺陷檢測(cè)能力是指發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷的能力。
工業(yè)CT設(shè)備總體性能指標(biāo)是由各子系統(tǒng)的配置和性能指標(biāo)所決定的,配置不同,功能特性及性能指標(biāo)也不同。射線源的指標(biāo)包括射線能量、射線強(qiáng)度、焦點(diǎn)尺寸、劑量穩(wěn)定性等;探測(cè)器指標(biāo)包括探元尺寸、通道數(shù)量、串?dāng)_等;數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的指標(biāo)包括信噪比、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)范圍、采集速度、一致性等;機(jī)械系統(tǒng)指標(biāo)包括試件范圍(重量、尺寸等)、掃描方式(二代、三代或錐束)、掃描軸的定位精度、重復(fù)精度等;重建及可視化系統(tǒng)指標(biāo)包括重建算法、CPU(中央處理器)運(yùn)行速度、內(nèi)存大小、圖像處理功能等。另外,工業(yè)CT成像質(zhì)量受射束硬化、散射、掃描及重建參數(shù)等多種因素影響,標(biāo)定、校正和工藝參數(shù)選擇等對(duì)最終的圖像質(zhì)量也有很大影響。
工業(yè)CT設(shè)備總體性能指標(biāo)之間通常相互制約,如采用高能直線加速器CT,具有高的射線穿透能力,可以檢測(cè)高密度及大尺寸試件,但由于其焦點(diǎn)尺寸通常較大,最終空間分辨率和缺陷檢測(cè)能力相對(duì)較差。微納焦點(diǎn)CT系統(tǒng)通常有很高的空間分辨率,可以發(fā)現(xiàn)小缺陷,但只能檢測(cè)幾毫米的小試樣。
3
設(shè)備校準(zhǔn)及核查要求
CNAS-CL01:2018認(rèn)可準(zhǔn)則對(duì)設(shè)備校準(zhǔn)及核查提出了一系列要求,如設(shè)備投入使用或重新投入使用前,實(shí)驗(yàn)室應(yīng)驗(yàn)證其符合規(guī)定要求;用于測(cè)量的設(shè)備應(yīng)能達(dá)到所需的測(cè)量準(zhǔn)確度和(或)測(cè)量不確定度,以提供有效結(jié)果。
標(biāo)準(zhǔn)ASTM E1570-19和ISO 15708-4:2017 《無損檢測(cè)-工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè) 第四部分:驗(yàn)證》規(guī)定了用于工業(yè)CT檢測(cè)的設(shè)備應(yīng)經(jīng)過驗(yàn)證,在國內(nèi)外相關(guān)檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)工業(yè)CT設(shè)備的性能核查也提出了具體要求。
不同工業(yè)CT檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備性能核查的要求如表1所示:
表1 不同標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)CT設(shè)備性能核查要求
GJB 5312-2004 | GB/T 29070-2012 | ASTM E1570-19 | ||
總體 性能 | - | - | 定期測(cè)量和監(jiān)控設(shè)備參數(shù)性能 | 和參考測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì),短周期核查(如每周) |
空間分辨率 | ≥1次/年;安裝調(diào)試、維修、更換部件后 | ≥1次/年;安裝調(diào)試、維修、更換部件后 | 1次/每周 | 缺陷檢測(cè)和尺寸測(cè)量應(yīng)用 |
密度(對(duì)比度)分辨率 | ≥1次/年;安裝調(diào)試、維修、更換部件后 | ≥1次/年;安裝調(diào)試、維修、更換部件后 | 1次/每周 | 缺陷檢測(cè)應(yīng)用 |
切片 厚度 | - | - | 1次/每周 | - |
偽像 | - | - | 1次/每周 | - |
組件 性能 | - | - | 安裝、維修或組件發(fā)生變化后 | 組件質(zhì)量評(píng)價(jià)或組件變化后,長周期核查(如每年) |
缺陷檢測(cè)能力 | 檢測(cè)前進(jìn)行驗(yàn)證 | 檢測(cè)前進(jìn)行驗(yàn)證 | 檢測(cè)前進(jìn)行驗(yàn)證 | 檢測(cè)前進(jìn)行驗(yàn)證 |
尺寸測(cè)量能力 | - | - | 檢測(cè)前進(jìn)行驗(yàn)證 | 檢測(cè)前進(jìn)行驗(yàn)證 |
由表1可以看出,空間分辨率、密度分辨率、缺陷檢測(cè)能力等都是核查的重點(diǎn)指標(biāo)。相比之下,現(xiàn)有國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備總體性能、組件性能、偽像、切片厚度及尺寸測(cè)量等方面的核查要求缺少細(xì)化規(guī)定。
4
設(shè)備性能校準(zhǔn)及核查方法
由于目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的工業(yè)CT設(shè)備校準(zhǔn)規(guī)范,實(shí)際工作中,基本上采用核查的方法對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行驗(yàn)證。
不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的CT設(shè)備性能核查方法如表2所示:
表2 不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工業(yè)CT設(shè)備性能核查方法
核查方法描述 | ||
總體 性能 | 對(duì)參考樣件進(jìn)行檢測(cè),比對(duì)檢測(cè)結(jié)果,如缺陷(氣孔、裂紋)、最薄處、最厚處、厚度等,對(duì)總體性能進(jìn)行監(jiān)控 | ISO 15708-4:2017 |
對(duì)空間分辨率、密度分辨率等指標(biāo)進(jìn)行核查,檢測(cè)前對(duì)滿足使用要求進(jìn)行驗(yàn)證 | ASTM E1570-19 | |
對(duì)空間分辨率、密度分辨率等指標(biāo)進(jìn)行核查,檢測(cè)前對(duì)缺陷檢測(cè)能力進(jìn)行核查 | GB/T 29070-2012;GJB 5312-2004 | |
最大穿透等效鋼厚度 | 用最大可檢測(cè)鋼厚度測(cè)試卡進(jìn)行測(cè)試 | GB/T 37158-2018 |
空間分辨率 | 圓盤法(MTF)、條形線對(duì)卡法、圓孔線對(duì)卡法、方孔線對(duì)卡法 | ISO 15708-3:2017;ASTM E1695-2013;GB/T 29069-2012 |
密度分辨率 | 圓盤法、密度差法、空氣間隙法 | ISO 15708-4:2017;ASTM E1695-2013;GB/T 29069-2012 |
切片 厚度 | 用棱錐體、圓錐體、斜板、螺旋槽等核查 | ASTM E1570-19 |
偽像 | 和參考圖像比較 | ISO 15708-3:2017 |
觀察均勻圓盤密度變化 | ASTM E1570-19;GJB 5312-2004 | |
機(jī)械 系統(tǒng) | 使用坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備(CMMs)檢查移位軸軌跡和定位精度 | ISO 15708-4:2017 |
圖像 比例 | 用已知空間結(jié)構(gòu)的高精度球體組合(如球桿、啞鈴)檢查 | ISO 15708-4:2017 |
射束軸與探測(cè)器的垂直度 | 使用合適的測(cè)試樣品(如鎢絲或細(xì)針、球體等) | ISO 15708-4:2017 |
焦點(diǎn) | 采用掃描方法、針孔照相機(jī)射線照相方法、邊緣方法、小焦點(diǎn)和微焦點(diǎn)X射線管的有效焦點(diǎn)尺寸的測(cè)量方法測(cè)試;通過比較不同放大倍數(shù)下CT掃描獲得的尺寸在規(guī)定的誤差范圍之內(nèi)進(jìn)行核查 | ISO 15708-4:2017; GB/T 25758.1-5-2010 |
射線輸出穩(wěn)定性 | 通過測(cè)量劑量率檢查X射線管輸出的穩(wěn)定性 | ISO 15708-4:2017 |
探測(cè)器 | 和交付狀態(tài)進(jìn)行比較核查動(dòng)態(tài)性能。定期核查壞像素。通過一定時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)度測(cè)量核查輸出穩(wěn)定性 | ISO15708-4:2017 |
重建 | 在重新安裝、更換硬件或升級(jí)后,將重建結(jié)果和以前的重建結(jié)果進(jìn)行比較 | ISO 15708-4:2017 |
可視化 | 在重新安裝、更換硬件或升級(jí)后,將可視化和測(cè)量結(jié)果和以前的結(jié)果進(jìn)行比較 | ISO 15708-4:2017 |
缺陷 檢測(cè) | ① 目標(biāo)特征可檢性的核查(空間分辨率、對(duì)比度分辨率、重建、可視化等); ② 適用性驗(yàn)證(采用參考試件結(jié)合解剖對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證); ③ 一致性驗(yàn)證(重建、CT圖像比例、正弦圖或CT投影序列、系統(tǒng)狀態(tài)等) | ISO 15708-4:2017 |
對(duì)是否滿足檢測(cè)要求進(jìn)行驗(yàn)證 | ASTM E1570-19 | |
標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ρ仍嚇雍瞬?/p> | GB/T 29070-2012;GJB 5312-2004 | |
尺寸 測(cè)量 | ① 尺寸測(cè)量能力的核查(空間分辨率、X射線穿透性、三維數(shù)據(jù)等); ② 精度驗(yàn)證(采用可進(jìn)行測(cè)量溯源的參考標(biāo)準(zhǔn)樣品或參考試件進(jìn)行核查); ③ 一致性驗(yàn)證(重建、CT圖像比例、正弦圖或CT投影序列、系統(tǒng)狀態(tài)等) | ISO15708-4:2017 |
標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試樣(空心柱、校準(zhǔn)孔陣列、模擬試件)核查。驗(yàn)證尺寸測(cè)量精度的標(biāo)準(zhǔn)樣件要經(jīng)過校準(zhǔn) | ASTM E1570-19 | |
標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ρ仍嚇雍瞬?/p> | GB/T 29067-2012 |
國內(nèi)外對(duì)空間分辨率、密度(對(duì)比度)分辨率的核查方法大體相同,空間分辨率核查方法有圓盤法、絲型線對(duì)卡法、圓孔(方孔)線對(duì)卡法等,密度(對(duì)比度)分辨率核查方法有圓盤法、密度差法等,但不同測(cè)試方法測(cè)量結(jié)果之間有所差異,其等效性問題還有待深入研究。
缺陷的檢測(cè)能力、尺寸測(cè)量能力通常要求采用標(biāo)準(zhǔn)(對(duì)比)試件、參考標(biāo)準(zhǔn)(物體)比對(duì)的方法進(jìn)行驗(yàn)證,ISO 15708-4:2017、ASTM E1570-19標(biāo)準(zhǔn)特別規(guī)定在用標(biāo)準(zhǔn)試件(或參考標(biāo)準(zhǔn))用于尺寸測(cè)量精度驗(yàn)證時(shí),應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件(或參考標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行計(jì)量溯源。
標(biāo)準(zhǔn)ISO 15708-4:2017對(duì)CT設(shè)備組件性能給出了一系列推薦性核查方法,GB/T 25758.1~5-2010給出了X射線焦點(diǎn)尺寸的測(cè)量方法。通過定期核查CT系統(tǒng)組件性能的變化,來監(jiān)控CT系統(tǒng)的穩(wěn)定性及檢測(cè)結(jié)果的一致性。
綜上所述,國內(nèi)外對(duì)工業(yè)CT的空間分辨率、密度分辨率、缺陷檢測(cè)能力、尺寸測(cè)量精度等關(guān)鍵指標(biāo)核查方面都有相關(guān)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn),核查的原理大體相同,采用的標(biāo)準(zhǔn)樣件各有特色;新的ISO 15708-4:2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組件性能核查也提供了一些參考方法,國內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些內(nèi)容規(guī)定相對(duì)較少。
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設(shè)備性能校準(zhǔn)及核查建議
工業(yè)CT設(shè)備組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜,性能參數(shù)多,總體性能受組件性能影響,隨時(shí)間的推移,性能指標(biāo)會(huì)發(fā)生變化。為此,需要對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行校準(zhǔn)和核查,以滿足檢測(cè)方法要求。
工業(yè)CT設(shè)備在驗(yàn)收時(shí),廠家一般要進(jìn)行性能的全面測(cè)試,提供設(shè)備性能滿足要求的合格證明文件。作為用戶,主要關(guān)注和應(yīng)用相關(guān)的性能指標(biāo),如檢測(cè)等效鋼厚度、空間分辨率、密度分辨率、缺陷檢測(cè)能力等。
筆者建議以檢測(cè)目標(biāo)特征為導(dǎo)向,對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行科學(xué)合理的校準(zhǔn)和核查。對(duì)于直接影響定量檢測(cè)結(jié)果或進(jìn)行精度驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)試件(參考標(biāo)準(zhǔn))應(yīng)進(jìn)行定期校準(zhǔn),如空間分辨率測(cè)試卡、密度分辨率測(cè)試卡、圖像尺寸參考標(biāo)準(zhǔn)件(如啞鈴球)等,校準(zhǔn)周期可為1年;對(duì)于總體性能、組件性能等應(yīng)進(jìn)行核查,核查的項(xiàng)目參數(shù)由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)各自設(shè)備的特點(diǎn)及設(shè)備使用情況等自行確定,至少應(yīng)包括以下內(nèi)容:
① 最大可檢產(chǎn)品等效鋼厚度;
② 最佳空間分辨率;
③ 最佳密度分辨率;
④ 可檢測(cè)出的最小缺陷;
⑤ 尺寸測(cè)量精度。
檢測(cè)過程控制要點(diǎn)
工業(yè)CT檢測(cè)結(jié)果除了與人員、設(shè)備等資源條件緊密相關(guān)外,檢測(cè)過程控制也很關(guān)鍵,通常包括檢測(cè)準(zhǔn)備、設(shè)備校正、掃描工藝參數(shù)選擇、圖像重建及處理、結(jié)果解釋及評(píng)價(jià)等。這些都是現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的要素。
1. 檢測(cè)準(zhǔn)備
檢測(cè)前需要了解被檢測(cè)對(duì)象材料的種類、結(jié)構(gòu)、尺寸及檢測(cè)詳細(xì)要求,編寫工藝規(guī)程或工藝卡,并驗(yàn)證是否可以滿足檢測(cè)需求,如能否滿足最小缺陷檢出、能否達(dá)到尺寸測(cè)量精度等。工藝規(guī)程或工藝卡的驗(yàn)證可以使用標(biāo)準(zhǔn)(對(duì)比)試件來進(jìn)行,其材料、形狀尺寸、缺陷特征等應(yīng)盡量與被檢樣品相近。
NO.2 設(shè)備校正
檢測(cè)前,需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行校正(標(biāo)定),通常包括探測(cè)器暗場(chǎng)及亮場(chǎng)、中心線、像素尺寸的校正。這些校正可以有效減少最終CT圖像中的噪聲、環(huán)形偽像等,提高缺陷檢出能力和尺寸測(cè)量精度。
NO.3掃描工藝參數(shù)選擇
選擇合適的掃描工藝參數(shù),包括射線能量、焦點(diǎn)尺寸、切片位置、切片厚度、掃描視場(chǎng)直徑、濾波方法、散射線校正、掃描時(shí)間等。
NO.4 圖像重建及處理
選擇合適的重建參數(shù)及圖像處理方法,獲得高質(zhì)量的CT圖像。選取灰度、偽彩色、放大或二維、三維等圖像顯示方式,并通過全局或局部的對(duì)比度、亮度的調(diào)整,使圖像便于觀察。
NO.4 結(jié)果的解釋、評(píng)價(jià)
對(duì)圖像進(jìn)行觀察和分析,識(shí)別結(jié)構(gòu)影像、缺陷影像及偽像等。根據(jù)圖像上細(xì)節(jié)特征的像素值、形狀及尺寸等信息,采用相關(guān)分析軟件,對(duì)圖像目標(biāo)細(xì)節(jié)特征進(jìn)行分析和解釋;根據(jù)檢測(cè)要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CT圖像目標(biāo)特征作出定位、定性、定量及符合性等評(píng)價(jià)。
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測(cè)量不確定度評(píng)定
工業(yè)CT被廣泛應(yīng)用于缺陷檢測(cè)、尺寸測(cè)量、密度表征、逆向重構(gòu)和孔隙率分析中,在這些應(yīng)用中,有時(shí)需要給出缺陷尺寸、樣品特征尺寸、區(qū)域面積、密度、孔隙率等定量檢測(cè)結(jié)果。按認(rèn)可準(zhǔn)則要求,這些需要給出定量檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有能力評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度,在一定的置信概率下保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。
測(cè)量不確定度評(píng)定方法主要有GUM法、蒙特卡羅法、Globe法等。目前在無損檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的還是GUM法。GUM法又分為直接評(píng)定法和綜合評(píng)定法兩類。
工業(yè)CT實(shí)際應(yīng)用中可行的方法是綜合評(píng)定法,基本思路是將CT成像過程當(dāng)作一個(gè)“黑匣子”, 評(píng)定時(shí)只關(guān)注最終圖像,在正常的檢測(cè)條件下,對(duì)被檢件進(jìn)行多次重復(fù)性檢測(cè),綜合考慮重復(fù)性因素引入的不確定度分量(包括人員、光子統(tǒng)計(jì)噪聲、機(jī)械系統(tǒng)精度、數(shù)據(jù)采集、重建算法、圖像顯示等),在此基礎(chǔ)上再考慮標(biāo)準(zhǔn)試件的不確定度分量和測(cè)量標(biāo)尺等不確定分量等,最后進(jìn)行合理評(píng)定。有關(guān)工業(yè)CT在尺寸測(cè)量不確定評(píng)定方面的內(nèi)容,國內(nèi)已開展了相關(guān)研究工作。
值得注意的是,工業(yè)CT設(shè)備測(cè)量結(jié)果會(huì)存在系統(tǒng)誤差,為此,檢測(cè)前需采用與被檢測(cè)試件材料相同或相近的標(biāo)準(zhǔn)試件對(duì)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定,檢測(cè)后要對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正;此外,隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加,工業(yè)CT設(shè)備的性能也會(huì)變化,測(cè)量結(jié)果的不確定度也在變化,實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有能力識(shí)別穩(wěn)定性因素帶來的測(cè)量結(jié)果不確定度。
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確保結(jié)果有效性及其他
為了確保檢測(cè)結(jié)果的有效性,CNAS-CL01:2018認(rèn)可準(zhǔn)則第7.7條規(guī)定了各種質(zhì)量控制方法,這些方法大多都可以應(yīng)用于工業(yè)CT檢測(cè)中。在外部質(zhì)控方面,國內(nèi)外還沒有通過標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 17043:2010《能力驗(yàn)證提供者認(rèn)可準(zhǔn)則》認(rèn)可的工業(yè)CT檢測(cè)項(xiàng)目能力驗(yàn)證計(jì)劃提供者(PTP),外部質(zhì)量控制主要是通過實(shí)驗(yàn)室之間的比對(duì)實(shí)施。
由于工業(yè)CT設(shè)備配置及性能差異較大,不同實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)時(shí)需要做好策劃工作,例如比對(duì)設(shè)備型號(hào)、樣品及方法選擇、結(jié)果評(píng)價(jià)方法確定等,通常是找能量相近、性能接近的工業(yè)CT設(shè)備進(jìn)行比對(duì)。在內(nèi)部質(zhì)量控制方面,可使用空間分辨率測(cè)試卡、密度分辨率測(cè)試卡等對(duì)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試、期間核查、留樣再測(cè)、報(bào)告結(jié)果審查、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比對(duì)及盲樣測(cè)試等。
其他方面,還需要關(guān)注CNAS-CL01:2018認(rèn)可準(zhǔn)則對(duì)設(shè)施及環(huán)境條件控制的要求,如從事工業(yè)CT檢測(cè)的機(jī)構(gòu)應(yīng)取得政府環(huán)保部門頒發(fā)的《輻射安全許可證》,射線防護(hù)應(yīng)滿足GBZ 117-2015《工業(yè)X射線探傷放射防護(hù)要求》、GB 18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)的要求,工業(yè)CT掃描室配備安全聯(lián)鎖、監(jiān)控及報(bào)警裝置等。隨著移動(dòng)式工業(yè)CT的應(yīng)用,在非固定場(chǎng)所實(shí)施的工業(yè)CT檢測(cè)也應(yīng)滿足法律、法規(guī)及檢測(cè)方法的要求。
結(jié)語
工業(yè)CT技術(shù)作為*無損檢測(cè)技術(shù),其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,性能參數(shù)差異較大,對(duì)檢測(cè)人員要求高,檢測(cè)結(jié)果受多種因素影響,其實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能力認(rèn)可有一定難度,對(duì)認(rèn)可工作提出了新的要求。就目前認(rèn)可現(xiàn)狀和認(rèn)可研究情況看,評(píng)審工作中需重點(diǎn)關(guān)注人員資質(zhì)、設(shè)備校準(zhǔn)及核查、測(cè)量不確定度評(píng)定等內(nèi)容。
(1) 工業(yè)CT檢測(cè)人員除了滿足檢測(cè)方法和特定行業(yè)要求外,應(yīng)持有CT專業(yè)資格證書,授權(quán)簽字人建議持有射線檢測(cè)Ⅲ級(jí)和CT-Ⅱ級(jí)或者持有CT-Ⅲ級(jí)證書。
(2) 工業(yè)CT檢測(cè)設(shè)備性能需要進(jìn)行校準(zhǔn)和核查,以滿足檢測(cè)要求。用戶應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注和應(yīng)用相關(guān)的性能指標(biāo),如檢測(cè)等效鋼厚度、空間分辨率、密度(對(duì)比度)分辨率、缺陷檢測(cè)能力、尺寸測(cè)量精度等,為此,應(yīng)對(duì)空間分辨率測(cè)試卡、密度(對(duì)比度)分辨率測(cè)試卡、圖像尺寸參考標(biāo)準(zhǔn)件等設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn),對(duì)總體性能、組件性能等應(yīng)進(jìn)行有效核查。
(3) 評(píng)審中需要重視檢測(cè)準(zhǔn)備、設(shè)備校正、工藝參數(shù)選擇、結(jié)果解釋評(píng)價(jià)等內(nèi)容,開展缺陷定量、尺寸測(cè)量等提供定量數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)室,應(yīng)有能力評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度。