质量标准对比分析

本文作者：肖鹏，章镇工作单位：上海飞机制造有限公司复合材料中心第一作者简介：肖鹏，高级工程师，主要从事民机复合材料无损检测研究工作。本文来源：《无损检测》2023年5期计算机层析成像（CT）检测技术可以得到试件的层析图像，清晰地展示检测对象的内部结构关系、物质组成及缺陷状况，其重建数据可用于各种分析研究。对于任何一项技术来说，标准的制定是其大规模推广应用的基础，工业CT技术也不例外。工业CT标准的制定，对CT的技术术语和性能指标逐步建立了比较清楚的概念，也建立了CT设备检验和验收的科学规范。目前与工业CT检测相关的标准共有40多项，包括国际标准（ISO）4项，美国材料试验协会标准（ASTM）7项，国家标准（GB）20项，国家军用标准（GJB）3项，行业标准12项。标准的类型有技术导则、特定检测方法、测试卡、系统性能测试方法等。 标准体系简介 1 ISO标准体系国际标准化组织无损检测技术委员会射线检测分委会（ISO/TC 135/SC 5）于2002年分别发布了ISO 15708-1:2002和ISO 15708-2:2002。这两个标准提供了CT理论、使用的教程介绍以及检测方法指南。2017年，ISO 15708系列标准陆续升版。ISO 15708:2017系列标准对工业CT检测技术用语进行了定义，规定了射线工业CT的一般原理、使用设备、样品、材料和几何形状的基本注意事项，规定了系统的操作设置、检测结果的解释，并规定了系统在执行不同检测任务时进行性能验证的基本要求，旨在为检测人员提供相关技术信息，以便在检测过程中选取合适的参数，并对检测结果进行合理分析和评定。ISO标准体系组成（CT）如下：1.1 ISO 15708-1:2017Non-destructive testing-radiation methods for computed tomography part 1:terminology无损检测-工业射线计算机层析成像检测-第一部分：术语1.2 ISO 15708-2:2017Non-destructive testing-radiation methods for computed tomography part 2:principles, equipment and sample无损检测-工业射线计算机层析成像检测-第二部分：原理、设备与样品1.3 ISO 15708-3:2017Non-destructive testing-radiation methods for computed tomography part 3:operation and interpretation无损检测-工业射线计算机层析成像检测-第三部分：操作和解释1.4 ISO 15708-4:2017Non-destructive testing-radiation methods for computed tomography part 4:qualification无损检测-工业射线计算机层析成像检测-第四部分：验证2 ASTM标准1995年，美国材料试验协会无损检测委员会射线分委会（ASTM E 07.01）相继发布了ASTM E 1695:95和ASTM E 1672:95。文中讨论的4篇ASTM通用标准并不像ISO标准一样对工业CT检测的全流程进行系统性的规范与指导，这些标准分别侧重于技术和原理的教程、性能参数测试、设备部件选购以及扇形射束CT。ASTM标准体系组成（CT）如下：2.1 ASTM E 1441:19Standard guide for computed tomography (CT)计算机层析成像的标准指南2.2 ASTM E 1695:20Standard test method for measurement of computed tomography (CT) system performance测量计算机层析成像系统性能的标准试验方法2.3 ASTM E 1672:20Standard guide for computed tomography (CT) system selection选购计算机层析成像系统的标准指南2.4 ASTM E 1570:19Standard practice for fan beam computed tomographic (CT) examination扇束CT检测的标准规程3 GB标准2012年，全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC 56）发布了6篇与工业CT相关的国家标准。2017年后，针对工业CT系统的性能指标测试，SAC/TC 56发布了一系列测试卡标准（文中只讨论空间分辨率和密度分辨率的测试卡标准），GB标准体系组成（CT）如下：3.1 GB/T 29034-2012Non-destructive testing-guide for industrial computed tomography (CT) imaging无损检测 工业计算机层析成像（CT）指南3.2 GB/T 29067-2012Non-destructive testing-test method for measuring industrial computed tomography (CT) image无损检测 CT图像测量方法3.3 GB/T 29068-2012Non-destructive testing-guide for industrial computed tomography (CT) system selection无损检测 CT系统选型指南3.4 GB/T 29069-2012Non-destructive testing-test method for measuring industrial computed tomography (CT) system performance无损检测 CT系统性能测试方法3.5 GB/T 29070-2012Non-destructive testing-industrial computed tomography (CT) general requirement无损检测 CT检测通用要求3.6 GB/T 35391-2017Non-destructive testing-spatial resolution phantom for industrial computed tomography (CT) testing无损检测 CT检测用空间分辨力测试卡3.7 GB/T 35386-2017Non-destructive testing-density resolution phantom for industrial computed tomography (CT) testing无损检测 CT检测用密度分辨力测试卡 具体内容比较 1 设备1.1 概述ISO 15708-2:2017对工业CT设备中的每个部件进行了详细的分类和描述，包括射线源的分类以及不同能量范围下射线源的应用情况与特点、探测器的分类以及应用范围、描述机械运动系统的运动模式以及规定计算机在数据采集、重建和可视化中的应用。ASTM E 1672:20和GB/T 29068-2012专门提到如何选购一套工业CT系统，对于准备采购工业CT的潜在用户极具参考价值。这些标准对射线源、探测器、机械运动系统的要求存在差异，以下将展开详细介绍，而对采集、重建、可视化和存储系统等的要求基本一致，此处不再做分析与讨论。1.2 射线源项目ISO 15708-2ASTM E 1672GB/T 29068分类开管X射线机：高分辨率，低能量，管电压为0~225 kV，管电流为0~3 mA，焦点尺寸小于100 μm（微焦点），焦点尺寸小于1 μm的为纳米焦点，真空室能打开从而允许更换灯丝X射线源：给定焦点尺寸下，X射线源比同位素源强度高几个量级；X射线源在关闭时会停止辐射；未校正情况下，X射线源的多色性会导致射束硬化同ASTM E 1672密封管X射线机：管电压为0~450 kV，管电流为0~60 mA，焦点尺寸小于250 μm（小焦点），真空室不能打开从而无法更换灯丝，常用于成像尺寸或密度较大的样品同位素（单色性）：不存在射束硬化，也不需要笨重且耗能的电源，输出强度更稳定，强度受到比活度的限制直线加速器：不普遍使用，用在高密度、高能量的系统中，能量为1~16 MeV，焦点尺寸小于2 mm同步辐射：产生连续谱射线，受穿透能力限制，只能检测小尺寸的物体，使用较少射线靶透射靶承受较高电压，强度更大反射靶焦点尺寸更小，辐射角度更大，几何放大倍数更大无无1.3 探测器ISO 15708-2ASTM E 1672GB/T 29068电离探测器：坚固耐用，可用于探测2 MeV的能量LDA与扇形束CT系统一起使用，在扇形束CT系统中准直到一个小狭缝以减少散射辐射，通常适用于探测0.4~20 MeV的射线能量单探测器：效率最低，复杂度最小，不受散射和不一致性影响闪烁探测器：设计灵活，非常耐用，使用DDA时辐射散射更大，DDA采集投影速度更快（与LDA相比）DDA与锥束CT系统一起使用，锥束CT系统可以较平行和扇形束几何系统更快地获得3D体积图像，但容易散射辐射，可以通过软件进行校正DDA采集速度快，需要高传输带宽和储存量，效率低，动态范围小，难以实现准直和屏蔽半导体探测器：使用半导体直接将入射射线转化为电荷的面阵探测器，避免了光散射，可提高分辨率--LDA较好地综合了以上两种探测器的优点，速度较快，散射和不一致性在可接受范围内，可较好实现准直和屏蔽1.4 机械运动系统ISO 15708-2ASTM E 1672GB/T 29068通过增加随机线性运动和执行“连续旋转一个采集周期”这两种方式来减少伪像只规定了基础功能分为立式、卧式结构（细而长的零件适合卧式布局，粗而短的零件适合立式布局）大多数具有水平X射线轴，少数具有垂直X射线轴精度分为扫描运动精度和装配几何精度使用线阵探测器的系统中，应增加样品在旋转轴高度的相对运动轴系统扫描运动精度由机械传动部件精度和控制系统控制精度共同决定与CT数据相关的各机械运动系统的运动定位精度应优于CT系统最高分辨率的1/5系统装配几何精度通过精密零件加工和精密调配调试保证2 样品ISO 15708-2:2017较为全面地描述了在检测过程中有关样品的注意事项，其中包括样品的尺寸、形状与材料。该标准限制样品尺寸，提出最理想的形状是圆柱体，并可以转动至少180°。若由于几何或者穿透限制未能采集到所有角度的投影，则可能会出现伪像。该标准含有一张不同材料和能量的10%穿透率的厚度表。通过查询该表，检测人员可以根据不同需求的待测样品来选择信噪比最好情况下的射线能量。ASTM E 1672:20和GB/T 29070-2012中列出了样品参数与系统性能的关系：① 样品参数包括最大回转直径、最大长度（或高度）、最大重量以及最大等效钢厚度等；② 最大回转直径由系统最大能量、射线分布以及扫描方式等因素决定；③ 最大长度（或高度）由立式系统的最大升降行程或卧式系统的最大平移行程决定；④ 最大重量由系统运动部件及机械结构综合承载能力决定；⑤ 最大等效钢厚度主要由射线源能量决定。3 操作ISO 15708-3:2017规定了CT系统的操作及结果解释，目的是为检测人员提供相关技术信息，以便在检测过程中选取合适的参数。ASTM E 1441:19和GB中也对操作设置做出了相应规定。各标准具体操作指南如下：操作设置ISO 15708-3ASTM E 1441GB/T最佳能量最佳能量是提供最佳信噪比的能量，但不一定是得到最清晰射线照片的能量。可调整加速电压以使其线衰减系数的差异最大给定样品的最佳射线能量不是由提供足够穿透力的最低能量决定的，而是由产生最大信噪比的能量决定无几何布置优先考虑射线源到待测物的距离最小，射线源到探测器的距离宜尽可能小，且锥束覆盖整个探测器对于锥束系统，锥角应小于15°，被测物体通常旋转360°。理想情况下，投影分度数不宜小于π/2×矩阵大小，投影的数量宜大于π×矩阵大小无不宜用大视场直径来检测小直径待测物选择扫描视场时，被测物在图像中，宜占视场的2/3（29070-2012）射线源参数设置最大射束能量和管电流宜采用的衰减比约为1:10使用前置滤波片可获得最佳灰度范围，前置滤波片可减小射束硬化的影响，也会降低射线强度当样品组分物理密度差异较大时，可以在高源能量下获得最佳信噪比，此时，减少图像噪声比增加对比度更重要当样品组分物理密度差异不大时，可以在低源能量下获得对材料的最佳区分,此时，增加对比度可能比减少图像噪声更重要穿透样品的射线强度占入射射线强度的13％时，对比度灵敏度通常最好所选射线能量对应8~10个钢的半值层厚度，应大于检测对象的最大等效钢厚度检测对象的材料密度差很小时，在保证足以穿透的情况下，选择低能量的射线源检测对象尺寸较大、密度较大或者由密度相差较大的材料组成时，宜选择能量高、强度大的射线源（29068-2012）探测器充分考虑曝光时间（帧速率）；每个投影的迭加数量；数字增益和偏置；像素合并等参数必要时，宜使用偏置、增益和坏像素校正，数字化的最大辐射强度值不超过其饱和值的90％同时使用的像素点越多，扫描数据采集得越快探测器元件的良好校准（以均衡响应度并减去暗场信号）对于良好的重建至关重要开机时，进行暗场和空气校准；准直器和射线参数调整后，进行空气校准（29070-2012）重建应设定要重建的体积区域、CT图像的大小及其动态范围，宜优化重建算法或校正设置，体积区域由x，y和z轴上的体素数决定无缺陷检测对于单独的孔隙、空洞或裂缝的可检测性，其最小范围通常应为体素大小的2到3倍（在样品位置）尺寸测量确定精确的图像比例，阈值（明确材料表面），调整基本几何体，生成几何数据，标称/实测比较几何数据的进一步处理ISO标准中规定数字化的最大辐射强度值不超过探测器饱和值的90％，能够有效避免射线过曝对探测器造成的伤害以及对检测结果的影响。ISO标准可以有效地通过体素尺寸来描述最小缺陷可检性，为缺陷检测提供了量化的途径。4 图像质量参数CT图像的质量参数是衡量工业CT检测效果最直观的方式。ISO 15708-3:2017规定了对比度、噪声、信噪比、对比度噪声比以及空间分辨率这些基础的图像质量参数，并以实例的方式详细讲述了采用线对卡和固体密度差法来分别测量空间分辨率和密度分辨率的完整方法。ASTM E 1695:20则重点讲述调制传递函数（MTF）和对比度鉴别函数（CDF）的测试方法、测量原理、测量步骤以及最终的结果分析。GB/T 29034-2012将ISO 15708-3:2017和ASTM E 1695:20中的关于图像质量参数的内容融合在一起，更加全面。GB/T 35391-2017和GB/T 35386-2017则汇总了ISO标准和ASTM标准中所有测量密度分辨率和空间分辨率的方法。4.1 空间分辨率上述3份标准都以MTF来表征空间分辨率，MTF描述了CT系统的总不清晰度降低周期性图像对比度的因素，描述了CT系统对图像信号的调制（相对强度变化）的传输，是调制的空间频率。ISO 15708-3:2017规定了两种测量MTF的方法，一种是从均匀圆柱体的CT图像获取MTF，一种是用线对卡来直接测定离散点处的MTF，并在附录中对有关线对测试卡的详细测量方法进行了完整的规定，其中包括线对卡的设计制作、测量原理以及最终的测量结果分析。ASTM E 1695:20只详细说明了从均匀圆柱体图像获得MTF的试验方法，对重建圆柱切片边缘锐度的图像进行分析得出MTF曲线，对计算逻辑、测量过程和测量数据等方面的描述比ISO的描述更加具体和详细。4.2 密度分辨率密度分辨率又称对比灵敏度。ASTM E 1695:20通过CDF曲线来表征密度分辨率，而ISO 15708-3:2017通过固体密度差法和对比度噪声比来表征密度分辨率。GB/T 29034-2012中未提及密度分辨率。ISO 15708-3:2017用对比度噪声比来衡量细节特征和背景之间衰减值是否大于背景噪声水平。通常认为对比度噪声水平不小于3时，具有良好的检测置信度，另外该标准规定了固体密度差法来测量密度分辨率的方法，参考试件由一个包含添加物的圆柱形部件组成，分为高能和低能两种模式，标准详细给出了测量添加物密度的公式，规定了如何通过相关曲线评价系统性能。ASTM E 1695:20提出，在一定的噪声水平下，可以通过CDF曲线，近似地描述从基体判别大小为D的对比度特征的能力。CDF描述了图像噪声对其他同质材料邻域中特征可检测性（对比度灵敏度）的影响，作为该特征在体素中的大小D的函数。该测定基于对均匀圆柱体材料的CT扫描，CDF曲线是分析圆柱体切片中心的对比度和统计噪声的图像得出的。4.3 对比细节图在现实中，人眼能够检测到的有效对比度（成功率为50%）取决于图像噪声和特征直径。只有ASTM E 1695:20和GB/T 29034-2012规定了CDD曲线的要求，ISO 15708-3:2017标准中并没有提到。CDF描述了特定尺寸特征的可检测性和噪声场中的最小对比度（忽略不清晰度的影响），而MTF几乎完全代表不清晰度对特征的影响。这两个量可以在CDD中统一，CDD将感知对比度和物理对比度结合起来，以表征CT系统在给定评估条件下解析和区分特征的总体能力。5 伪像ISO 15708-2:2017，ASTM E 1441:19以及GB/T 29068-2012中提及的伪像成因如下所示（√表示提及，×表示未提及）。这些标准中关于伪像图像及其成因的描述，能让检测人员更好地分辨伪像，进而有效地避免伪像。6 设备性能验证方法各标准性能验证要求性能参数ISO 15708-4ASTM E 1570GB/T 29070总体性能与参考测量结果进行对比，短周期核查（如每周）定期测量和监控设备参数性能无空间分辨率缺陷检测和尺寸测量应用1次/周≥1次／年；安装调试、维修、更换部件后密度分辨率缺陷检测应用1次/周≥1次／年；安装调试、维修、更换部件后切片厚度无1次/周无伪像组件质量评价或组件发生变化后1次/周组件性能无安装、维修或组件发生变化后各标准设备性能验证方法性能参数ISO 15708-4ASTM EGB/T总体性能对参考样件进行检测，比对检测结果，如缺陷（气孔、裂纹）、最薄处、最厚处、厚度等，对总体性能进行监控对空间分辨率、密度分辨率等指标进行核查，检测前验证是否满足使用要求（1570:19）对空间分辨率、密度分辨率等指标进行核查，检测前对缺陷检测能力进行验证（29070-2012）空间分辨率圆盘卡法、线对卡法圆盘卡法（1695:20）线对卡法、圆孔卡法、圆盘卡法（29069-2012）线对卡法（按分辨率分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级）、圆孔卡法（按孔径分为Ⅰ级和Ⅱ级）、圆盘卡法。测试卡按料料可分为钢质、硅质和其他金属质（35391-2017）密度分辨率缺陷检测应用圆盘卡法（1695:20）空气间隙法、密度差法、圆盘卡法（29069-2012）空气间隙法（单空气、多空气）、固体密度差法、液体密度差法、圆盘卡法。测试卡按材料可分为钢质、铝制、硅质以及其他金属质测试卡（35386-2017）切片厚度无用棱锥体、圆锥体、斜板、螺旋槽等验证（1570:19）无伪像与参考图像比较观察均匀圆盘密度变化（1570:19）机械系统使用坐标测量设备（CMMs）检查移位轴轨迹和定位精度无图像比例用已知空间结构的高精度球体组合（如球杆、哑铃）检查射束轴与探测器的垂直度使用合适的测试样品（如钨丝或细针、球体等）进行测试焦点采用扫描方法、针孔照相机射线照相方法、边缘方法、小焦点和微焦点X射线管的有效焦点尺寸的测量方法测试；通过比较不同放大倍数下

p 　　根据生态环境部消息，《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)修改单向全社会公开征求意见，修改单主要内容是修改标准中关于监测状态的规定，实现与国际接轨。 /p p 　　现行《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)于2012 年2 月29 日发布，并从2013 年1 月1 日起在全国直辖市、计划单列市、省会城市和京津冀、长三角、珠三角区域的74 个重点城市率先实施。除属于上述74 个城市的青岛、济南、太原外，山东、山西两省的25个其他地级及以上城市也从2013 年开始实施该标准。此后，其他地区陆续加快标准实施进程，到2015 年1 月1 日全国338 个地级及以上城市已全面实施该标准。 /p p 　　对比国内外相关法规标准中对于颗粒物及气态污染物监测状态的规定，为与国际通行做法接轨，提高大气环境质量标准的科学性和合理性，此次《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)进行如下修改： /p p 　　(1)将3.14“标准状态 standard state 指温度为273 K，压力为101.325 kPa 时的状态。本标准中的污染物浓度均为标准状态下的浓度。”修改为“参考状态 reference state 指温度为298 K，压力为101.325 kPa 时的状态。本标准中的气态污染物(二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、氮氧化物)浓度均为参考状态下的浓度，颗粒物(粒径小于等于10 μm)、颗粒物(粒径小于等于2.5 μm)、总悬浮颗粒物(TSP)及铅、苯并[a]芘浓度为监测期间实际环境温度和压力状态下的浓度。”即颗粒物浓度监测状态按照实况进行，气态污染物质量浓度的监测状态采用美国现行参考状态。 /p p 　　(2)将5.2 样品采集“环境空气质量监测中的采样环境、采样高度及采样频率等要求，按HJ/T 193 或HJ/T 194 的要求执行。”修改为“环境空气质量监测中的采样环境、采样高度及采样频率等要求，按HJ/T 193 或HJ/T 194 的要求执行。对于颗粒物(粒径小于等于10 μm)、颗粒物(粒径小于等于2.5 μm)、总悬浮颗粒物(TSP)及铅、苯并[a]芘的监测，应同时记录监测期间的温度、压力、湿度等气象参数。”明确对颗粒物或以颗粒态存在的铅、苯并[a]芘进行监测时应记录气象参数，与发达国家做法一致，有效支持对空气质量数据对比分析。 /p p & nbsp /p

p 来自Postnova Analytics英国实验室的讯息： /p p 　　 strong Postnova Analytics发布了一份新海报，比较了两种用于测定单克隆抗体物理化学及生物物理学性质的测试方法——电场流及非对称场流分离色谱法(EAF4-Electrical Asymmetrical Flow Field Flow Fractionation)和体积排阻色谱法(SEC-Size Exclusion Chromatography)的适用性。 /strong /p p style=" text-align: center " strong img title=" 复杂单克隆抗体的对比分析.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/c124cda4-465c-4088-99f8-7208b46db509.jpg" / /strong /p p 　　据美国国家标准与技术研究院(NIST-U.S. National Institute of Standards and Technology)的工作所述，一种参比单克隆抗体(RM 8671 mAb)，被用于比较EAF4-UV-MALS(多重散射聚焦系统Multi Astigmatism Lens System)与SEC-UV-MALS之间分离量化、聚合量化及恢复参数的差异。NIST的这种mAb为治疗用蛋白质表征这一新技术的发展提供了一种代表性的检测分子。 /p p 　　该海报阐述了EAF4模组如何将抗体及蛋白质分子大小与表面电荷特性(电泳迁移率)的同时测量变为可能。FFF(场流分离色谱Field Flow Fractionation)系统测量显示蛋白质/抗体的聚集只占注入总量的10%，且无聚集体被SEC检测到。研究人员总结到，FFF的开放通道设计会顾及相比SEC更好的注入物的复原，这对于追求量化少量聚集体而言至关重要。 /p p 　　Postnova Analytics的EAF4技术独创性地将电场流分离色谱和非对称场流分离色谱的原理融合在同一系统中。在EAF2000系统中，电场流和交叉场流被同时应用于FFF通道，通过粒子不同的电泳迁移率，使得按粒子大小与电荷进行色谱分离成为可能。这两种强大分离技术在一个单独平台上的结合，为表征复杂的蛋白质、抗体、病毒，以及环境和带电纳米粒子或高分子打开了大门，而其他技术已证明了这一问题是多么棘手。 /p