工業數字射線檢測(CR與DR)的實驗室能力認可

丁 杰，韓麗娜，倪培君，王曉勇，翟蓮娜，劉麗東，潘 鋒，郭 淼

(1.上海材料研究所，上海 200437；2.中國兵器科學研究院寧波分院，寧波 315103；3.湖北三江航天江北機械工程有限公司，孝感 432000；4.中國合格評定國家認可中心，北京 100062)

隨著射線檢測技術數字化和智能化的快速發展以及該技術在我國航天、航空、核電、軍事、特種設備、汽車制造等領域的大量應用，越來越多的無損檢測機構申請了工業數字射線檢測(CR與DR)的實驗室認可。中國合格評定國家認可委員會(CNAS)目前使用的認可準則在無損檢測領域的應用說明側重于常規無損檢測技術能力的認可評價，國外最早從事實驗室認可的專業綜合機構澳大利亞國家認可機構(NATA)已開展了數字射線認可，但未見其發布如何開展數字射線認可評審的指導文件，因此CNAS迫切需要開展工業數字射線檢測能力認可評審技術研究。筆者從工業射線檢測技術分類、計算機射線照相(CR)和數字射線成像(DR)人員資格、設備性能評價和能力評價等方面探討了數字射線認可技術。筆者認為，應從人員要求、環境條件、設備配置及性能指標、檢測方法和工藝過程、結果評定、質量監控等方面評價數字射線檢測的實驗室能力。

1 數字射線檢測方法表述

2015年CNAS發布了標準CNAS-AL06:2015《實驗室認可領域分類》。檢測方法代碼中射線檢測的代碼為01，且沒有再對射線檢測的具體類別進行細分。從已獲認可的機構名錄中可以看出，射線檢測新技術的項目名稱較多，同一檢測技術可能有多種名稱，不利于查詢同一檢測能力在國內檢測機構的分布情況。

隨著射線檢測技術的發展，國內外已經發布了眾多射線檢測技術標準，射線檢測技術已形成了較完整的體系，不同標準對人員、設備和檢測的要求各不相同。以無損檢測國際標準化組織(ISO/TC 135)為例，各種射線檢測技術標準均由射線檢測(RT)分技術委員會(ISO/TC 135/SC5)歸口管理。射線檢測方法被細分為多種檢測技術，具體技術分類和輸出媒質如表1所示。

表1 射線檢測方法分類和輸出媒質

筆者建議對射線檢測新技術方法分類進行修訂，獨立形成下一層級代碼，有利于識別各種技術的人員要求、設備管理和方法確認。

根據CNAS官網的已獲認可機構相關信息，申請CR技術能力認可的實驗室有3家，申請DR技術能力認可的實驗室有8家。從檢測實驗室行業分布看，主要集中在特種設備、機械制造、有色金屬、軌道交通、中科院等領域。獲得DR認可最多的是標準NB/T 47013.11-2015 《承壓設備無損檢測 第11部分：X射線數字成像檢測》，共有7家實驗室獲得認可，其次是標準ISO 10893-7:2019 《鋼管無損檢測 第 7 部分：用于檢測缺陷的焊接鋼管焊縫的數字射線照相檢測》，有3家實驗室獲得認可。

2項儀器性能標準GB/T 21355-2008 《金屬材料 彈性模量和泊松比試驗方法》和GB/T 21356-2008 《無損檢測 計算機射線照相系統的長期穩定性與鑒定方法》也有實驗室申請認可，但這兩項標準的檢測對象是儀器設備，非標準CNAS-AL06:2015中一二級代碼指定的無損檢檢測對象。在審核時應注意識別合適的檢測方法標準。

2 CR和DR檢測人員能力

2018年CNAS發布標準CNAS-CL01-A006:2018《檢測和校準實驗室能力準則在無損檢測領域的應用說明》，其中6.2.2(3)節規定了檢測工作人員應具有所從事無損檢測專業的Ⅱ級人員資格。

人員是無損檢驗檢測機構的重要資源也是獲得有效、可靠檢測結果的重要因素。實驗室應識別其風險，并進行有效控制。實驗室應確保檢測人員能勝任無損檢測技術工作。其主要內容包括:檢測人員是否會使用儀器設備，操作是否正確；檢測人員是否正確選擇樣品，標識是否正確；檢測人員是否正確選擇方法，熟練與否；檢測人員是否正確設置環境條件，監控與否；檢測人員檢測得到的數據和結果有沒有進行自查。檢測人員是否獲得充分的檢測技術培訓，是否取得相應檢測技術證書，是機構授權檢測人員的重要基礎。

目前，CR和DR檢測人員資格鑒定和認證已逐漸與常規射線照相檢測技術的人員認證分離。2019年，國家市場監督管理總局頒布了特種設備安全技術規范TSG Z8001-2019 《特種設備無損檢測人員考核規則》。該規范修改了原有的射線檢測的持證類型，細化為“射線膠片照相檢測(RT)”和“射線數字成像檢測(RT-D)”。其中，“射線數字成像檢測(RT-D)”只設II級，考核涉及的檢測標準主要為NB/T 47013.11-2015和NB/T 47013.14-2016 《承壓設備無損檢測 第14部分：X射線計算機輔助成像檢測》。

采用標準GB/T 9445-2015 《無損檢測 人員資格鑒定與認證》等同采用標準ISO 9712:2012 《無損檢測 人員資格鑒定與認證》。GB/T 9445-2015第1章給出了該標準的認證涵蓋方法，明確該標準適用于射線照相檢測。2017年4月，無損檢測國際標準化組織人員資格分技術委員會(ISO/TC135/SC7)秘書處啟動ISO 9712:2012復審投票。2017年9月，ISO/TC135/SC7秘書處發布復審投票結論。復審結論表明所有P成員國參加成員和O成員國(觀察者)反饋非常積極，全球范圍內收到共計364條修訂意見。復審結論為修訂ISO 9712:2012，由加拿大主導修訂并組建工作組，修訂周期為36個月，工作組組長為ISO/TC135/SC7主席。秘書處同時將364條復審意見劃分成7個任務方向，組建7個任務組，任命各任務組召集人員并分頭組建任務團隊，處理修訂意見。ISO/TC 135/SC7秘書處召集全體P成員國和O成員國代表分別召開新加坡會議、瑞典哥德堡會議、美國休斯頓會議和加拿大埃德蒙頓工作會議，聽取并討論修訂組對標準ISO 9712：2012的復審意見處理和標準條款更新。目前ISO 9712項目組正向ISO項目經理申請將該項目轉到征求意見(DIS)階段。

目前ISO/CD 9712草案稿增加了資料性附錄F“檢測技術要求”。附錄F給出了射線檢測方法下4個檢測技術的限制范圍、縮略語和不同等級培訓時間要求。這4個檢測技術分別為膠片射線照相(Film Radiography)、射線數字成像(Digital Radiography)、計算機層析成像(Computed Tomography)和計算機射線照相(Computed Radioscopy)。ISO/CD 9712草案稿雖然不是最終發布的正式版本，后續ISO 9712項目組還會對其進行修改草案稿，但是此版草案稿已釋放出射線檢測即將細分不同檢測技術并進行資格鑒定和認證的強烈信號，可為無損檢測人員更好地應用ISO/TC135/SC5歸口管理的射線檢測標準做好人員能力支撐。

CNAS開展了質量管理體系(QMS)認證和產品認證服務，并成為國際認可論壇的多邊互認(IAF MLA)成員。但CNAS未開展無損檢測人員認證，也未在國際認可論壇多邊互認框架內互認人員認證服務。

從事CR、DR檢測的人員，不僅需要掌握常規射線膠片照相檢測的知識，還需要具備CR、DR檢測的相關的技能。因此，膠片射線照相檢測的培訓已不能滿足CR、DR檢測的要求。根據目前國內外已出現逐漸將CR、DR檢測與常規膠片射線照相檢測的人員資格鑒定和認證進行分離的現狀與趨勢，建議僅具有膠片射線照相檢測培訓經歷及資格證書的人員，不可視為其具有CR、DR檢測能力，應將兩者區分開。原則上檢測人員在具備了膠片射線照相檢測2級培訓經歷及資格證書的基礎上，再經過CR和DR培訓并取得資格證書，方可認為具備了CR和DR檢測能力。

3 CR和DR檢測設備能力

CR和DR設備多為數字化或一定智能化設備，其開機過程中包含“自校準(Self-Calibration)”功能。“自校準”和“內部校準(In-House Calibration)”是不同的術語。內部校準是指在實驗室或其所在組織內部實施的，使用自有的設施和測量標準，校準結果僅用于內部需要，為實現獲認可的檢測活動相關的測量設備的量值溯源而實施的校準。自校準一般是利用測量設備自帶的校準程序或功能(比如智能儀器的開機自校準程序)或設備廠商提供的沒有溯源證書的標準樣品進行的校準活動，通常情況下，自校準不是有效的量值溯源活動，但特殊領域另有規定除外。實施內部校準的實驗室，應滿足 CNAS-CL01和 CNAS-CL01-A025標準體系的相關要求。CR和DR設備開機中的自校準功能是實驗室實施內部核查的手段之一。

為確保無損檢測數據準確、結果可靠，應以無損檢測數據的量值溯源為基礎。標準CNAS-CL01:2018的6.4.6節規定“當測量準確度或測量不確定度影響報告結果的有效性的設備應進行校準”，6.4.7節規定“實驗室應制定校準方案，并應進行復核和必要的調整，以保持對校準狀態的可信度”。

射線機是射線照相檢測系統、CR和DR檢測系統的重要組成部分，在標準CNAS-CL01-A006:2018的附錄A(規范性附錄)中針對射線照相檢測的射線設備明確規定了曝光曲線至少每年核查一次，以及更換重要部件或維修后需及時核查的要求，該要求還應繼續保留,同時建議對檢測結果有重要影響的焦點尺寸、輸出管電壓等參數進行核查。IP(成像板)掃描儀是CR檢測系統的重要組成部分，替代了射線照相檢測的暗室，掃描儀的性能和使用穩定性直接影響到獲得的圖像質量。DDA(數字探測器陣列)是DR檢測系統的重要組成部分，在檢測透照的同時獲得檢測圖像。表2為涉及到CR設備性能評價的標準，表3為涉及到DR設備性能評價的標準。表4為CR設備性能參數在各標準中的分布。表5為DR設備性能參數在各標準中的分布。

表2 涉及到CR設備性能評價的標準

表3 涉及到DR設備性能評價的標準

計算機射線照相和射線數字成像技術的輸出結果為數字化圖像。影響數字化圖像質量的3個基本參數分別為對比度、空間分辨率和信噪比。對比度表征檢測圖像在射線透照方向細節的分辨能力；空間分辨率表征檢測圖像在垂直射線透照方向細節的分辨能力；信噪比是檢測圖像的信號與噪聲之比，直接關系到檢測圖像可實現的對比度[1]。表4和表5也驗證了這3個基本參數的重要性。

表4 CR設備性能參數在各標準中的分布

表5 DR設備性能參數在各標準中的分布

膠片射線照相檢測技術與CR和DR檢測技術基于相同的檢測原理，所不同的是CR和DR檢測技術采用數字探測器替代了膠片。因此，在控制底片黑度和對比度的基礎上，CR和DR增加了圖像空間分辨率和信噪比的質量控制要求。標準GB/T 3323.2-2019 《焊縫無損檢測 射線檢測 第2部分:使用數字化探測器的X和伽馬射線技術》和ISO 17636-2:2013 《焊縫無損檢測 射線檢測 第2部分:使用數字化探測器的X和伽瑪射線技術》中的7.9節提出了、質量控制技術和基本要求。

2015年ILAC(國際實驗室認可合作在組織)《無損檢測認可指南》草案稿中規定了實驗室應監控射線機焦點的變化。射線圖像的像質和分辨率很大程度上取決于焦點的特性，尤其是尺寸和射線強度的二維分布。標準GB/T 25758.1～25758.5《無損檢測 工業X射線系統焦點特性》描述了5種不同的測量方法，可滿足焦點尺寸測量的不同需求。

4 CR和DR檢測質量監控能力

為確保CR和DR檢測結果的有效性，實驗室應制定質量監控程序，編制質量監控方案和計劃，以及時發現檢測風險并采取有計劃的措施加以糾正。質量監控可以分為內部質量監控和外部質量監控兩種。標準CNAS CL01:2018的7.1.1節列舉了11種內部質量監控方法，7.1.2節列舉了2種外部質量監控方法。

當需要利用期間核查來保持對設備性能的信心時，應按程序進行核查。期間核查和檢定、校準的主要差異如表6所示。膠片射線照相檢測技術和質量控制的要素主要是“人”的能力和經驗，而CR和DR檢測技術及質量控制的要素在“人”的基礎上更加側重于檢測系統的硬件和軟件能力，實驗室在制定質量監控方案過程中，應注重測量設備的功能核查和期間核查。針對CR和DR檢測技術，GB/T 35388-2017 《無損檢測 X射線數字成像檢測》要求設備的核查周期不超過12個月。當設備和安裝有改變時(如更換或維修射線源或探測器)，檢測過程中設備或圖像質量有明顯異常時，或設備停止使用超過30 d后重新使用時，應對設備進行性能核查。

表6 期間核查、校準和檢定的主要差異

IP板掃描儀的性能和使用穩定性直接影響到獲得的圖像質量，標準GB/T 21356-2008 《無損檢測 計算機射線照相系統的長期穩定性與鑒定方法》的4.4條規定，定期使用CR板對掃描儀進行期間核查，核查周期可根據使用頻率確定，維修、升級或改造后的掃描儀應及時核查，4.4.6條規定長時間使用后，應每年對掃描儀進行核查；IP板作為成像的載體，其使用頻率影響到使用性能，標準QJ 3292A-2020 《固體火箭發動機燃燒室殼體焊縫數字成像檢測方法》的8.1.3條規定IP表面質量及性能核查一般每3個月進行一次；IP和IP掃描儀的性能的期間核值應納入實驗室內部質量控制活動中；在CR檢測技術應用過程中，每次檢測前應對檢測軟件中的尺寸測量功能進行核查，并使用標準器具(如雙線型質計)進行校準。

按照比GB/T 35388-2017 《無損檢測 X射線數字成像檢測檢測方法》要求的DDA探測器核查周期應不超過12個月，并在維修、圖像質量明顯異常、停止使用30 d情況下應對其進行核查，標準QJ 3292A-2020規定每6個月對探測器性能進行一次核查，探測器的性能核查應為實驗室內部質量監控開展的期間核查；在DR檢測技術的應用過程中，按照標準QJ 3292A-2020的6.18節和GB/T 3323.2-2019的7.9.2和7.9.3節規定，每次檢測前應對探測器成像本底圖像和壞像素進行核查，必要時應按照制造商推薦的程序校正探測器，包括偏置校正、增益校正和壞像素校正等，每次檢測前應使用標準器具(如雙絲型像質計)對檢測軟件中的尺寸測量功能進行核查。

實驗室制定外部質量監控方案時，不僅要考慮CNAS-RL02：2018 《能力驗證規則》中對無損檢測領域能力驗證的最低要求，還應充分考慮CR和DR技術的先進性，建議檢測人員定期參加已獲CNAS認可的能力驗證提供者(PTP)發布的CR和DR能力驗證活動，不應用常規射線檢測的能力驗證代替先進數字射線檢測的能力驗證活動。顯然，實驗室參加射線照相能力驗證或測量審核獲得滿意，不等于實驗室CR和DR能力驗證或測量審核滿意。

5 結語

CR與DR體現了射線檢測數字化、圖像化和智能化的發展方向。通過識別不同的標準，明確關鍵崗位人員資格鑒定和認證、設備性能核查、檢測過程質量監控、現場審核等關鍵要素，能夠確保無損檢測機構更加有效地實施質量管理，保證新技術檢測結果可靠，降低實驗室實施新技術檢測的運行風險，提升質量安全，推動結果互認，傳遞信任，促進射線檢測技術的發展。