ISO 15708-22025 非破坏性测试 - 计算机断层扫描的辐射方法 - 第2部分原理 设备和样品标准立项发展报告

非破坏性测试——计算机断层扫描的辐射方法第2部分：原理、设备和样品标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Non-destructivetesting—Radiationmethodsforcomputedtomography—Part2:Principles,equipmentandsamples摘要随着工业制造、航空航天、新能源及文物保护等领域对材料内部结构检测精度要求的不断提升，工业计算机断层扫描（IndustrialComputedTomography,ICT）技术已成为无损检测领域发展最为迅速、技术含量最高的分支之一。为统一全球范围内工业CT检测的技术规范和操作准则，国际标准化组织（ISO）于2025年1月14日正式发布了ISO15708-2:2025《非破坏性测试——计算机断层扫描的辐射方法——第2部分：原理、设备和样品》。本标准作为ISO15708系列标准的重要组成部分，系统规定了工业计算机断层扫描的基本原理、设备组成与性能要求、样品制备与适用范围，并取代了此前ISO15708-2:2017版本。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订要点、国内外对标情况及主要参与单位进行了全面分析，旨在帮助行业从业者深入理解最新国际标准的技术内涵，推动我国无损检测技术标准化工作与国际接轨，并为相关国家标准和行业标准的制修订提供参考依据。关键词：无损检测；计算机断层扫描；辐射方法；国际标准；设备校准；样品制备；标准化Keywords:Non-destructivetesting;Computedtomography;Radiationmethods;Internationalstandards;Equipmentcalibration;Samplepreparation;Standardization1引言非破坏性测试（Non-destructiveTesting,NDT）技术在现代工业质量控制和材料科学研究中占据着不可替代的地位。其中，计算机断层扫描（ComputedTomography,CT）技术凭借其能够在不破坏被测对象的前提下，获取物体内部三维结构和密度分布信息的独特优势，已在航空航天、汽车制造、电子元器件检测、医疗器械验证、地质勘探以及文化遗产保护等领域获得广泛应用。尤其是随着高精度工业CT设备性能的持续提升，其在尺寸计量、缺陷识别和材料表征方面的应用深度不断拓展，已逐渐成为高端制造领域质量保障体系中不可或缺的关键技术手段。然而，工业CT技术的检测结果受设备参数设定、扫描方案设计、图像重建算法以及样品制备质量等多种因素的综合影响，不同设备、不同操作人员、不同实验室之间的检测结果往往存在显著差异。为有效解决这一问题，建立科学统一的技术标准已成为国际无损检测领域的共识。国际标准化组织无损检测技术委员会（ISO/TC135）下属的辐射方法分技术委员会（SC5）自2002年起组织制定ISO15708系列标准，旨在为工业CT技术的规范化应用提供系统性的国际标准支撑。在此背景下，ISO15708-2:2025作为该系列标准中的核心部分，重点聚焦CT技术的基本原理、设备总体要求和样品制备规范，为整个工业CT标准化体系奠定了坚实的技术基础。2标准立项背景与需求分析2.1技术发展驱动工业CT技术在近二十年经历了从传统二维射线照相向高分辨率三维体积成像的跨越式发展。当前，微焦点和纳米焦点X射线源技术已实现亚微米级空间分辨率的成像能力，光子计数探测器和双能CT技术为材料区分和伪影抑制提供了新的解决路径，而基于深度学习的迭代重建算法更是大幅改善了低信噪比条件下的图像质量。与此同时，CT设备在工业生产线上的在线实时检测应用也对标准的时效性和适用性提出了新的要求。上述技术进步使得原有的ISO15708-2:2017版本中的部分技术内容已难以全面覆盖当前CT技术的最新发展趋势，亟需进行系统性修订和补充。2.2应用需求驱动近年来，增材制造（3D打印）技术的工业化应用加速了对高精度无损检测标准的需求。增材制造零件的内部缺陷（如气孔、未熔合、裂纹等）对构件力学性能的影响极为显著，而这些内部缺陷恰恰是传统超声和涡流检测方法难以有效识别的，工业CT几乎成为唯一可行的检测手段。此外，电动汽车动力电池的电芯内部结构检测、半导体封装器件的焊点质量评估、航空航天复合材料构件的孔隙率测量等新兴应用场景，均对CT检测标准的系统性和可操作性提出了更高要求。本标准正是在这一系列迫切行业需求的推动下完成了修订升级。2.3国际标准协调需求ISO15708系列标准需要在全球范围内被各国广泛采纳和引用，其内容必须与ISO9712（无损检测人员资格鉴定）、ISO19232（射线照相图像质量）等关联标准保持高度协调一致。同时，随着中国、德国、日本等制造业强国在工业CT领域技术能力的快速提升，国际标准中需要更充分地考虑不同国家的技术特点和使用习惯，以增强标准的全球适用性。3标准主要内容ISO15708-2:2025标准共分为以下几大核心章节，涵盖了工业CT检测中从基本原理到实际操作的全链条技术要求。3.1范围标准明确规定其适用于工业计算机断层扫描系统中辐射成像方法的技术原理描述、设备性能要求和样品适用范围的界定。标准的适用范围涵盖：使用X射线或γ射线作为辐射源的工业CT系统，涵盖从微焦点纳米CT到大型高能CT的各类设备；在二维投影采集后通过数学算法重建三维体积图像的所有CT检测方法；以及适用于不同材料体系和几何形状的检测样品。标准同时指出其不适用于医学CT设备以及射线照相直接成像（非重建方法）的应用场景。3.2规范性引用文件标准引用了若干国际标准文件，包括ISO15708-1（辐射方法和CT的一般原则）、ISO9712（无损检测人员资格鉴定与认证）、ISO19232系列（射线照相图像质量指示器）、IEC61223（医学成像设备的验收测试——适用于相关工业CT的分则）以及ISO14442（无损检测——工业X射线设备焦点尺寸的测量方法）等，保障了标准之间的协调配套关系。3.3术语和定义该章节全面系统地定义了工业CT技术领域的核心术语，包括但不限于：扫描（Scan）、投影（Projection）、切片（Slice）、体素（Voxel）、空间分辨率（SpatialResolution）、对比度分辨率（ContrastResolution）、伪影（Artifact）、重建（Reconstruction）、感兴趣区域（RegionofInterest,ROI）、扇束扫描（Fan-beamScan）和锥束扫描（Cone-beamScan）等。新版本对部分术语定义进行了更新，以适应多能CT、相衬CT等新兴技术的表述需求。3.4基本原理作为标准的核心技术章节，基本原理部分对计算机断层扫描的图像形成过程进行了系统阐述。X射线或γ射线辐射源发射的射线束穿透被检测样品后，由于样品内部不同位置的材料对射线的衰减程度不同，因而在探测器上形成表征样品内部衰减系数空间分布的投影图像。通过围绕样品进行多角度的旋转扫描采集，获取覆盖360°或180°范围的序列投影数据，再通过滤波反投影（FilteredBackProjection,FBP）或迭代重建（IterativeReconstruction,IR）等数学算法，计算出样品每个体素位置的线衰减系数值，最终重建出样品内部结构的三维图像。标准重点强调了重建质量的关键影响因素，包括投影数量（即扫描角度采样密度）、单次投影的曝光条件（管电压、管电流、积分时间）、探测器像素尺寸与系统几何放大倍率、射线束硬化效应及其校正方法，以及散射辐射的抑制策略等。新版标准还将基于深度学习的重建算法纳入讨论范畴，指出人工智能方法在低剂量成像条件下的伪影抑制和分辨率提升方面的潜力。3.5设备要求设备要求章节对工业CT系统的主要组成部件提出了明确的技术要求和性能指标，具体包括以下方面：3.5.1X射线源系统标准对X射线源的焦点尺寸、最大管电压和管电流范围、射线输出稳定性（时间稳定性及短期重复性）、固有滤波和附加滤波特性等均提出了明确规定。对于微焦点和纳米焦点射线源，标准强调了焦点尺寸随功率变化的关系以及其对几何不清晰度的影响。γ射线源则对活度、比释动能率和半衰期等指标提出了要求。3.5.2机械扫描系统标准规定样品台应具备至少四个运动自由度（X、Y、Z平移及旋转），大型系统还应具备倾斜轴等附加自由度。关键指标包括：旋转台的回转精度（轴向跳动和径向跳动）、定位重复精度、平移轴的直线度及运动速度稳定性等。对于高精度计量级CT系统，标准建议旋转定位误差不得大于系统几何不清晰度的三分之一。3.5.3辐射探测器标准涵盖了对闪烁体探测器、气体探测器和光子计数探测器等不同类型探测器的技术要求。主要包括探测器量子效率（DQE）、动态范围、线性响应特性、像素尺寸及阵列规模、像素缺陷率（坏点比例）和读出速度等性能参数。新版本特别增加了对光子计数探测器在能量分辨能力方面的指标建议。3.5.4图像重建与处理系统标准对重建计算机的硬件配置、重建算法选择原则、图像数据类型与精度（通常为16位或32位浮点）、重建切片厚度定义以及图像伪影校正功能（包括射束硬化校正、环状伪影校正、金属伪影抑制等）提出了功能层面的要求。同时，对检测数据的存储格式（推荐采用DICONDE格式或开放型HDF5格式）和存档规范进行了推荐。3.6样品要求样品章节细化了适用检测的样品类型及相应的制备和安装要求。标准从被测对象的材料构成（金属、非金属、复合材料、陶瓷等）、几何尺度（毫米级至米级）、密度差异和结构复杂程度四个维度对样品进行了分类，提出了不同类别样品的适配检测策略建议。针对样品制备，标准规定了样品尺寸应适配射线能量和探测器视场的匹配原则、样品表面清洁度和包装材料对射线吸收的影响评估方法、以及多零件组合样品的固定与定位规范。特别地，标准强调了在扫描过程中防止样品运动伪影的关键措施，以及对于含水或挥发性成分样品在扫描过程中的环境保护要求。3.7检测实施一般要求新版标准还增加了检测实施的一般性指导内容，包括检测方案设计的系统性流程（检测目的确定→标准器具选择→参数优化→试验性扫描→正式数据采集→图像重建与分析→结果报告）、检测记录的保存要求以及报告应包含的关键信息要素（设备型号、检测参数、图像质量指标、结果判定依据等），为操作人员提供了更全面的工作指引。4标准修订要点对比分析与ISO15708-2:2017相比，2025版标准在以下关键方面进行了实质性修订和技术升级：第一，探测技术方面。2017版标准主要基于传统积分型探测器的技术背景，对探测器性能的描述较为有限。2025版则新增了光子计数探测器（PhotonCountingDetector）的完整技术条款，对其能量分辨能力、计数率特性及其在多能CT成像中的优势进行了详细阐述。第二，重建算法方面。新版本正式将迭代重建和基于人工智能的深度重建方法纳入标准技术视野，不再局限于传统解析重建算法。这一修订反映了CT图像重建领域近年来突飞猛进的技术进步，也为后续AI辅助检测标准的制定奠定了基础。第三，计量溯源方面。2025版强化了CT检测结果的计量溯源性要求，将尺寸测量不确定度评估的参考内容更具体化，并与ISO15708-1中关于CT计量性能验证的内容形成了更紧密的衔接。标准还增加了CT系统定期性能核查（PeriodicPerformanceVerification）的推荐项目和周期建议。第四，标准结构方面。标准在章节结构上进行了优化重组，将原分散在多个章节中的样品相关要求整合为独立的“样品要求”章节，并新增“检测实施一般要求”章节，使标准的逻辑性和操作性得到显著提升。5标准与国内外相关标准对比分析5.1国际标准层面的协调ISO15708-2:2025与ISO15708系列其他部分（第1部分：一般原则；第3部分：操作和解释指南；第4部分：计量学和CT测量不确定度评估）共同构成了工业CT检测的完整国际标准体系。本部分作为原理和设备层面的基础标准，与第3部分的实践操作指南和第4部分的计量学内容形成了“原理—操作—计量”三位一体的有机整体，共同为工业CT检测的可比性和可复现性提供标准化保障。5.2我国标准对标情况我国目前与工业CT直接相关的标准主要包括GB/T35389-2017《无损检测X射线计算机断层扫描检测方法》和GB/T37121-2018《无损检测工业计算机断层扫描检测通用要求》等国家标准。与ISO15708-2:2025相比，我国现有标准在设备性能量化指标、系统验收测试规范、探测器性能要求等方面仍存在一定差距。尤其是光子计数探测器、深度学习重建等前沿技术内容的标准化尚需加快推进。因此，将本国际标准及时转化为我国国家标准或行业标准，对提升我国工业CT技术的规范化水平具有重要的现实意义。6主要参与制修订单位——德国弗劳恩霍夫集成系统与器件技术研究所在ISO15708-2:2025的制修订过程中，来自德国弗劳恩霍夫协会集成系统与器件技术研究所（FraunhoferInstituteforIntegratedSystemsandDeviceTechnology,FraunhoferIISB）的专家承担了核心技术内容的起草工作，在国际标准制修订中发挥了突出的引领作用。弗劳恩霍夫IISB研究所隶属于欧洲最大的应用科学研究机构——德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会（Fraunhofer-Gesellschaft），该协会下设76个研究机构，拥有超过3万名科研人员。IISB研究所位于德国埃尔朗根市，专注于功率电子、集成系统和无损检测技术领域的研究与开发，在工业X射线检测与CT成像技术方面具有深厚的学术积累和工程实践经验。在ISO15708-2:2025的修订过程中，FraunhoferIISB的专家团队牵头承担了以下关键工作：一是基于其在X射线探测器物理和成像系统设计方面的前沿研究成果，主导拟定了光子计数探测器性能要求的技术条款；二是凭借其在高精度工业CT系统开发中积累的大量实测数据，为设备机械精度指标的设定提供了科学依据；三是协调了来自中国、日本、美国、法国、英国等十余个国家的标准化专家意见，在技术先进性与全球适用性之间实现了有效平衡。此外，FraunhoferIISB还在推进CT技术标准化成果的工程转化方面发挥着桥梁作用，其研发的多项CT检测方案已在汽车轻量化结构件检测、功率半导体器件封装质量评估等领域获得实际应用。其在标准化工作中的深度参与，不仅提升了国际标准的技术含量，也为德国工业CT装备制造企业保持全球技术领先优势提供了重要的标准支撑。7标准应用价值与实施建议7.1应用价值ISO15708-2:2025的发布实施为全球工业CT检测领域提供了统一的技术语言和规范框架，其核心应用价值体现在以下方面：首先，统一了设备性能描述和验证的指标体系，为设备采购方的选型和技术验收提供了客观依据，有助于减少因设备性能表述不一致导致的商业纠纷和技术风险；其次，规范了检测样品制备和实验设计的通用要求，为跨实验室间的检测结果比对和能力验证活动提供了前提条件，推动了检测数据的互认；第三，为工业CT在增材制造质量评价、动力电池安全检测等新兴领域的应用提供了基础性的技术规范支撑。7.2实施建议针对我国相关行业企业和检测机构，提出以下实施建议：一是建议相关标准化技术机构尽快启动ISO15708-2:2025的本国标准转化工作，在充分考虑我国装备技术水平的基础上等同采用或修改采用；二是建议拥有工业CT设备的第三方检测实验室和企业内部实验室，对照新版标准对现有设备进行了性能核查与技术升级；三是建议无损检测人员培训机构和资格认证机构，及时将新版标准的技术内容纳入培训教材和考核大纲；四是建议行业主管部门在制定检测方法标准和产品验收规范时，积极引用本标准的相应技术条款。8结论与展望ISO15708-2:2025的正式发布是国际无损检测标准化进程中的一个重要里程碑。该标准以其系统完整的技术框架、紧跟前沿的修订内容和严谨规范的技术表达，为全球工业计算机断层扫描技术的规范化应用提供了权威性的基础指导。标准在探测器技术、重建算法和计量溯源等关键维度上的