近年來，隨著工業CT技術及CNAS(中國合格評定國家認可委員會)實驗室認可工作的開展，申請工業CT檢測能力認證的實驗室日趨增多，這對工業CT技術能力的評審和確認提出了新要求。由于現有標準CNAS-CL01-A006:2018《檢測和校準實驗室能力在無損檢測領域的應用說明》沒有針對工業CT等新技術制定相應的評審規定，且國外沒有現成的經驗可以借鑒，所以在實際評審中存在評審過程針對性不強、技術能力確認結果有偏差、評審尺度掌握不一致等問題。
因此，急需對工業CT檢測技術能力認可的關鍵環節進行研究，提出工業CT檢測技術實驗室認可的政策和建議，提高認可工作的科學性和有效性。
1 工業CT實驗室認可的基本情況
據粗略估計，目前國內擁有工業CT檢測設備的單位超過400家，在役的各類工業CT檢測設備總數在600臺以上。
目前與工業CT檢測相關的標準有40多項，包括國際標準(ISO)4項，美國材料試驗協會標準(ASTM)8項，國家標準(GB)20項，國家軍用標準(GJB)3項，行業標準(HB、QJ、WJ等)12項。標準的類型有技術導則、檢測方法、設備性能測試方法等。
目前國內只有11家實驗室通過了CNAS工業CT技術能力認可。申請依據標準GJB 5312-2004《工業射線層析成像(CT)檢測》進行認可的實驗室最多，共有9家;其次是GB/T 29070-2012《無損檢測 工業計算機層析成像(CT)檢測 通用要求》，共有3家。其他如ASTM E1570-19《扇形束計算機層析成像(CT)檢查的標準規程》、GJB 5311-2004《工業CT系統性能測試方法》、HB 20118-2012《航空發動機用電子束焊接接頭工業射線層析成像(CT)檢測方法》等標準也有個別實驗室通過了認可。
目前在用標準CNAS-AL06:2015《實驗室認可領域分類》的第11大類為無損檢測，對工業CT技術沒有專門分類。雖然CNAS在無損檢測領域有不少專業的技術評審員，但熟悉工業CT技術的評審員所占比例較少，在評審員領域代碼中也難以識別。
2 工業CT檢測人員能力要求
1 人員資格要求
按照標準CNAS-CL01:2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》6.2.2節的要求，實驗室應將影響實驗室活動結果的各職能要求制定成文件，包括對教育、資格、培訓、技術知識、技能和經驗的要求。通常要求無損檢測人員在經過資格認證后，才能從事與取得的資格級別相應的檢測工作。
標準GB/T 9445-2015(ISO 9712:2012) 《無損檢測人員資格鑒定與認證》沒有覆蓋工業CT技術。近年來，隨著工業CT技術的應用，國際的工業CT檢測標準對人員資格提出了要求，如標準ISO 15708-3:2017《無損檢測 工業射線計算機層析成像檢測 第3部分: 操作和解釋》4.5.2節規定了CT圖像分析應由有資格的人員來完成。
目前，ISO 9712-2012人員資格認證標準正在修訂之中，據了解，標準ISO/CD 9712-2012草案已將射線檢測分為膠片照相、計算機層析成像(CT)、數字射線成像(DR)及計算機X射線攝影(CR)等4個專業，標志著CT檢測專業在不久的將來也將納入人員資格認證范圍。
我國工業CT檢測國家標準、軍用標準和行業標準都規定了工業CT檢測人員需取得相關資格證書的要求，如標準GB/T 36232-2018《焊縫無損檢測 電子束焊接接頭工業計算機層析成像(CT)檢測方法》、GJB 5312-2004等。
2 人員資格認證情況
2002年11月，國防科工委發布了標準GJB 9712-2002《無損檢測人員資格鑒定與認證》，首次把計算機層析成像檢測納入人員資格認證范圍，并在寧波建立了培訓基地。
標準GJB 9712A-2008《無損檢測人員資格鑒定與認證》進一步完善了工業CT檢測人員資格認證要求。
2003-2015年，國防無損檢測鑒認委面向國防工業領域累計舉辦了13期工業CT培訓班，頒發CT專業Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ級證書超過400張。
2016年，政府機構改革和職能轉變，國防無損檢測鑒認委不再開展無損檢測人員資格認證工作，為了滿足工業CT無損檢測人員培訓和資格認證需要，2017年以來，航空、航天、軍工等行業以及無損檢測學會按照“統一培訓，分別認證”的模式，在寧波聯合舉辦了5期工業CT無損檢測人員培訓班，累計頒發Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ級證書超過350張。
此外，重慶真測公司2008年以來也開展了工業CT專業Ⅰ，Ⅱ級人員培訓工作，累計頒發中國機械工程學會無損檢測分會證書170張左右。
在具體培訓和認證時，各行業又有各自的特點，如航空、航天、中國機械工程學會無損檢測分會將工業CT專業歸為射線檢測類，按照射線檢測RT(CT)進行培訓和認證;軍工行業目前還是執行GJB 9712A-2008標準，工業CT單獨認證;無損檢測分會將工業CT技術門類分為鑄件和焊縫等，航空、航天、軍工等行業則無技術門類之分。
3 工業CT檢測設備要求
1 設備基本配置
工業CT檢測設備主要由射線源、探測器系統、機械掃描系統、重建及可視化系統等組成。與醫用CT不同，大多數工業CT都是根據用戶需求進行定制化設計，設備之間的結構、配置、功能特性、技術指標、軟件等都同。不同射線源和探測器可組成不同的檢測系統，如單源單探(如微焦點射線源+線陣探測器)、雙源單探(如常規射線源和加速器射線源+線陣探測器)、雙源雙探(微焦點射線源和常規射線源+線陣和面陣探測器)等。射線源-機械掃描系統-探測器系統的組合對工業CT系統性能起決定作用，它決定了工業CT檢測試件范圍及可能獲得的信息質量;重建及可視化系統是工業CT系統重要組成部分，它決定了如何在短時間內重建出高質量的CT圖像。
2 設備性能指標
工業CT設備總體性能指標主要包括檢測試件范圍、檢測時間、圖像質量、缺陷檢測能力等。檢測試件范圍指標包括試件材料、尺寸、重量等;檢測時間指標包括掃描及重建時間;圖像質量指標包括空間分辨率、密度分辨率、偽像等;缺陷檢測能力是指發現氣孔、裂紋等缺陷的能力。
工業CT設備總體性能指標是由各子系統的配置和性能指標所決定的，配置不同，功能特性及性能指標也不同。射線源的指標包括射線能量、射線強度、焦點尺寸、劑量穩定性等;探測器指標包括探元尺寸、通道數量、串擾等;數據采集傳輸系統的指標包括信噪比、穩定性、動態范圍、采集速度、一致性等;機械系統指標包括試件范圍(重量、尺寸等)、掃描方式(二代、三代或錐束)、掃描軸的定位精度、重復精度等;重建及可視化系統指標包括重建算法、CPU(中央處理器)運行速度、內存大小、圖像處理功能等。另外，工業CT成像質量受射束硬化、散射、掃描及重建參數等多種因素影響，標定、校正和工藝參數選擇等對最終的圖像質量也有很大影響。
工業CT設備總體性能指標之間通常相互制約，如采用高能直線加速器CT，具有高的射線穿透能力，可以檢測高密度及大尺寸試件，但由于其焦點尺寸通常較大，最終空間分辨率和缺陷檢測能力相對較差。微納焦點CT系統通常有很高的空間分辨率，可以發現小缺陷，但只能檢測幾毫米的小試樣。
3 設備校準及核查要求
CNAS-CL01:2018認可準則對設備校準及核查提出了一系列要求，如設備投入使用或重新投入使用前，實驗室應驗證其符合規定要求;用于測量的設備應能達到所需的測量準確度和(或)測量不確定度，以提供有效結果。
標準ASTM E1570-19和ISO 15708-4:2017 《無損檢測-工業射線計算機層析成像檢測 第四部分：驗證》規定了用于工業CT檢測的設備應經過驗證，在國內外相關檢測方法標準中，對工業CT設備的性能核查也提出了具體要求。
不同工業CT檢測方法標準對設備性能核查的要求如表1所示：
表1 不同標準的工業CT設備性能核查要求
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GJB 5312-2004 |
GB/T 29070-2012 |
ASTM E1570-19 |
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總體 性能 |
- |
- |
定期測量和監控設備參數性能 |
和參考測量結果進行比對，短周期核查(如每周) |
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空間分辨率 |
≥1次/年；安裝調試、維修、更換部件后 |
≥1次/年；安裝調試、維修、更換部件后 |
1次/每周 |
缺陷檢測和尺寸測量應用 |
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密度(對比度)分辨率 |
≥1次/年；安裝調試、維修、更換部件后 |
≥1次/年；安裝調試、維修、更換部件后 |
1次/每周 |
缺陷檢測應用 |
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切片 厚度 |
- |
- |
1次/每周 |
- |
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偽像 |
- |
- |
1次/每周 |
- |
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組件 性能 |
- |
- |
安裝、維修或組件發生變化后 |
組件質量評價或組件變化后，長周期核查(如每年) |
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缺陷檢測能力 |
檢測前進行驗證 |
檢測前進行驗證 |
檢測前進行驗證 |
檢測前進行驗證 |
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尺寸測量能力 |
- |
- |
檢測前進行驗證 |
檢測前進行驗證 |
由表1可以看出，空間分辨率、密度分辨率、缺陷檢測能力等都是核查的重點指標。相比之下，現有國內標準對設備總體性能、組件性能、偽像、切片厚度及尺寸測量等方面的核查要求缺少細化規定。
4 設備性能校準及核查方法
由于目前國內外還沒有統一的工業CT設備校準規范，實際工作中，基本上采用核查的方法對系統性能進行驗證。
不同標準規定的CT設備性能核查方法如表2所示：
表2 不同標準規定的工業CT設備性能核查方法
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核查方法描述 |
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總體 性能 |
對參考樣件進行檢測，比對檢測結果，如缺陷(氣孔、裂紋)、最薄處、最厚處、厚度等，對總體性能進行監控 |
ISO 15708-4:2017 |
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對空間分辨率、密度分辨率等指標進行核查，檢測前對滿足使用要求進行驗證 |
ASTM E1570-19 |
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對空間分辨率、密度分辨率等指標進行核查，檢測前對缺陷檢測能力進行核查 |
GB/T 29070-2012；GJB 5312-2004 |
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最大穿透等效鋼厚度 |
用最大可檢測鋼厚度測試卡進行測試 |
GB/T 37158-2018 |
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空間分辨率 |
圓盤法(MTF)、條形線對卡法、圓孔線對卡法、方孔線對卡法 |
ISO 15708-3:2017；ASTM E1695-2013；GB/T 29069-2012 |
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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 |
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切片 厚度 |
用棱錐體、圓錐體、斜板、螺旋槽等核查 |
ASTM E1570-19 |
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偽像 |
和參考圖像比較 |
ISO 15708-3:2017 |
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觀察均勻圓盤密度變化 |
ASTM E1570-19；GJB 5312-2004 |
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機械 系統 |
使用坐標測量設備(CMMs)檢查移位軸軌跡和定位精度 |
ISO 15708-4:2017 |
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圖像 比例 |
用已知空間結構的高精度球體組合(如球桿、啞鈴)檢查 |
ISO 15708-4:2017 |
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射束軸與探測器的垂直度 |
使用合適的測試樣品(如鎢絲或細針、球體等) |
ISO 15708-4:2017 |
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焦點 |
采用掃描方法、針孔照相機射線照相方法、邊緣方法、小焦點和微焦點X射線管的有效焦點尺寸的測量方法測試；通過比較不同放大倍數下CT掃描獲得的尺寸在規定的誤差范圍之內進行核查 |
ISO 15708-4:2017; GB/T 25758.1-5-2010 |
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射線輸出穩定性 |
通過測量劑量率檢查X射線管輸出的穩定性 |
ISO 15708-4:2017 |
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探測器 |
和交付狀態進行比較核查動態性能。定期核查壞像素。通過一定時間內的強度測量核查輸出穩定性 |
ISO15708-4:2017 |
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重建 |
在重新安裝、更換硬件或升級后，將重建結果和以前的重建結果進行比較 |
ISO 15708-4:2017 |
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可視化 |
在重新安裝、更換硬件或升級后，將可視化和測量結果和以前的結果進行比較 |
ISO 15708-4:2017 |
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缺陷 檢測 |
① 目標特征可檢性的核查(空間分辨率、對比度分辨率、重建、可視化等)； ② 適用性驗證(采用參考試件結合解剖對比進行驗證)； ③ 一致性驗證(重建、CT圖像比例、正弦圖或CT投影序列、系統狀態等) |
ISO 15708-4:2017 |
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對是否滿足檢測要求進行驗證 |
ASTM E1570-19 |
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標準或對比試樣核查 |
GB/T 29070-2012；GJB 5312-2004 |
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尺寸 測量 |
① 尺寸測量能力的核查(空間分辨率、X射線穿透性、三維數據等)； ② 精度驗證(采用可進行測量溯源的參考標準樣品或參考試件進行核查)； ③ 一致性驗證(重建、CT圖像比例、正弦圖或CT投影序列、系統狀態等) |
ISO15708-4:2017 |
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標準對比試樣(空心柱、校準孔陣列、模擬試件)核查。驗證尺寸測量精度的標準樣件要經過校準 |
ASTM E1570-19 |
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標準或對比試樣核查 |
GB/T 29067-2012 |
國內外對空間分辨率、密度(對比度)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、絲型線對卡法、圓孔(方孔)線對卡法等，密度(對比度)分辨率核查方法有圓盤法、密度差法等，但不同測試方法測量結果之間有所差異，其等效性問題還有待深入研究。
缺陷的檢測能力、尺寸測量能力通常要求采用標準(對比)試件、參考標準(物體)比對的方法進行驗證，ISO 15708-4:2017、ASTM E1570-19標準特別規定在用標準試件(或參考標準)用于尺寸測量精度驗證時，應對標準試件(或參考標準)進行計量溯源。
標準ISO 15708-4:2017對CT設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射線焦點尺寸的測量方法。通過定期核查CT系統組件性能的變化，來監控CT系統的穩定性及檢測結果的一致性。
綜上所述，國內外對工業CT的空間分辨率、密度分辨率、缺陷檢測能力、尺寸測量精度等關鍵指標核查方面都有相關測試方法標準，核查的原理大體相同，采用的標準樣件各有特色;新的ISO 15708-4:2017標準對組件性能核查也提供了一些參考方法，國內現有標準對這些內容規定相對較少。
5 設備性能校準及核查建議
工業CT設備組成結構復雜，性能參數多，總體性能受組件性能影響，隨時間的推移，性能指標會發生變化。為此，需要對設備性能進行校準和核查，以滿足檢測方法要求。
工業CT設備在驗收時，廠家一般要進行性能的全面測試，提供設備性能滿足要求的合格證明文件。作為用戶，主要關注和應用相關的性能指標，如檢測等效鋼厚度、空間分辨率、密度分辨率、缺陷檢測能力等。
筆者建議以檢測目標特征為導向，對設備性能進行科學合理的校準和核查。對于直接影響定量檢測結果或進行精度驗證的標準試件(參考標準)應進行定期校準，如空間分辨率測試卡、密度分辨率測試卡、圖像尺寸參考標準件(如啞鈴球)等，校準周期可為1年;對于總體性能、組件性能等應進行核查，核查的項目參數由實驗室根據各自設備的特點及設備使用情況等自行確定，至少應包括以下內容：
① 最大可檢產品等效鋼厚度;
② 最佳空間分辨率;
③ 最佳密度分辨率;
④ 可檢測出的最小缺陷;
⑤ 尺寸測量精度。
4 檢測過程控制要點
工業CT檢測結果除了與人員、設備等資源條件緊密相關外，檢測過程控制也很關鍵，通常包括檢測準備、設備校正、掃描工藝參數選擇、圖像重建及處理、結果解釋及評價等。這些都是現場評審時需要重點關注的要素。
No.1 檢測準備
檢測前需要了解被檢測對象材料的種類、結構、尺寸及檢測詳細要求，編寫工藝規程或工藝卡，并驗證是否可以滿足檢測需求，如能否滿足最小缺陷檢出、能否達到尺寸測量精度等。工藝規程或工藝卡的驗證可以使用標準(對比)試件來進行，其材料、形狀尺寸、缺陷特征等應盡量與被檢樣品相近。
No.2 設備校正
檢測前，需要對設備進行校正(標定)，通常包括探測器暗場及亮場、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、環形偽像等，提高缺陷檢出能力和尺寸測量精度。
No.3 掃描工藝參數選擇
選擇合適的掃描工藝參數，包括射線能量、焦點尺寸、切片位置、切片厚度、掃描視場直徑、濾波方法、散射線校正、掃描時間等。
No.4 圖像重建及處理
選擇合適的重建參數及圖像處理方法，獲得高質量的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比度、亮度的調整，使圖像便于觀察。
No.5 結果的解釋、評價
對圖像進行觀察和分析，識別結構影像、缺陷影像及偽像等。根據圖像上細節特征的像素值、形狀及尺寸等信息，采用相關分析軟件，對圖像目標細節特征進行分析和解釋;根據檢測要求及相關標準對CT圖像目標特征作出定位、定性、定量及符合性等評價。
5 測量不確定度評定
工業CT被廣泛應用于缺陷檢測、尺寸測量、密度表征、逆向重構和孔隙率分析中，在這些應用中，有時需要給出缺陷尺寸、樣品特征尺寸、區域面積、密度、孔隙率等定量檢測結果。按認可準則要求，這些需要給出定量檢測數據的實驗室應有能力評定測量結果的不確定度，在一定的置信概率下保證測量結果的可靠性。
測量不確定度評定方法主要有GUM法、蒙特卡羅法、Globe法等。目前在無損檢測領域應用最多的還是GUM法。GUM法又分為直接評定法和綜合評定法兩類。
工業CT實際應用中可行的方法是綜合評定法，基本思路是將CT成像過程當作一個“黑匣子”， 評定時只關注最終圖像，在正常的檢測條件下，對被檢件進行多次重復性檢測，綜合考慮重復性因素引入的不確定度分量(包括人員、光子統計噪聲、機械系統精度、數據采集、重建算法、圖像顯示等)，在此基礎上再考慮標準試件的不確定度分量和測量標尺等不確定分量等，最后進行合理評定。有關工業CT在尺寸測量不確定評定方面的內容，國內已開展了相關研究工作。
值得注意的是，工業CT設備測量結果會存在系統誤差，為此，檢測前需采用與被檢測試件材料相同或相近的標準試件對設備進行標定，檢測后要對系統誤差進行修正;此外，隨著設備運行時間的增加，工業CT設備的性能也會變化，測量結果的不確定度也在變化，實驗室應有能力識別穩定性因素帶來的測量結果不確定度。
6 確保結果有效性及其他
為了確保檢測結果的有效性，CNAS-CL01:2018認可準則第7.7條規定了各種質量控制方法，這些方法大多都可以應用于工業CT檢測中。在外部質控方面，國內外還沒有通過標準ISO/IEC 17043:2010《能力驗證提供者認可準則》認可的工業CT檢測項目能力驗證計劃提供者(PTP)，外部質量控制主要是通過實驗室之間的比對實施。
由于工業CT設備配置及性能差異較大，不同實驗室間比對時需要做好策劃工作，例如比對設備型號、樣品及方法選擇、結果評價方法確定等，通常是找能量相近、性能接近的工業CT設備進行比對。在內部質量控制方面，可使用空間分辨率測試卡、密度分辨率測試卡等對性能指標進行測試、期間核查、留樣再測、報告結果審查、實驗室內比對及盲樣測試等。
其他方面，還需要關注CNAS-CL01:2018認可準則對設施及環境條件控制的要求，如從事工業CT檢測的機構應取得政府環保部門頒發的《輻射安全許可證》，射線防護應滿足GBZ 117-2015《工業X射線探傷放射防護要求》、GB 18871-2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》等標準的要求，工業CT掃描室配備安全聯鎖、監控及報警裝置等。隨著移動式工業CT的應用，在非固定場所實施的工業CT檢測也應滿足法律、法規及檢測方法的要求。
結語
工業CT技術作為先進的無損檢測技術，其設備結構復雜，性能參數差異較大，對檢測人員要求高，檢測結果受多種因素影響，其實驗室技術能力認可有一定難度，對認可工作提出了新的要求。就目前認可現狀和認可研究情況看，評審工作中需重點關注人員資質、設備校準及核查、測量不確定度評定等內容。
(1) 工業CT檢測人員除了滿足檢測方法和特定行業要求外，應持有CT專業資格證書，授權簽字人建議持有射線檢測Ⅲ級和CT-Ⅱ級或者持有CT-Ⅲ級證書。
(2) 工業CT檢測設備性能需要進行校準和核查，以滿足檢測要求。用戶應重點關注和應用相關的性能指標，如檢測等效鋼厚度、空間分辨率、密度(對比度)分辨率、缺陷檢測能力、尺寸測量精度等，為此，應對空間分辨率測試卡、密度(對比度)分辨率測試卡、圖像尺寸參考標準件等設備進行校準，對總體性能、組件性能等應進行有效核查。
(3) 評審中需要重視檢測準備、設備校正、工藝參數選擇、結果解釋評價等內容，開展缺陷定量、尺寸測量等提供定量數據的實驗室，應有能力評定測量結果的不確定度。
