工業(yè)X射線探傷機(jī)無損檢測(cè)實(shí)時(shí)成像設(shè)備與金屬內(nèi)部缺陷測(cè)量

工業(yè)X射線探傷機(jī)無損檢測(cè)實(shí)時(shí)成像設(shè)備掃描技術(shù)不受被檢測(cè)物體材料、形狀、表面狀況等限制,能夠給出被檢測(cè)物體二維、三維圖像,成像直觀,分辨率高。因此,工業(yè)CT被廣泛應(yīng)用在我國航空、航天、兵器、汽車制造、鐵路、考古等領(lǐng)域,應(yīng)用范圍涵蓋缺陷檢測(cè)、材料密度表征、尺寸測(cè)量、裝配結(jié)構(gòu)分析、逆向工程等。

隨著工業(yè)CT技術(shù)在高端裝備制造業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展,精密復(fù)雜零部件的內(nèi)部缺陷檢測(cè)需求日益增加,對(duì)缺陷的檢出尺度及測(cè)量精度要求極高,在特定的CT設(shè)備和工藝條件下,獲得的CT圖像中,小缺陷往往被噪聲所掩蓋,難以進(jìn)行有效識(shí)別和表征，直接影響工業(yè)CT缺陷測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性。因此,開展小缺陷工業(yè)CT無損檢測(cè)方法研究是至關(guān)重要的,但當(dāng)前相關(guān)技術(shù)研究主要集中在設(shè)備、算法和檢測(cè)工藝等方面。缺陷尺度接近CT系統(tǒng)檢出極限的內(nèi)部小缺陷,在CT圖像上表現(xiàn)出容積效應(yīng),或由于缺陷表面與CT掃描平面不垂直等因素,造成CT圖像中缺陷邊緣有較寬的灰度過渡區(qū),形成了漸變邊緣或稱弱邊緣,這時(shí)缺陷測(cè)量難度較高。與此同時(shí),缺陷類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及偽影特性等多方面因素都對(duì)缺陷定量精度產(chǎn)生較大影響。

對(duì)于金屬材料內(nèi)部不規(guī)則形貌缺陷的工業(yè)X射線探傷機(jī)無損檢測(cè)實(shí)時(shí)成像設(shè)備無損檢測(cè),當(dāng)前普遍采用半高寬缺陷尺寸計(jì)算法,CT檢測(cè)人員通過觀察及經(jīng)驗(yàn)判定缺陷位置,人為分割缺陷邊緣。該方法適用于尺度遠(yuǎn)大于CT圖像像素尺寸的缺陷評(píng)價(jià),但當(dāng)缺陷尺寸接近或小于像素尺寸時(shí),CT檢測(cè)人員判定的缺陷測(cè)量及評(píng)價(jià)結(jié)果存在很大誤差,由此會(huì)產(chǎn)生“超標(biāo)”誤判,造成不必要的浪費(fèi)。因此,在金屬材料工業(yè)CT檢測(cè)過程中,有必要研究一種適用不同CT設(shè)備及工藝參數(shù)的缺陷精確測(cè)量方法。

建立適用于金屬材料內(nèi)部缺陷的線陣工業(yè)CT測(cè)量模型,結(jié)合缺陷表面垂直度、缺陷大小等影響因素,對(duì)CT圖像中缺陷邊緣退化進(jìn)行預(yù)測(cè),利用當(dāng)前圖像PSF曲線進(jìn)行缺陷的定量檢測(cè),以有效解決金屬材料檢測(cè)過程中小缺陷測(cè)量精度低的問題。經(jīng)過缺陷一定時(shí),切片厚度較大的情況下,半高法結(jié)果;但當(dāng)切片厚度小于0.5mm以后,半高寬法測(cè)量值較真值偏差迅速增大，由于當(dāng)缺陷尺寸接近或小于有效射束寬度(BW)時(shí),CT圖像上缺陷呈現(xiàn)出的灰度變化規(guī)律與缺陷尺寸呈非線性趨勢(shì),故采用半高寬法測(cè)量值顯然已與實(shí)際不相符。

浙江工業(yè)大學(xué)齊子誠教授發(fā)明了利用工業(yè)CT圖像金屬材料邊緣近似計(jì)算圖像PSF曲線,繪制不同缺陷邊緣特征函數(shù)曲線,利用近似PSF曲線和缺陷邊緣特征函數(shù)曲線反求出缺陷的實(shí)際尺寸。分析研究和人工缺陷的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均驗(yàn)證了該方法對(duì)金屬材料缺陷定量檢測(cè)的有效性。相比較于半高寬缺陷測(cè)量方法,這種研究方法對(duì)缺陷檢測(cè)精度有較大的提高,尤其是在缺陷尺寸接近或小于有效射束寬度(BW)時(shí),能夠保證較高的缺陷測(cè)量精度。