工業(yè)CT部件的發(fā)展現(xiàn)狀

一般來說，一部工業(yè)CT設(shè)備大概由以下部分組成，射線源、輻射探測器和準(zhǔn)直器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、樣品掃描機械系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)（硬件和軟件）及輔助系統(tǒng)（如輔助電源和輻射安全系統(tǒng)等）等。

一、輻射源

射線源常用X射線機和直線加速器。X射線探傷機的峰值能量范圍從數(shù)十到450keV,且射線能量和強度都是可調(diào)的;直線加速器的射線能量一般不可調(diào),常用的峰值射線能量范圍1~16MeV。其共同優(yōu)點是切斷電源以后就不再產(chǎn)生射線,焦點尺寸可做到微米量級。

二、X射線實時成像設(shè)備探測器

目前常用的探測器主要有高分辨CMOS半導(dǎo)體芯片、平板探測器和閃爍探測器三種類型。半導(dǎo)體芯片具有最小的像素尺寸和最大的探測單元數(shù),像素尺寸可小到10μm左右。平板探測器通常用表面覆蓋數(shù)百微米的閃爍晶體(如CsI)的非晶態(tài)硅或非晶態(tài)硒做成,像素尺寸約127μm,其圖像質(zhì)量接近于膠片照相。閃爍探測器的優(yōu)點是探測效率高,尤其在高能條件下,它可以達(dá)到16~20bit的動態(tài)范圍,且讀出速度在微秒量級。其主要缺點是像素尺寸較大,其相鄰間隔(節(jié)距)一般≥0.1mm。

三、樣品掃描系統(tǒng)

樣品掃描系統(tǒng)從本質(zhì)上說是一個位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。工業(yè)CT常用的掃描方式是平移2旋轉(zhuǎn)(TR)方式和只旋轉(zhuǎn)(RO)方式兩種。RO掃描方式射線利用效率較高,成像速度較快。但TR掃描方式的偽像水平遠(yuǎn)低于RO掃描方式,且可以根據(jù)樣品大小方便地改變掃描參數(shù)(采樣數(shù)據(jù)密度和掃描范圍)。特別是檢測大尺寸樣品時其優(yōu)越性更加明顯,源2探測器距離可以較小,以提高信號幅度等。

四、重建算法

計算機軟件無疑是CT的核心技術(shù),當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成以后,CT圖像的質(zhì)量已經(jīng)基本確定,計算機軟件的好壞就直接影響到圖像的重建質(zhì)量。CT圖像重建通常采用卷積反投影法,其優(yōu)點是圖像質(zhì)量高,易于用硬件設(shè)計為專用圖像處理機,缺點是只能形成某一斷面上的二維灰度信息,不能得到被檢測物的整體描述。為提高缺陷判別的準(zhǔn)確性,KudoH研究了Smith和Grangeat的三維投影重建算法的優(yōu)點,提出了Smith2Grangeat方法,該方法得到的圖像依然會有明顯的衰減和失真。馬存寶通過增加窗函數(shù)和平滑濾波的方法,對Smith2Grangeat方法進(jìn)行修正,得到了較好的重建圖像。

在大尺寸構(gòu)件檢測方面,針對RO掃描只能檢測小尺寸構(gòu)件,而TR掃描大尺寸構(gòu)件耗時較長的難題,魏東波提出了一種通過檢臺二次偏置擴大掃描視場的工業(yè)CT成像方法,并基于三代工業(yè)CT投影數(shù)據(jù)存在的冗余特征,推導(dǎo)了它的投影數(shù)據(jù)重排預(yù)處理方法和濾波反投影(FilterBackProjec2tion,FBP)重建算法,實現(xiàn)了在增加一次360°回轉(zhuǎn)掃描情況下,其有效掃描視野達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)三代工業(yè)CT方法的2.8倍左右。且該方法僅需CT掃描臺具備平移和旋轉(zhuǎn)自由度,易于與現(xiàn)有三代工業(yè)CT兼容,工程實現(xiàn)方便。

針對CT成像系統(tǒng)中,面陣探測器成像過程相對線陣探測器而言系統(tǒng)散射影響大,動態(tài)范圍小,成像指標(biāo)遠(yuǎn)低于線陣探測器的問題,王黎明研究采用大探測器方法重組像元,用亞像素高分辨率方法重組和補償數(shù)據(jù),同時改變數(shù)據(jù)獲取方法,通過機械系統(tǒng)的精確移動,在大探測器數(shù)據(jù)間進(jìn)行精確插值,彌補了面陣探測器在動態(tài)范圍的不足,得到了較好的CT重建結(jié)果,在算法的具體應(yīng)用上,楊莞針對球形封閉體內(nèi)外球面輪廓度的檢測,提出了一種精確測量方法,即在獲得球體樣件CT斷層圖像的基礎(chǔ)上,利用CT插值方式提取球體樣件的輪廓線邊界系列CT值,再根據(jù)二次曲線逐次逼近擬合法獲得其圓心坐標(biāo)及平均半徑,其測量精度達(dá)到0.05mm。王玨針對較小的同批、同型號工件進(jìn)行檢測,提出了一種基于弧半徑投影的多目標(biāo)圖像搜索方法,即將多個小型工件放在轉(zhuǎn)臺同一圓環(huán)帶上一起掃描,在目標(biāo)區(qū)域利用Zernike矩進(jìn)行精確識別,在減少識別耗時的同時,提高了CT圖像識別方法的有效性和實用性。

國內(nèi)工業(yè)CT設(shè)備制造正處于追趕國際領(lǐng)先的階段，泰琛測試引入德國Yxlon工業(yè)CT系統(tǒng)，將國際先進(jìn)的工業(yè)CT設(shè)備引入國內(nèi)的檢測行業(yè)，相信對國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展會有所裨益。