工業(yè)X射線探傷機(jī)——工業(yè)CT無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

隨著工業(yè)X射線探傷機(jī)的普及，X射線實(shí)時(shí)成像設(shè)備工業(yè)CT應(yīng)用場(chǎng)景也由原來(lái)的軍工航天研究等領(lǐng)域向一般應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展開來(lái)。

目前來(lái)說(shuō)，X射線實(shí)時(shí)成像設(shè)備工業(yè)CT有如下一些應(yīng)用場(chǎng)景：

一、X射線無(wú)損檢測(cè)

工業(yè)CT非接觸、非破壞地檢測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得到?jīng)]有重疊的數(shù)字化圖像，并且給出細(xì)節(jié)的輻射密度數(shù)據(jù)，使其在物品的初檢測(cè)方面得到了廣泛應(yīng)用。工業(yè)CT檢測(cè)的物品按照材料可分為金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料。金屬材料以鑄件為例，鑄件的復(fù)雜性使得一般的無(wú)損檢測(cè)不能直觀和高效地對(duì)鑄件關(guān)鍵部件的孔質(zhì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)。CT立體掃描圖可以清晰顯示結(jié)構(gòu)立體狀況，顯示出可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)完整性和牢固性的孔隙或縫隙的存在。工業(yè)CT可以準(zhǔn)確定量地反映出汽車鑄件內(nèi)部的缺陷分布情況。利用大型工業(yè)CT系統(tǒng)對(duì)搖枕、側(cè)架等機(jī)車關(guān)鍵部件內(nèi)部的氣孔、沙眼、夾雜物、縮孔、疏松、冷隔、裂紋等鑄造缺陷進(jìn)行快速有效的檢測(cè)。綜上可以看出工業(yè)CT使得工業(yè)上很多復(fù)雜零件的內(nèi)部缺陷得到了檢測(cè)，并且由于工業(yè)CT具有較高的精度，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)構(gòu)建微小缺陷的檢測(cè)和確定。

二、工業(yè)X射線探傷機(jī)——工業(yè)CT無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Φ刭|(zhì)研究

CT無(wú)損檢測(cè)掃描圖像可以用于專業(yè)地質(zhì)學(xué)樣品科學(xué)研究，對(duì)樣品復(fù)雜內(nèi)部特征實(shí)現(xiàn)可視化。通過(guò)工業(yè)CT研究了巖石中氫物質(zhì)(主要是水)對(duì)巖石保持的影響，研究的對(duì)象是位于西班牙北方一座城市的歷史古跡(建筑用石為侏羅紀(jì)時(shí)代的巖石)。用工業(yè)CT對(duì)試樣進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，對(duì)巖石內(nèi)部液體的流動(dòng)和相關(guān)的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了有效的可視化顯示，把試樣中協(xié)同作用下巖石毛細(xì)管中的水含量作為巖石強(qiáng)度定量的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，揭示了巖石毛細(xì)管中的水對(duì)巖石輕度的重要影響，對(duì)以后歷史古跡的保護(hù)做出了重要的指導(dǎo)作用。工業(yè)CT在油田開發(fā)工作中應(yīng)用提高了探測(cè)油藏儲(chǔ)層的地質(zhì)特征指標(biāo)的精確度，更直觀地認(rèn)識(shí)油層內(nèi)的微觀分布，尤其是在油田發(fā)展后期的剩余石油分布和提高采收率的研究上更有使用價(jià)值。

三、X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)對(duì)考古研究

通過(guò)CT技術(shù)，克服了傳統(tǒng)X光透射的圖像疊加和透射角度有限所帶來(lái)的局限，將文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系展現(xiàn)無(wú)余。通過(guò)CT技術(shù)，不但克服了傳統(tǒng)X光透射的圖像疊加和透射角度有限所帶來(lái)的局限，而且以最大限度將文物整體與局部的組配關(guān)系從頭到腳一并展現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)CT技術(shù)，不但避免了傳統(tǒng)X光透射的圖像疊加所帶來(lái)的影像混淆，通過(guò)多層掃描形成三維影像直觀反映結(jié)構(gòu)數(shù)字化，而且直接可用于逆向工程的研究。在文物考古和保護(hù)行業(yè)中，無(wú)論是文物局部、文物整體還是封鎖結(jié)構(gòu)，都可以利用CT技術(shù)完成數(shù)字化研究。不但能滿足常規(guī)X光透射檢測(cè)的要求，還能避免非平面立體文物的三維空間信息在二維平面的垂直疊加造成解讀困難，并以圖像的形式清晰、準(zhǔn)確、直觀地展現(xiàn)被檢物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征、裝配情況、材料密度、有無(wú)缺損、缺損性質(zhì)與位置及大小，極大補(bǔ)充了文物數(shù)字化的內(nèi)部細(xì)節(jié)信息。CT技術(shù)十分適合對(duì)文物中難以直接識(shí)別結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行深入解析，不但能夠準(zhǔn)確的揭示出文物部件結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系，為古代歷史和科技研究提供一種重要方法，更為開展相應(yīng)的文物信息展現(xiàn)提供更為詳實(shí)的結(jié)構(gòu)性可視化直觀資料。CT技術(shù)的利用，對(duì)于開展文物的考古科學(xué)研究、文物病變?cè)\斷及指導(dǎo)保護(hù)和修復(fù)等均具有十分重要的價(jià)值。甚至，可以通過(guò)CT掃描獲得文物內(nèi)外結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字化模型，以此建立文物的可交互三維虛擬展覽模型，或指導(dǎo)文物進(jìn)一步病變后的修復(fù)工作，或通過(guò)3D打印完成文物的快速成型。

四、工業(yè)X射線探傷機(jī)疲勞裂紋檢測(cè)與研究

據(jù)統(tǒng)計(jì)，材料破壞的80%為疲勞破壞，特別是隨著結(jié)構(gòu)大型化、復(fù)雜化和高溫、高速的方向發(fā)展，對(duì)疲勞壽命的研究已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。材料的裂紋行為檢測(cè)對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)材料的疲勞壽命至關(guān)重要。許多學(xué)者在基于工業(yè)CT的圖像基礎(chǔ)上，從不同方面對(duì)裂紋的擴(kuò)展機(jī)理和疲勞壽命預(yù)測(cè)展開了大量研究。比如首先設(shè)計(jì)短裂紋擴(kuò)展模型，模擬構(gòu)建內(nèi)部疲勞短裂紋的擴(kuò)展情況，之后在其自行開發(fā)的CT仿真系統(tǒng)上掃描含有短裂紋的模型，得到投影圖像，并重建出密度場(chǎng)圖像，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，記錄下不同時(shí)刻的密度場(chǎng)圖像，得到密度場(chǎng)隨時(shí)間演化區(qū)域、擴(kuò)展速度及演化趨勢(shì)，使構(gòu)建的短裂紋擴(kuò)展達(dá)到可視化檢測(cè)與分析?；蛘咄ㄟ^(guò)工業(yè)CT得到材料斷層的二維灰度圖像，以圖像的灰度來(lái)分辨檢測(cè)面內(nèi)部的裂紋的萌生、擴(kuò)展情況。在分析工業(yè)CT圖像的基礎(chǔ)上，將裂紋的萌生、擴(kuò)展過(guò)程分為顯微尺度細(xì)觀裂紋、CT尺度裂紋和宏觀裂紋，然后采用不同的裂紋萌生。擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后相加各階段的壽命，從而得到材料的疲勞壽命。這種方法與疲勞累積損傷理論法、名義應(yīng)力法等相比，預(yù)測(cè)的壽命具有較高的精度。還有根據(jù)CT差值圖像，由是否出現(xiàn)線狀影像判斷裂紋的存在，通過(guò)變換CT差值圖像中像素的閥值范圍分析裂紋的分布特點(diǎn)，基于CT物理原理對(duì)裂紋區(qū)域進(jìn)行選取和定量化描述，研究了PBX炸藥CT圖像中裂紋形態(tài)在判定方面存在的問(wèn)題，從理論上分析了含能材料CT圖像中受各種添加劑影響使得裂紋是否出現(xiàn)難以確定和裂紋出現(xiàn)后其具體區(qū)域也無(wú)法確定的問(wèn)題，為定量描述裂紋形態(tài)和位置奠定了基礎(chǔ)，通過(guò)揭示含能材料損傷破壞的細(xì)觀機(jī)理，為今后進(jìn)一步利用工業(yè)CT進(jìn)行材料疲勞壽命等相關(guān)分析提供一種新的方法。

五、DR實(shí)時(shí)成像設(shè)備快速成型

試件的快速掃描成型可以在最早階段無(wú)需花費(fèi)任何生產(chǎn)成本及時(shí)發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)缺陷。利用CT體積掃描數(shù)據(jù)組可以轉(zhuǎn)化成STL文件直接輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，快速創(chuàng)建具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品模型。這對(duì)于制造成本高的產(chǎn)品和運(yùn)用平面掃描技術(shù)無(wú)法獲取其精細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的試件檢測(cè)具有尤其重要的意義。通過(guò)處理工業(yè)CT圖像的方法、判斷內(nèi)外輪廓的方法和插值中間輪廓的方法等，對(duì)摩托車氣缸頭進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并把處理的結(jié)果轉(zhuǎn)化為通用層接口(CLI)格式，進(jìn)行了快速成型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意。

六、逆向工程

傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程是從設(shè)計(jì)圖紙到加工、組裝成成品的過(guò)程，而逆向工程是針對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)未知的產(chǎn)品，通過(guò)用工業(yè)無(wú)損檢測(cè)設(shè)備CT對(duì)其進(jìn)行一系列的斷層掃描。目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)在逆向工程應(yīng)用研究方面大致可分為3種途徑:

(1)、將系列的工業(yè)CT斷層掃描成像，用自動(dòng)成型機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)成形，得到產(chǎn)品，這種方法對(duì)空間形狀復(fù)雜扭曲的構(gòu)件使用最為方便，但是只能適用于一種材料的構(gòu)件;

(2)、將第一種途徑得到的三維立體圖像用專業(yè)軟件進(jìn)行特征尺寸辨別，獲得結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬、高、直徑等特征尺寸，與傳統(tǒng)加工工藝接軌，獲得產(chǎn)品，這種方法只適用于材料種類較少的構(gòu)件;

(3)、對(duì)未知產(chǎn)品進(jìn)行多方位的斷層掃描，獲得掃描圖像，精確測(cè)量產(chǎn)品各零件的特征尺寸、未知尺寸和密度變化，繪制成加工用圖紙，然后用現(xiàn)代加工工藝進(jìn)行加工。利用工業(yè)CT對(duì)整個(gè)模型的精確逆向重構(gòu)。