董伟良
无锡市计量测试院 江苏无锡 214000
摘要：探测误差以及尺寸测量示值误差是工业CT剂量过程中的基本误差测量。通过对影响探测误差以及尺寸测量示值误差因素的直接关系进行分析，并对用于工业CT测量的球棒标准器进行分析，然后对尺寸测量示值的各类不确定进行评估，以期提高长度测量的准确性。
关键词：工业CT；长度测量；误差校准分析
前言
工业CT是一个复杂的组成结构，在测量过程中存在误差是一个绕不开的问题，工业CT扫描系统主要包括X射线源、探测器、扫描机架和别的有关辅助设施，在扫描执行过程中，这些X射线源、探测器、图像重建算法等就会形成一个综合性的误差源，最终会让它的溯源校准工作很艰巨。因此对于工业电子计算机断层扫描(CT)长度测量误差的修正分析就非常有价值。
1工业CT测量原理
工业CT主要是用于工业里的核成像技艺，能够实时在线地进行大型工业机器零件的检测与探查。由于扫描方式存在区别，工业CT又分为锥束CT、螺旋CT和扇束CT等类型，锥束CT相比单排和以上排螺旋CT、二维扇束CT等具有明显长处，扫描更迅速，射线使用率大，以及更强精度空间的分辨率，因此，我们主要探究的对象是锥束CT。锥束CT扫描方式是开放式射线进行的，使用平板探测器采集物体的二维射线投影序列，通过三维迅速重构出扫描区域中的整个断层图像，最终完成需检物体的三维全息。
锥束CT系统的构造是由X射线源、转台、探测器构成，要进行一次全面的工业CT测量，步骤应分两步进行:
第一步:扫描重构样品。将样品放置到扫描转台上，位于X射线和探测器的中间，当X射线照射过样品后投射到探测器上，因为样品位置不同，X射线照射到样品的强弱系数也不一样，所以会在探测器上得到一系列和样品结构有关的投影数据，但这只是一组数据，而样品的三维几何结构是很多组数据全面构建的结果，因此需要把样品旋转的一个小角度Δθ，再次用X射线照射，会获得在该角度下的别的一系列投影数值。反复进行上面工作，直到转动Y次(通常采取Y·Δθ=360°)，得到Y组投影数据后结束。然后在利用FDK等反投影算法重建获取样品三维结构，这样就实现了一次扫描重构结果。
第二步:获得的重构数据分析。先是阈值的设置，然后再在重建图像里找到要测工件的边界，根据设置的采样办法在边界里采位置。最后将采样获得的这些点采取最小二乘拟合，就能获取到所要测工件重构数量里的点、线、面等几何数据，输出有关特点的长短大小，形状误差等数字。
2探测误差和尺寸测量示值误差
2.1探测误差
CMM作为用于在实际情况下检测零部件的外在尺寸、外型以及空间位置的仪器，被广泛用于工业设备测量中。CMM中的核心部件是测头，测头主要是由测头本体、测杆以及测针构成。探测误差主要是由于测头的机械误差以及接触所产生的形变、探测误差所组成。探测误差主要是用于分析坐标测量设备、传感器以及其他设备所产生的三维误差。工业CT误差主要分为探测形状误差以及探测尺寸误差。这两种误差都是由于坐标设备出现误差以及传感器在进行探测的时候出现的误差所导致的。
2.2尺寸测量示值误差
尺寸测量示值误差主要是由被测量物体的两测量要素间的法向相对直线间距所产生的误差。尺寸测量示值误差显示出来了整个系统中的三维特点，是由很多的误差所组成的，一般这些误差主要是未修正的系统误差、随机误差等等组成。在工业CT测量中，尺寸测量示值误差一般是射线传感器的误差所导致的。
3探测误差的分析方案
结合工业CT的成像原理以及对探测误差的系统定义，需要分析断层在进行成像的过程中的各个参数以及测量评定方法对探测误差所产生的影响。通过Zeiss标准器研究分析成像的过程电压、投影数量对最终的投影的质量的分析，提出相应的理论模型进行分析，然后分析验证滤波方法和投影数量对最终的探测误差所造成的影响。
工作人员可以在研究分析的过程中，首先选用已经被校准完毕的Zeiss27球标准器设计实验方法对已经提出的理论模型进行深入分析和论证，比对滤波算法对最终的数据的影响，分析各个算法对最终的探测误差所造成的影响。通过选取最为精确的测量方式，分析在成像过程中的投影的数量、电压、工件的位置对探测误差的影响。分析各个影响因素对最终的测量误差的影响。
4尺寸测量示值误差的研究方案
一般而言，在对尺寸测量误差示值进行测量的时候，都会用到平行量块、球盘、球棒等标准器。在我们测量的过程中，所有的尺寸测量示值误差都能够通过上述标准器进行测量，但没有最为合适的标准器以及测量方法。通过采取棒球标准器来对尺寸测量示值误差进行分析。由于工件的校准不确定度应当小于坐标测量系统所能够存在的误差，所以需要在对物体进行测量的空间范围内对物体进行7个不同的方位取5个长度进行测量。从实际的角度出发，每个角度长度不会一样，所以需要在每个位置进行三次测量，从而实现测量的精确性。工作人员每次进行测量的长度需要小于3厘米，每次的角度之间需要大于对角线的66%，其余的长度取值需要尽可能的在上述的数值范围内。在选择标准器的时候，需要确保X射线能够直接穿透，避免出现X光无法穿透的现象。受到来自CT精度的限制，标准器的表面的粗糙程度在实际的测量过程中能够被忽略不计，但是不同的材料对X光可能会存在着一定的吸收，吸收以后的X光将会导致出现不同的尺寸测量示值误差。为了确保测量的数值准确性，需要对标准器进行校准分析。假定选用球棒标准器的时候，要保障测量的点分布在球心所垂直的两边，避免出现新的测量误差。由于球型的测量往往会设计平均效应，这会导致补偿系统的探测误差。
结束语
对工业CT的探测尺寸误差以及探测形状误差的关系进行分析，分析球体的中心坐标变量、探测形状的误差，重点介绍了球棒标准器能够被用于标准尺寸测量示值误差。工业CT的长度测量的误差分析，涉及到X射线、计算机、计量学以及机械制造等学科，而影响长度测量的误差也有着很多的因素。
参考文献：
[1]陈思文.测量型显微CT系统的定值方法[D].天津：天津大学,2016.
[2]霍彬彬.工业CT性能测试及检测模体研制[D].衡阳：南华大学,2017.