陈强
无锡市产品质量监督检验院 214000
摘要：工业ＣＴ系统作为一种可对物体内部进行三维成像的无损检测设备，提供了传统二维实时Ｘ射线成像检测设备所没有的三维成像、物体内部尺寸测量、三维缺陷检测等功能。由于其特殊的成像原理和复杂的机械运动结构，国内外大量专家学者对其机械偏差的矫正方法不断探索，近些年提出了各种各样的解决方案。本文对工业ＣＴ机械偏差进行实际的矫正，通过分析，给出一种较为简单实用的解决方案。本文的研究具有一定创新性，主要在偏差的矫正测试试块及其矫正流程上提出了独特的见解，希望能给工业ＣＴ机械偏差矫正的研究与实践带来一些新思路。
关键词：工业CT;机械偏差;矫正方法;
引言
工业CT是结合计算机技术开发的一种新的成像技术。它使用高能射线直接扫描检测到的对象而不会损坏，根据获得的投影数据和特殊的重建算法生成二维或三维图像。电子、汽车、航空航天、材料研究、武器、考古学、海关等领域应用广泛。
1工业ＣＴ成像技术原理及主要性能
当Ｘ射线穿过被检测物体时，会发生能量衰减现象，旋转被检测物体，用探测器从不同角度采集衰减后的Ｘ射线信号，将捕获的信息输入计算机系统，利用图像重建算法进行处理，从而得到被检测物体的二维或三维结构信息。工业ＣＴ的主要零部件包括：射线源、辐射探测器与准直器、数据采集系统、样品扫描机械系统、计算机系统及辅助电源和辐射安全系统等辅助系统等。目前，用于评价工业ＣＴ成像系统性能的主要参数包括：检测试件的范围、射线源种类、扫描模式、检测时间、空间分辨率、密度分辨率及伪像等。零部件再制造典型缺陷具有形貌复杂，尺寸较小，分布面积较广，缺陷边界不规则、不连续、多分支的特点，因此缺陷易被噪声所掩盖，缺陷的位置难以检测，缺陷的形成原因难以确定。当缺陷尺寸接近工业ＣＴ系统的检出限时，在ＣＴ图像上就会表现出容积效应；当缺陷表面与工业ＣＴ扫描平面不垂直时，工业ＣＴ图像中缺陷边缘有较宽的灰度过渡区，从而形成弱边缘；以上两点都会增大缺陷检测的难度。针对再制造典型缺陷的上述特点，研究人员通过在工业ＣＴ系统中引入新的图像计算模型，或通过改善工业ＣＴ检测工艺参数，如切片厚度、探测器单元的微动次数、触发次数及图像矩阵等，有效降低了再制造典型缺陷图像噪声和伪像，提高了再制造典型缺陷图像显示的对比度，增强了再制造典型缺陷细节特征分辨率。
2工业CT系统性能指标
1）1)检验范围:检验工件的表观尺寸(包括半透明钢的最大厚度、工件的最大旋转直径、工件的最大高度或长度、工件的最大重量等参数)。. 2)使用的辐射源:工作电压、工作电流、燃烧点大小和辐射能量大小。辐射能量的大小决定了穿透相同厚度钢的能力。3)扫描模式:典型的CT扫描模式为2、3、4、5。4)扫描检测时间:扫描典型层数据所需的时间(例如图像矩阵1024 x 1024)。5)映像恢复时间:恢复扫描映像所需的时间。6)分辨率:一个重要的性能指标(空间分辨率、分辨率)。7)伪重影:CT图像中与被检查对象的物理参数分布无关的部分，通常由两个部分组成:被检测对象和CT扫描设备。它会严重影响CT图像的质量，会严重影响图像扫描和质量检查，甚至可能导致误判。一种良好的校正方法直接影响CT系统。主要有:零件、环形型假件、金属制品。
3机械偏差矫正
在所有轴的机械偏差中，垂直轴的偏差对ＣＴ三维重建后的图像质量影响最大，一般需要先矫正垂直轴，确保其与水平大理石平台的垂直度，确保平板探测器轴和球管轴的平行。本文以矫正垂直轴为例，对其关键步骤进行详细说明，其他轴的矫正与其类似，只是需要用到不同的标准测试试块。标准测试试块是厂家经过长期研究、实验后，自行设计并加工的，国外知名ＣＴ设备厂家都有自己的标准矫正流程，使用的是自家设计的试块，这是ＣＴ厂家保证其ＣＴ系统高精度的一个关键因素。针对垂直轴的矫正，其基本要求：以ＰＣ材料做支撑主体，纯度要求达到９９．９９％；包含了４个直径５ｍｍ的铅球；ＰＣ主体材料需要挖出不同的阶梯深度从而对射线剂量进行准确指示；ＰＣ主料中镶嵌高精度加工的金属试块，材质为铝镁合金（如果矫正高能ＣＴ系统需要用不锈钢）。矫正步骤：（１）将球管和平板调整到最低高度、两者距离最远的初始状态（２）使用精准的夹具将标准测试试块固定到旋转台的中心，保证铅球平面与球管焦点及平板中心点对齐；（３）采集二维图像，将转台旋转９０°后再次采集二维图像；（４）通过算法分割并定位铅球，通过两张图像中的不同坐标点计算此处的垂直轴偏差，记为ＺＤ１；（５）将球管和平板升到最高高度、两者距离保持不变；（６）重复（３）和（４），此处的垂直轴偏差，记为ＺＤ２；（７）平均两处的偏差得出最终偏差：（ＺＤ１＋ＺＤ２）／２，单位：°；（８）在三维重建算法中导入此偏差值。
4工业ＣＴ成像技术的展望
（１）提高工业ＣＴ技术检测精度。基于再制造零部件内部及再制造界面的典型缺陷的特点，工业ＣＴ成像技术的迅速发展将成为再制造典型缺陷分析研究实现突破性进展的前提条件，只有工业ＣＴ成像技术拥有更小的尺寸精度、更高的分辨率、更精准的重建算法及更有效的图像处理技术，才可能实现再制造零部件内部及再制造界面缺陷的智能化检测、自动化识别与分类。（２）大型再制造零部件的缺陷检测。高端大型再制造零部件的体积庞大、结构特殊、工艺复杂，常规的无损检测手段均无法准确获取产品内部的结构和缺陷信息，工业ＣＴ成像技术是大型再制造零部件不可替代的缺陷检测手段。大型再制造零部件由多种材料构成，内部结构复杂，对缺陷检测技术要求极高，如成像视野直径要大（超过２ｍ）、缺陷识别种类多、检测精度要求高等，导致大型再制造零部件缺陷检测面临着工业ＣＴ成像系统的高分辨率与大扫描直径、探测效率、扫描速度、动态范围之间的矛盾。通过增强工业ＣＴ成像系统的射线源，完善系统的探测器设计，提高系统的扫描效率，引入合理的图像重建运算方法，可确保工业ＣＴ成像技术实现对大型再制造零部件内部缺陷的高效识别与检出。
结束语
随着工业生产过程中的质量管理要求越来越高，工业ＣＴ成为生产制造企业对产品质量控制和生产工艺改进的必备工具。ＣＴ厂家需要对设备进行出厂矫正，用户使用过程中也可能需要矫正，因此一套简单、有效地矫正工具和流程变得非常重要，也是各ＣＴ厂家的不传秘技.工业ＣＴ成像装置本身造价高于其他无损检测设备，且该技术检测过程较耗时，检测效率相对较低，检测成本较高，导致其使用范围受到限制。通过在工业ＣＴ成像系统中引入新型计算模拟技术，提高了工业ＣＴ成像技术的检测效率，降低了检测成本，扩大了工业ＣＴ成像技术的应用领域。
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