热门问题
时间线
聊天
视角
X射線斷層成像測量技術
利用X射线断层成像技术和设备，在标准的指导下进行尺寸测量 来自维基百科，自由的百科全书
Remove ads
X射線斷層成像（XCT）測量技術是一種新型的無損檢測技術，用來檢測和分析工業產品內、外部結構[1]。其原理與傳統的XCT系統相似，利用X射線從不同方向對物體進行投影，重構後得到產品的三維形貌[2]。由於XCT掃描能夠反映產品的內部結構而不對其產生破壞，因此被用於產品質量控制，在航空航天[3]、汽車工業[4]、食品包裝[5]和增材製造[6]等領域得到了廣泛的關注。常規XCT系統的原理、結構、應用等可以參考文章計算機斷層掃描[7]。
工業XCT系統
XCT已經在醫療和工業領域得到了廣泛應用。利用X射線對物體的穿透規律，XCT可以檢測物體內部的結構。在醫院中使用的XCT設備通常由放置病人的平台和包含硬件的圓形框架組成。然而，工業XCT系統則有所不同，大體上包含一下組成部分[8]：
- X射線管：通過加速電子轟擊靶材產生錐束X射線。
- 探測器：接收穿透物體後的X射線，將其強度轉變為電信號輸出。
- 旋轉台：用於固定待測樣品和提供穩定可控的旋轉。
- 運動軸：用於對樣品和探測器的精確定位。
- 重構模塊：將採集的投影圖片重建為三維圖像。
- 後處理與分析軟件：檢測三維圖像中的表面，並對尺寸、孔隙等信息進行可視化和定量分析。
在工業XCT系統中，通常X射線管和探測器靜止，由旋轉台帶動樣品旋轉，實現不同角度的採樣。醫學XCT系統和工業XCT系統的一個重要的區別在於，醫學XCT側重於獲得清晰的圖像，並儘可能減少對患者的輻射劑量。而工業XCT系統則側重於極高的分辨率和可靠穩定的檢測精度。目前，工業XCT系統已經在工業生產中得到使用[9]。
Remove ads
近些年來，工業XCT系統的應用不局限於對結構的探測，也擴展到了尺寸的測量[10]。旨在像使用卡尺一樣，使用工業XCT系統測量產品內部無法直接接觸的特徵。這對於目前快速發展應用的增材製造技術來說具有極大的優勢，能夠無損地獲得產品內部複雜結構地尺寸信息[11]。
測量流程
一個完整的XCT測量基本包含一下幾個部分：投影採集、預處理、重構、後處理、表面提取和分析評估[12]。
投影採集旨在通過樣品的旋轉，實現在X射線的照射下對樣品進行360°的掃描，並獲取一系列投影圖像。在開始採集之前，有經驗的操作人員需要對XCT系統進行標定，確定採集參數，決定樣品擺放角度，固定樣品以及開始掃描。這整個過程通常需要進行數十分鐘甚至數小時，才能獲得用於測量的高質量投影圖像。之後，圖像會存到系統配備的計算機內，等待後續的處理和分析[13]。
在實際掃描中，投影圖像通常不可避免會包含很多噪聲。如果噪聲太大，會導致較大的測量誤差。一般來說，這些噪聲可能來自於X射線的波動、探測器的電子噪聲、X射線和材料的相互作用（如射束硬化、散射等行為）、機械系統振動等。儘管通過提高硬件產品質量能夠在一定程度上減少噪聲，但是無法完全消除噪聲。因此，必要的濾波、校正等過程對於測量結果的準確性至關重要[14]。
重構用來將投影圖像轉變為三維圖像，這一過程依賴基於Beer-Lambert定律的重構算法。更多細節可參考《斷層成像重構》。重構過後，將得到體素化的圖像，其中的灰度值代表了該處對X射線的衰減係數。作為XCT測量的核心環節之一，重構質量對測量精度的影響很大。重構通常由XCT系統自帶的重構模塊進行[15]。
三維圖像無法直接進行測量，需要使用表面提取方法獲取樣品的實際表面位置。表面提取方法基於灰度值，確定哪些體素包含表面，並生成點雲數據，用於獲得尺寸信息[18]。
在獲得樣品的表面點雲數據後，需要根據樣品的特徵，使用對應的標準數學模型，對點雲進行擬合，得到對應的尺寸信息如直徑、距離、長度等。此外，估計測量結果的不確定度也是必要環節[19]。
現存挑戰
由於XCT測量環節眾多，每個環節中又存在多個誤差源。每個誤差源的分布規律機器對測量結果的影響都有所不同，目前針對該方向的研究還不夠全面，因此最終測量結果的不確定度的估計也還不夠準確[20]。
在XCT測量的整個過程中，存在許多參數。這些參數目前還嚴格依賴於操作人員的經驗。如何根據測量任務需求，自動規劃出最優的檢測策略，仍然是一大難點[21]。
目前，一次完整的測量往往需要數十分鐘乃至數小時，這使得XCT測量技術尚未在工業生產線中得到廣泛使用。如何在保證測量精度的前提下，提高測量速度，是目前研究的一個重點問題[22][23]。
更多
參考文獻
外部連結
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads