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如何選擇工業(yè)CT斷層掃描測量系統(tǒng)

本文描述了工業(yè)CT的主要部件對zui終系統(tǒng)性能的影響,旨在幫助不具備CT專業(yè)知識的使用者理解其工作原理與方式,使用戶能夠在選擇工業(yè)CT系統(tǒng)時,能夠基于實際使用要求在性能與價格之間合理地進行選擇。

 

工業(yè)計算機斷層掃描(工業(yè)CT)使用X射線來對工件的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)進行三維掃描與再現(xiàn)。工業(yè)CT掃描已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到零件的內(nèi)外部檢測中,典型的應(yīng)用如材料缺陷檢測、失效形式分析、幾何與形位公差測量、裝配分析與逆向工程等。

 

市場上現(xiàn)有的工業(yè)CT系統(tǒng)其設(shè)計理念不盡相同,造成其性能也有所差異。使用者應(yīng)該著眼于自身的使用要求,對被測工件和測量任務(wù)加以分析,才能選擇一款合適的工業(yè)CT系統(tǒng)。在選擇過程中,使用者應(yīng)把握一些CT系統(tǒng)的關(guān)鍵要素,這能幫助使用者更好地找到一款性價比出色的CT設(shè)備。

當選擇工業(yè)CT系統(tǒng)時,使用者容易對一些概念有所誤解,由此對工業(yè)CT的性能產(chǎn)生了某些不切實際的期望。工業(yè)CT是一個非常復雜的系統(tǒng),有很多系統(tǒng)參數(shù)對性能的影響是互相關(guān)聯(lián)與制約的。

 

在所有的參數(shù)中,zui為典型的一對互相制約因素是工件尺寸與空間像素分辨率。人們總是期望即使是掃描大零件的時候也能獲得高分辨率,但如前所述,這一對參數(shù)相互制約的特性,使之無法同時達到*值。

 

空間像素又稱為體素,表征了一個CT系統(tǒng)能夠重現(xiàn)的zui小空間單元。如圖2所示,當空間像素尺寸減小一半時,其體積縮小到僅為原來的1/8。換句話說,對于同一零件,如果將200µm的體素分辨率提高到100µm ,會導致數(shù)據(jù)量變?yōu)樵瓉淼?/span>8倍。

 

因此,較大的零件尺寸與較高的分辨率之間的矛盾就在于此,兩者同時滿足的情況下會產(chǎn)生過大的數(shù)據(jù)量導致。

 

在談及分辨率時,用戶非常容易會被產(chǎn)品手冊或是CT生產(chǎn)廠家所謂的“zui高分辨率”誤導。這個概念僅僅是一個理論上能夠達到的數(shù)字,但對于絕大多數(shù)的應(yīng)用是不切實際的。要達到這一理論數(shù)字,工件必須被置于離X射線管非常近的地方,以獲得非常大的幾何放大倍數(shù)。在這一情況下,零件的尺寸被大大限制,通常情況下僅為1~2 mm (如圖3所示)。隨著零件尺寸的增加,幾何放大倍數(shù)與分辨率也會隨之迅速下降。

 

因此,基于工件本身以及具體的測量要求來進行合理選擇顯得尤為重要。出于不同的設(shè)計理念,工業(yè)CT系統(tǒng)zui終會有許多不同之處,例如機型尺寸、有無放大軸、閉合管/開放管、探測器像素尺寸等等。所有這些系統(tǒng)參數(shù)都會對CT系統(tǒng)的性能產(chǎn)生非常大的影響。

 

1. X射線利用率

 

首先,CT系統(tǒng)的設(shè)計是否緊湊是一個至關(guān)重要的因素。[3] 這不僅僅影響機型的大小,更重要的是它決定了X射線的利用率。*,X射線(光子)會隨著傳播距離的增加而衰減,并且基本上遵循衰減與距離的平方成反比的規(guī)律,如圖4所示。[4] 換言之,X射線源與探測器之間的距離越長,X射線的利用率就越低。因此,將CT系統(tǒng)設(shè)計得越緊湊越好是首要的原則之一。

 

zui后也是非常重要的一點,軟件對于工業(yè)CT系統(tǒng)的zui終性能也起到了非常重要的作用。從圖像獲取、探測器數(shù)據(jù)讀出、A/D轉(zhuǎn)換、三維重建到數(shù)據(jù)評價,每一步都包含了復雜的算法和大量的計算。好的軟件能夠使系統(tǒng)各個部件很好地協(xié)同工作,并發(fā)揮出系統(tǒng)的*性能。工業(yè)CT的硬件決定了這個系統(tǒng)理論上的性能極限,而軟件則決定了系統(tǒng)zui終達到的實際性能。由于工業(yè)CT系統(tǒng)越來越多地用于幾何尺寸與形位公差測量,測量軟件的選擇也成為了一個關(guān)鍵因素。對于幾何尺寸與形位公差測量,其要求不同于其它檢測,只有經(jīng)過專業(yè)機構(gòu)認證的測量軟件才能保證可靠的測量結(jié)果。

 

總而言之,工業(yè)CT系統(tǒng)的選擇必須從實際需求觸發(fā),系統(tǒng)各部件的合理搭配才能保證良好的系統(tǒng)性能,以及合理的價格和使用成本。

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