工业CT部件的发展现状

一般来说，一部工业CT设备大概由以下部分组成，射线源、辐射探测器和准直器、数据采集系统、样品扫描机械系统、计算机系统（硬件和软件）及辅助系统（如辅助电源和辐射安全系统等）等。

一、辐射源

射线源常用X射线机和直线加速器。X射线探伤机的峰值能量范围从数十到450keV,且射线能量和强度都是可调的;直线加速器的射线能量一般不可调,常用的峰值射线能量范围1~16MeV。其共同优点是切断电源以后就不再产生射线,焦点尺寸可做到微米量级。

二、X射线实时成像设备探测器

目前常用的探测器主要有高分辨CMOS半导体芯片、平板探测器和闪烁探测器三种类型。半导体芯片具有最小的像素尺寸和最大的探测单元数,像素尺寸可小到10μm左右。平板探测器通常用表面覆盖数百微米的闪烁晶体(如CsI)的非晶态硅或非晶态硒做成,像素尺寸约127μm,其图像质量接近于胶片照相。闪烁探测器的优点是探测效率高,尤其在高能条件下,它可以达到16~20bit的动态范围,且读出速度在微秒量级。其主要缺点是像素尺寸较大,其相邻间隔(节距)一般≥0.1mm。

三、样品扫描系统

样品扫描系统从本质上说是一个位置数据采集系统。工业CT常用的扫描方式是平移2旋转(TR)方式和只旋转(RO)方式两种。RO扫描方式射线利用效率较高,成像速度较快。但TR扫描方式的伪像水平远低于RO扫描方式,且可以根据样品大小方便地改变扫描参数(采样数据密度和扫描范围)。特别是检测大尺寸样品时其优越性更加明显,源2探测器距离可以较小,以提高信号幅度等。

四、重建算法

计算机软件无疑是CT的核心技术,当数据采集完成以后,CT图像的质量已经基本确定,计算机软件的好坏就直接影响到图像的重建质量。CT图像重建通常采用卷积反投影法,其优点是图像质量高,易于用硬件设计为专用图像处理机,缺点是只能形成某一断面上的二维灰度信息,不能得到被检测物的整体描述。为提高缺陷判别的准确性,KudoH研究了Smith和Grangeat的三维投影重建算法的优点,提出了Smith2Grangeat方法,该方法得到的图像依然会有明显的衰减和失真。马存宝通过增加窗函数和平滑滤波的方法,对Smith2Grangeat方法进行修正,得到了较好的重建图像。

在大尺寸构件检测方面,针对RO扫描只能检测小尺寸构件,而TR扫描大尺寸构件耗时较长的难题,魏东波提出了一种通过检台二次偏置扩大扫描视场的工业CT成像方法,并基于三代工业CT投影数据存在的冗余特征,推导了它的投影数据重排预处理方法和滤波反投影(FilterBackProjec2tion,FBP)重建算法,实现了在增加一次360°回转扫描情况下,其有效扫描视野达到标准三代工业CT方法的2.8倍左右。且该方法仅需CT扫描台具备平移和旋转自由度,易于与现有三代工业CT兼容,工程实现方便。

针对CT成像系统中,面阵探测器成像过程相对线阵探测器而言系统散射影响大,动态范围小,成像指标远低于线阵探测器的问题,王黎明研究采用大探测器方法重组像元,用亚像素高分辨率方法重组和补偿数据,同时改变数据获取方法,通过机械系统的精确移动,在大探测器数据间进行精确插值,弥补了面阵探测器在动态范围的不足,得到了较好的CT重建结果,在算法的具体应用上,杨莞针对球形封闭体内外球面轮廓度的检测,提出了一种精确测量方法,即在获得球体样件CT断层图像的基础上,利用CT插值方式提取球体样件的轮廓线边界系列CT值,再根据二次曲线逐次逼近拟合法获得其圆心坐标及平均半径,其测量精度达到0.05mm。王珏针对较小的同批、同型号工件进行检测,提出了一种基于弧半径投影的多目标图像搜索方法,即将多个小型工件放在转台同一圆环带上一起扫描,在目标区域利用Zernike矩进行精确识别,在减少识别耗时的同时,提高了CT图像识别方法的有效性和实用性。

国内工业CT设备制造正处于追赶国际领先的阶段，泰琛测试引入德国Yxlon工业CT系统，将国际先进的工业CT设备引入国内的检测行业，相信对国内制造业发展会有所裨益。