工业X射线探伤机——工业CT无损检测系统的应用领域

随着工业X射线探伤机的普及，X射线实时成像设备工业CT应用场景也由原来的军工航天研究等领域向一般应用场景扩展开来。

目前来说，X射线实时成像设备工业CT有如下一些应用场景：

一、X射线无损检测

工业CT非接触、非破坏地检测物体内部结构，得到没有重叠的数字化图像，并且给出细节的辐射密度数据，使其在物品的初检测方面得到了广泛应用。工业CT检测的物品按照材料可分为金属材料、非金属材料和复合材料。金属材料以铸件为例，铸件的复杂性使得一般的无损检测不能直观和高效地对铸件关键部件的孔质缺陷进行检测。CT立体扫描图可以清晰显示结构立体状况，显示出可能会影响结构完整性和牢固性的孔隙或缝隙的存在。工业CT可以准确定量地反映出汽车铸件内部的缺陷分布情况。利用大型工业CT系统对摇枕、侧架等机车关键部件内部的气孔、沙眼、夹杂物、缩孔、疏松、冷隔、裂纹等铸造缺陷进行快速有效的检测。综上可以看出工业CT使得工业上很多复杂零件的内部缺陷得到了检测，并且由于工业CT具有较高的精度，可以有效实现对工业构建微小缺陷的检测和确定。

二、工业X射线探伤机——工业CT无损检测系统的应用领域对地质研究

CT无损检测扫描图像可以用于专业地质学样品科学研究，对样品复杂内部特征实现可视化。通过工业CT研究了岩石中氢物质(主要是水)对岩石保持的影响，研究的对象是位于西班牙北方一座城市的历史古迹(建筑用石为侏罗纪时代的岩石)。用工业CT对试样进行无损检测，对岩石内部液体的流动和相关的结构运动进行了有效的可视化显示，把试样中协同作用下岩石毛细管中的水含量作为岩石强度定量的评估标准，揭示了岩石毛细管中的水对岩石轻度的重要影响，对以后历史古迹的保护做出了重要的指导作用。工业CT在油田开发工作中应用提高了探测油藏储层的地质特征指标的精确度，更直观地认识油层内的微观分布，尤其是在油田发展后期的剩余石油分布和提高采收率的研究上更有使用价值。

三、X射线实时成像系统对考古研究

通过CT技术，克服了传统X光透射的图像叠加和透射角度有限所带来的局限，将文物内部结构关系展现无余。通过CT技术，不但克服了传统X光透射的图像叠加和透射角度有限所带来的局限，而且以最大限度将文物整体与局部的组配关系从头到脚一并展现出来。通过CT技术，不但避免了传统X光透射的图像叠加所带来的影像混淆，通过多层扫描形成三维影像直观反映结构数字化，而且直接可用于逆向工程的研究。在文物考古和保护行业中，无论是文物局部、文物整体还是封锁结构，都可以利用CT技术完成数字化研究。不但能满足常规X光透射检测的要求，还能避免非平面立体文物的三维空间信息在二维平面的垂直叠加造成解读困难，并以图像的形式清晰、准确、直观地展现被检物体内部的结构特征、装配情况、材料密度、有无缺损、缺损性质与位置及大小，极大补充了文物数字化的内部细节信息。CT技术十分适合对文物中难以直接识别结构关系进行深入解析，不但能够准确的揭示出文物部件结构的内在联系，为古代历史和科技研究提供一种重要方法，更为开展相应的文物信息展现提供更为详实的结构性可视化直观资料。CT技术的利用，对于开展文物的考古科学研究、文物病变诊断及指导保护和修复等均具有十分重要的价值。甚至，可以通过CT扫描获得文物内外结构的三维数字化模型，以此建立文物的可交互三维虚拟展览模型，或指导文物进一步病变后的修复工作，或通过3D打印完成文物的快速成型。

四、工业X射线探伤机疲劳裂纹检测与研究

据统计，材料破坏的80%为疲劳破坏，特别是随着结构大型化、复杂化和高温、高速的方向发展，对疲劳寿命的研究已成为人们关注的焦点。材料的裂纹行为检测对准确预测材料的疲劳寿命至关重要。许多学者在基于工业CT的图像基础上，从不同方面对裂纹的扩展机理和疲劳寿命预测展开了大量研究。比如首先设计短裂纹扩展模型，模拟构建内部疲劳短裂纹的扩展情况，之后在其自行开发的CT仿真系统上扫描含有短裂纹的模型，得到投影图像，并重建出密度场图像，在裂纹扩展过程中，记录下不同时刻的密度场图像，得到密度场随时间演化区域、扩展速度及演化趋势，使构建的短裂纹扩展达到可视化检测与分析。或者通过工业CT得到材料断层的二维灰度图像，以图像的灰度来分辨检测面内部的裂纹的萌生、扩展情况。在分析工业CT图像的基础上，将裂纹的萌生、扩展过程分为显微尺度细观裂纹、CT尺度裂纹和宏观裂纹，然后采用不同的裂纹萌生。扩展标准对材料疲劳寿命进行预测，最后相加各阶段的寿命，从而得到材料的疲劳寿命。这种方法与疲劳累积损伤理论法、名义应力法等相比，预测的寿命具有较高的精度。还有根据CT差值图像，由是否出现线状影像判断裂纹的存在，通过变换CT差值图像中像素的阀值范围分析裂纹的分布特点，基于CT物理原理对裂纹区域进行选取和定量化描述，研究了PBX炸药CT图像中裂纹形态在判定方面存在的问题，从理论上分析了含能材料CT图像中受各种添加剂影响使得裂纹是否出现难以确定和裂纹出现后其具体区域也无法确定的问题，为定量描述裂纹形态和位置奠定了基础，通过揭示含能材料损伤破坏的细观机理，为今后进一步利用工业CT进行材料疲劳寿命等相关分析提供一种新的方法。

五、DR实时成像设备快速成型

试件的快速扫描成型可以在最早阶段无需花费任何生产成本及时发现其结构缺陷。利用CT体积扫描数据组可以转化成STL文件直接输入计算机系统，快速创建具有复杂内部结构的产品模型。这对于制造成本高的产品和运用平面扫描技术无法获取其精细内部结构特征的试件检测具有尤其重要的意义。通过处理工业CT图像的方法、判断内外轮廓的方法和插值中间轮廓的方法等，对摩托车气缸头进行了实验研究，并把处理的结果转化为通用层接口(CLI)格式，进行了快速成型，实验结果令人满意。

六、逆向工程

传统的产品生产过程是从设计图纸到加工、组装成成品的过程，而逆向工程是针对一个结构未知的产品，通过用工业无损检测设备CT对其进行一系列的断层扫描。目前国际、国内在逆向工程应用研究方面大致可分为3种途径:

(1)、将系列的工业CT断层扫描成像，用自动成型机自动生产成形，得到产品，这种方法对空间形状复杂扭曲的构件使用最为方便，但是只能适用于一种材料的构件;

(2)、将第一种途径得到的三维立体图像用专业软件进行特征尺寸辨别，获得结构的长、宽、高、直径等特征尺寸，与传统加工工艺接轨，获得产品，这种方法只适用于材料种类较少的构件;

(3)、对未知产品进行多方位的断层扫描，获得扫描图像，精确测量产品各零件的特征尺寸、未知尺寸和密度变化，绘制成加工用图纸，然后用现代加工工艺进行加工。利用工业CT对整个模型的精确逆向重构。