工业CT大揭秘之三——工业CT实时成像设备的应用

工业CT在无损检测中有着不可替代的优越性，越来越广泛地被应用于各个领域。缺陷检测方面最成功的汽车、航空航天和军工行业以固体发动机的检测。举例来说，高能量的工业CT系统对美国三叉戟潜艇导弹发动机成品的100%最终检测，用工业CT可检测推进剂的孔隙、杂质、裂纹以及推进剂、绝缘体、衬套和壳体之间的结合情况，当然，对于大型样品，检测的时长也会相应增加，每台发动机的具体检测时间为10h或更长。

制造业客户可以通过工业CT得到的三维空间信息同样可以用于复杂结构件内部尺寸的测量及关键件装配结构的分析，以验证产品尺寸和装配情况是否符合设计要求。

工业CT突出的密度分辨能力对控制陶瓷烧结过程有重要应用价值，它可及时了解陶瓷烧结过程中不同阶段的组分及密度变化，便于针对性地改变工艺。采用微焦点X射线工业CT可检测小试件内十几微米的缺陷，这对高弹性模量、对缺陷要求苛刻的陶瓷零件来说，是一种理想的无损检测手段。

工业CT扫描成象充分再现了试件材料的组分特性，所以适合于符合材料内多种类型的缺陷检测。例如：美国波音公司在纤维增强复合材料、胶结结构、蜂窝结构件的工业CT检测上进行了大量的工作，认为工业CT可检测纤维分布的均匀性、孔隙、疏松、胶结界面的厚度及变化情况、图层厚度及变化、材料固化时的流动特性、外来夹杂物等。

目前来说，工业CT在以下方面有较为广泛的应用：

1、缺陷检测：快速、准确、直观的检测产品的内部缺陷，如裂纹、气孔、疏松、夹杂等，发现检查缺陷类型、位置、尺寸，检测精度可达几微米；

2、孔隙率分析：对铸件（压铸、注塑等）的内部截面孔隙率进行分析，主要指标有孔隙占比、孔隙长度、孔隙个数、聚集孔隙、粗大气孔群等，用以评估内部孔隙对于整个零件的危害程度是否满足图纸要求。

3、装配分析：可以不用拆卸，直观了解产品的二维与三维局部整体、透视或截面分析图，高效精确地呈现装配件内部组成及其装配关系，便于视觉直观分析个部件内部结构以及装配间隙公差等。

4、尺寸测量：可以在不破坏样品的前提下，对于工件的所有尺寸进行精确的测量，精度高、速度快。工业CT尺寸测量是基于对三维可视化图像的测量，可以实现所有位置、方向的高精度测量，如全尺寸测量和同轴度测量，尺寸测量精度可达几个微米。

5、数模对比：通过工业CT及分析软件（VG）可以将CT数据与CAD数模或者CT数据进行最佳拟合，以直观的颜色编码对分析的结果进行可视化，不仅可以得到工件整体的偏差，还能得到感兴趣区域的具体偏差值。并且可用各种参数规定公差，例如偏差（最大、最小、累积偏差）

6、壁厚分析：直接在CT数据上自动定位面积不足或壁厚过厚或过薄区域，尤其是内部密闭空间的相关区域，可快速并精确地用颜色表征复杂零件壁厚的微小变化，也可以只对局部感兴趣区域进行分析。

7、逆向工程：通过CT扫描，重建，导入分析软件，从CT数据中提取表面信息，以STL格式生成表面数据文件，该文件可以导入到相应的逆向分析软件进行处理，不仅可以检测是否符合设计要求，还可以辅助设计、改良设计或仿制。

8、焊接质量分析：通过CT扫描，将焊接位置内部情况进行3D可视化，可以快速准确的对焊接缺陷如气孔，夹渣，未焊透，未融合，裂纹等缺陷进行识别、定位和测量。可应用于塑料件、有色合金件、钢件以及铜等各类材料的焊接分析。

10、显微分析：通过工业CT三维成像可以直观显示被检材料内部缺陷的位置、形状、大小等参数，可以通过后处理分析计算该复合材料孔隙率以及均匀性和纤维走向。

11、岩芯地质分析：通过CT扫描以及后处理软件进行分析，可以根据岩心内部不同成分的密度差异，对内部组分（孔隙、裂纹、粘土、岩石颗粒、矿物质等）进行三维可视化成像，并展示不同位置的任意二维切面。

12、电池检测：工业CT和是新能源失效检测最有力的工具，此类型的方案不仅能在无损的状态下观察电池的内部结构，而且还能以上百倍放大电池样品，找到细微的缺陷。在电池老化程度方面，可以使用工业CT详细对比了经过不同周期循环后的电池整体内部结构的演变；在电池安全隐患方面，用工业CT扫描样品，针对电极断裂、电极褶皱、极片对齐度和内部异物等问题在计算机断层扫描图像中的特征进行分析，对经过安全性试验后的电池内部结构进行分析。

13、电子元器件分析：通过采用微纳工业CT三维成像和DR二维成像的方法以及可视化分析可以对BGA焊接缺陷进行评估和鉴定。

14、生命科学研究：通过工业CT来分析死亡动物或者动物骨骼，CT成像技术能够适用于微小生理结构的精密研究，例如分析类似于铠蜥蜴的动物时可无需破坏这些动物的甲壳，研究其内部细微结构和整体结构。

但工业CT的使用目前还存在一定的局限性。工业CT设备本身造价远高于其它无损检测设备，检测成本高，检测效率较低，对于密度较低的样品，工业CT测试在1小时左右，但是对于体积较大的铸件，测试时间会明显增加，例如一个600mm的钢铸件，每毫米切一层，每层检测时间1min，检测完毕需10h，所以也多用于小体积、高价值的零件或一些零件关键部位的检测。另外，工业CT专用性较强，随着检测对象的不同和技术要求的不同,系统结构和配置可能相差很大。此外，工业CT对细节特征的分辨能力与试件尺寸有关，试件大时分辨能力很低，试件小时分辨能力高。再者，工业CT检测需要专业的有技能的工程师，这方面的人才培养周期也较长，以后需要在人工智能和深度算法在发力，提高工业CT检测的效率，由此可见，为使工业CT得到更广泛地应用，还有大量的工作要做。