本文描述了工業(yè)CT的主要部件對(duì)zui終系統(tǒng)性能的影響，旨在幫助不具備CT專(zhuān)業(yè)知識(shí)的使用者理解其工作原理與方式，使用戶(hù)能夠在選擇工業(yè)CT系統(tǒng)時(shí)，能夠基于實(shí)際使用要求在性能與價(jià)格之間合理地進(jìn)行選擇。
工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描(工業(yè)CT)使用X射線(xiàn)來(lái)對(duì)工件的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維掃描與再現(xiàn)。工業(yè)CT掃描已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用到零件的內(nèi)外部檢測(cè)中，典型的應(yīng)用如材料缺陷檢測(cè)、失效形式分析、幾何與形位公差測(cè)量、裝配分析與逆向工程等。
市場(chǎng)上現(xiàn)有的工業(yè)CT系統(tǒng)其設(shè)計(jì)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(duì)被測(cè)工件和測(cè)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(guò)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?xún)r(jià)比出色的CT設(shè)備。
當(dāng)選擇工業(yè)CT系統(tǒng)時(shí)，使用者容易對(duì)一些概念有所誤解，由此對(duì)工業(yè)CT的性能產(chǎn)生了某些不切實(shí)際的期望。工業(yè)CT是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，有很多系統(tǒng)參數(shù)對(duì)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(duì)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(shí)候也能獲得高分辨率，但如前所述，這一對(duì)參數(shù)相互制約的特性，使之無(wú)法同時(shí)達(dá)到*值。
空間像素又稱(chēng)為體素，表征了一個(gè)CT系統(tǒng)能夠重現(xiàn)的zui小空間單元。如圖2所示，當(dāng)空間像素尺寸減小一半時(shí)，其體積縮小到僅為原來(lái)的1/8。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)于同一零件，如果將200µm的體素分辨率提高到100µm ，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量變?yōu)樵瓉?lái)的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(shí)滿(mǎn)足的情況下會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的數(shù)據(jù)量導(dǎo)致。
在談及分辨率時(shí)，用戶(hù)非常容易會(huì)被產(chǎn)品手冊(cè)或是CT生產(chǎn)廠(chǎng)家所謂的“zui高分辨率”誤導(dǎo)。這個(gè)概念僅僅是一個(gè)理論上能夠達(dá)到的數(shù)字，但對(duì)于絕大多數(shù)的應(yīng)用是不切實(shí)際的。要達(dá)到這一理論數(shù)字，工件必須被置于離X射線(xiàn)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(huì)隨之迅速下降。
因此，基于工件本身以及具體的測(cè)量要求來(lái)進(jìn)行合理選擇顯得尤為重要。出于不同的設(shè)計(jì)理念，工業(yè)CT系統(tǒng)zui終會(huì)有許多不同之處，例如機(jī)型尺寸、有無(wú)放大軸、閉合管/開(kāi)放管、探測(cè)器像素尺寸等等。所有這些系統(tǒng)參數(shù)都會(huì)對(duì)CT系統(tǒng)的性能產(chǎn)生非常大的影響。
1. X射線(xiàn)利用率
首先，CT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否緊湊是一個(gè)至關(guān)重要的因素。[3] 這不僅僅影響機(jī)型的大小，更重要的是它決定了X射線(xiàn)的利用率。*，X射線(xiàn)（光子）會(huì)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(xiàn)源與探測(cè)器之間的距離越長(zhǎng)，X射線(xiàn)的利用率就越低。因此，將CT系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)，軟件對(duì)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(cè)器數(shù)據(jù)讀出、A/D轉(zhuǎn)換、三維重建到數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，每一步都包含了復(fù)雜的算法和大量的計(jì)算。好的軟件能夠使系統(tǒng)各個(gè)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(gè)系統(tǒng)理論上的性能極限，而軟件則決定了系統(tǒng)zui終達(dá)到的實(shí)際性能。由于工業(yè)CT系統(tǒng)越來(lái)越多地用于幾何尺寸與形位公差測(cè)量，測(cè)量軟件的選擇也成為了一個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于幾何尺寸與形位公差測(cè)量，其要求不同于其它檢測(cè)，只有經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的測(cè)量軟件才能保證可靠的測(cè)量結(jié)果。
總而言之，工業(yè)CT系統(tǒng)的選擇必須從實(shí)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(jià)格和使用成本。
丹青公司是德國(guó)WERTH工業(yè)CT斷層掃描測(cè)量機(jī)在中國(guó)的合作伙伴，如果您有工業(yè)方面的需求或者測(cè)量任務(wù)，請(qǐng)隨時(shí)聯(lián)系我們，謝謝。
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