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  • 2020-03-06

    工业CT与金属内部缺陷测量

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    工业CT扫描技术不受被检测物体材料、形状、表面状况等限制,能够给出被检测物体二维、三维图像,成像直观,分辨率高。因此,工业CT被广泛应用在我国航空、航天、兵器、汽车制造、铁路、考古等领域,应用范围涵盖缺陷检测、材料密度表征、尺寸测量、装配结构分析、逆向工程等。

    随着工业CT技术在高端装备制造业中的应用和发展,精密复杂零部件的内部缺陷检测需求日益增加,对缺陷的检出尺度及测量精度要求极高,在特定的CT设备和工艺条件下,获得的CT图像中,小缺陷往往被噪声所掩盖,难以进行有效识别和表征,直接影响工业CT缺陷测量的精度和准确性。因此,开展小缺陷工业CT无损检测方法研究是至关重要的,但当前相关技术研究主要集中在设备、算法和检测工艺等方面。缺陷尺度接近CT系统检出极限的内部小缺陷,在CT图像上表现出容积效应,或由于缺陷表面与CT扫描平面不垂直等因素,造成CT图像中缺陷边缘有较宽的灰度过渡区,形成了渐变边缘或称弱边缘,这时缺陷测量难度较高。与此同时,缺陷类型、结构特点及伪影特性等多方面因素都对缺陷定量精度产生较大影响。

    对于金属材料内部不规则形貌缺陷的工业CT无损检测,当前普遍采用半高宽缺陷尺寸计算法,CT检测人员通过观察及经验判定缺陷位置,人为分割缺陷边缘。该方法适用于尺度远大于CT图像像素尺寸的缺陷评价,但当缺陷尺寸接近或小于像素尺寸时,CT检测人员判定的缺陷测量及评价结果存在很大误差,由此会产生“超标”误判,造成不必要的浪费。因此,在金属材料工业CT检测过程中,有必要研究一种适用不同CT设备及工艺参数的缺陷精确测量方法。

    建立适用于金属材料内部缺陷的线阵工业CT测量模型,结合缺陷表面垂直度、缺陷大小等影响因素,对CT图像中缺陷边缘退化进行预测,利用当前图像PSF曲线进行缺陷的定量检测,以有效解决金属材料检测过程中小缺陷测量精度低的问题。经过缺陷一定时,切片厚度较大的情况下,半高法结果;但当切片厚度小于0.5mm以后,半高宽法测量值较真值偏差迅速增大,由于当缺陷尺寸接近或小于有效射束宽度(BW)时,CT图像上缺陷呈现出的灰度变化规律与缺陷尺寸呈非线性趋势,故采用半高宽法测量值显然已与实际不相符。

    浙江工业大学齐子诚教授发明了利用工业CT图像金属材料边缘近似计算图像PSF曲线,绘制不同缺陷边缘特征函数曲线,利用近似PSF曲线和缺陷边缘特征函数曲线反求出缺陷的实际尺寸。分析研究和人工缺陷的实验检测结果均验证了该方法对金属材料缺陷定量检测的有效性。相比较于半高宽缺陷测量方法,这种研究方法对缺陷检测精度有较大的提高,尤其是在缺陷尺寸接近或小于有效射束宽度(BW)时,能够保证较高的缺陷测量精度。


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