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如何选择工业CT断层扫描测量系统
点击次数:486 发布时间:2019-11-26 打印本页面 返回

本文描述了工业CT的主要部件对zui终系统性能的影响,旨在帮助不具备CT专业知识的使用者理解其工作原理与方式,使用户能够在选择工业CT系统时,能够基于实际使用要求在性能与价格之间合理地进行选择。

 

工业计算机断层扫描(工业CT)使用X射线来对工件的内外部结构进行三维扫描与再现。工业CT扫描已经越来越多地应用到零件的内外部检测中,典型的应用如材料缺陷检测、失效形式分析、几何与形位公差测量、装配分析与逆向工程等。

 

市场上现有的工业CT系统其设计理念不尽相同,造成其性能也有所差异。使用者应该着眼于自身的使用要求,对被测工件和测量任务加以分析,才能选择一款合适的工业CT系统。在选择过程中,使用者应把握一些CT系统的关键要素,这能帮助使用者更好地找到一款性价比出色的CT设备。

当选择工业CT系统时,使用者容易对一些概念有所误解,由此对工业CT的性能产生了某些不切实际的期望。工业CT是一个非常复杂的系统,有很多系统参数对性能的影响是互相关联与制约的。

 

在所有的参数中,zui为典型的一对互相制约因素是工件尺寸与空间像素分辨率。人们总是期望即使是扫描大零件的时候也能获得高分辨率,但如前所述,这一对参数相互制约的特性,使之无法同时达到zui佳值。

 

空间像素又称为体素,表征了一个CT系统能够重现的zui小空间单元。如图2所示,当空间像素尺寸减小一半时,其体积缩小到仅为原来的1/8。换句话说,对于同一零件,如果将200µm的体素分辨率提高到100µm ,会导致数据量变为原来的8倍。

 

因此,较大的零件尺寸与较高的分辨率之间的矛盾就在于此,两者同时满足的情况下会产生过大的数据量导致。

 

在谈及分辨率时,用户非常容易会被产品手册或是CT生产厂家所谓的“zui高分辨率”误导。这个概念仅仅是一个理论上能够达到的数字,但对于绝大多数的应用是不切实际的。要达到这一理论数字,工件必须被置于离X射线管非常近的地方,以获得非常大的几何放大倍数。在这一情况下,零件的尺寸被大大限制,通常情况下仅为1~2 mm (如图3所示)。随着零件尺寸的增加,几何放大倍数与分辨率也会随之迅速下降。

 

因此,基于工件本身以及具体的测量要求来进行合理选择显得尤为重要。出于不同的设计理念,工业CT系统zui终会有许多不同之处,例如机型尺寸、有无放大轴、闭合管/开放管、探测器像素尺寸等等。所有这些系统参数都会对CT系统的性能产生非常大的影响。

 

1. X射线利用率

 

首先,CT系统的设计是否紧凑是一个至关重要的因素。[3] 这不仅仅影响机型的大小,更重要的是它决定了X射线的利用率。众所周知,X射线(光子)会随着传播距离的增加而衰减,并且基本上遵循衰减与距离的平方成反比的规律,如图4所示。[4] 换言之,X射线源与探测器之间的距离越长,X射线的利用率就越低。因此,将CT系统设计得越紧凑越好是首要的原则之一。

 

zui后也是非常重要的一点,软件对于工业CT系统的zui终性能也起到了非常重要的作用。从图像获取、探测器数据读出、A/D转换、三维重建到数据评价,每一步都包含了复杂的算法和大量的计算。好的软件能够使系统各个部件很好地协同工作,并发挥出系统的zui佳性能。工业CT的硬件决定了这个系统理论上的性能极限,而软件则决定了系统zui终达到的实际性能。由于工业CT系统越来越多地用于几何尺寸与形位公差测量,测量软件的选择也成为了一个关键因素。对于几何尺寸与形位公差测量,其要求不同于其它检测,只有经过专业机构认证的测量软件才能保证可靠的测量结果。

 

总而言之,工业CT系统的选择必须从实际需求触发,系统各部件的合理搭配才能保证良好的系统性能,以及合理的价格和使用成本。

丹青公司是德国WERTH工业CT断层扫描测量机在中国的合作伙伴,如果您有工业方面的需求或者测量任务,请随时联系我们,谢谢。

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