工业CT发展及应用课件.ppt

1、工业CT的发展及应用一、一、工业CT与医用CT的比较二、工业CT基本原理三、工业CT系统的主要部件四、工业CT的评价参数五、工业CT在无损检测中的应用工业工业CTCT的发展及应用的发展及应用、航空、航天等工业中精密工件内部结构的测量及其缺陷的检测；、兵器工业中对弹药填充密度的检测和武器关键部件的质量检查；、汽车工业中对关键零件的无损检测；、钢铁工业中产品的在线监控和质量检测；工业CT技术广泛应用于以下领域：5、钢铁工业中产品的在线监控和质量检 测；、油钻探中对岩芯的评估，钻杆和管道的探伤；、地质、考古中对样品的评估；、海关对违禁、走私物品的检查。工业CT技术广泛应用于以下领域一、一、工业CT与

2、医用CT的比较、技术指标侧重的差异工业CT更强调空间分辨率、密度分辨率、射线能量范围的差异工业CT中射线的能量从十至数百千伏、结构上的差异工业CT中被测工件亦作扫描运动、检测范围的差异、检测范围的差异 工业可完成：1.缺陷检测、定位与特性描述 2.各部件相对位置的确定 3.确定物体的密度梯度，评价均匀性 4.定量分析 5.动态在线检测 而医学仅能完成其中两项检测一、一、工业CT与医用CT的比较射线穿透物体强度衰减遵从比尔定律：I=I0el其中I射线穿透物体后的强度；I0 射线入射端初始强度；射线穿过不同物质的衰减系数l穿透物体的长度二、工业CT基本原理首先探测器测量射线透过物体的强度变化（即探

3、测器计数和的变化），然后输入计算机，通过CT图像重建运算，重组出被检测部位的横断面图像，即获得该层上下无重叠、对比度很高的清晰图像。工业CT工作原理二、工业CT基本原理工业CT工作原理图二、工业CT基本原理 图像不存在重叠与模糊，灵敏度比透视高出一、两个数量级之多。CT与一般透视照相比较叶片陶瓷型芯腊模断层图 叶片透视图二、工业CT基本原理CT的五种扫描方式第一代扫描 样品样品源源平移平移平移平移同步平移同步平移探测器探测器图2一代CT扫描旋转旋转180180o oCT的五种方式扫描第二代扫描 旋转旋转1212o o/次次源源样品样品探探测测器器平移平移平移平移同步同步图3 二代扫描CT的五种

4、方式扫描第三代扫描图4 三代扫描源源样品探测器探测器旋转旋转旋转旋转样品样品CT的五种扫描方式第四代扫描 固定环行固定环行探测器探测器样品样品放射源放射源图5 四代扫描旋转旋转CT的五种扫描方式第五代扫描图6 钢管在线检测系统钢管在线检测系统辐射源辐射源探测器探测器管道管道图像显示图像显示图像输出图像输出图像存储图像存储源系统源系统数据采传电路数据采传电路总控制单元总控制单元主计算机主计算机管理控制管理控制数据校正数据校正图像重建图像重建处理分析处理分析探测器探测器系统系统源系统开关源系统开关被被测测工工件件机械扫描机械扫描运动系统运动系统工业CT系统结构三、工业CT系统的主要部件工业CT系统

5、的主要组成：源系统(X射线、伽玛射线、加速器)探测器系统数据采传系统机械扫描、运动系统 5图像重建、分析系统 三、工业CT系统的主要部件X光机光机转台转台平移系统平移系统探测器探测器北京优联思特公司X光机CT整机图示伽玛射线源伽玛射线源：常用60Co、137Cs。能量特定但强度小，扫描时间长。光机光机射线源射线源：包含光管、高压电源、高压控制系统、冷却系统。检测时间短、图象质量高。直线加速器直线加速器：包含加速管、高压控制系统、冷却系统等。适用于高密度、大工件的检测。源系统三、工业CT系统的主要部件型号：MG452生产商：YXLON公司 X光机高压X光机高压控制器三、工业CT系统的主要部件探测

6、器系统闪烁体光电倍增管探测器闪烁体光电倍增管探测器：输出信号大，适用于射线源。闪烁体光电二级管探测器闪烁体光电二级管探测器：探测器组合密度高、几何效率高，目前最为常用。气体电离探测器气体电离探测器：探测器之间一致性好，适用于三代扫描，但效率较低。三、工业CT系统的主要部件制造探测器所用管子三、工业CT系统的主要部件数据采传系统 数据采传系统是探测器和计算机之间的电路接口。这部分电路十分复杂，构成了工业CT电子设备的主体。其中关键技术之一是转换。三、工业CT系统的主要部件机械扫描、运动系统 机械扫描系统包括：机械驱动轴、试件转台、各种支架、底座、移动控制系统（电机、编码器、伺服放大器、移位控制板

7、等）。三、工业CT系统的主要部件德国NEFF公司高精度直线转动单元三、工业CT系统的主要部件数字伺服放大器、同步伺服电机三、工业CT系统的主要部件转台及平移系统三、工业CT系统的主要部件 5图像重建、分析系统 该部分硬件由系统主板、专用控制板、阵列处理器、显示器、拷贝机等组成。软件包括系统软件和应用软件。应用软件应当完成三个功能：设置和校正CT重建参数、控制扫描过程及实现CT数据同步采集、完成图像重建。三、工业CT系统的主要部件工业CT图像重建运算方法卷积滤波反投影法：(r,)=oP(x,Q)*(x)dQ离散形式为：(r,)=P(Ka,Qi)(xcosQi+ysinQi-Ka)任意像素的衰减系

8、数:P(xij,Qi)=kijPk+l+k+1ijPk其中K射线束编号kij k+1ij内插系数 投影线 重建图像原理示意图 由图可见通过像素中心的所有投影线不一定正好落在像中心上，为了求取任意一个像素的衰减系数，必须对投影线坐标进行插值。四、工业CT的评价参数空间分辨率 指图像中能够辨别最小物体的能力。以分辨黑白相间条形带的对数，即每毫米线对数（）表示。影响该参数的因素有扫描像素数目大小、探测器准直孔的宽度、采样点间距、重建算法、机械系统精度、X射线管焦点大小或源活性区的大小、图像数据校正与图像重建算法等。ICT-X01线对检测图像上方是2.5LP/mm的图四、工业CT的评价参数密度分辨率密

9、度分辨率又称为系统灵敏度，它表示能够区分开的密度差别程度。利用图像的灰度去分辨被检测物的材质，通常以密度变化的百分比（）表示相互变化的关系。提高密度分辨率的方法主要是合理选择源的能量，增加源的剂量，降低噪声。四、工业CT的评价参数密度分辨率与空间分辨率之间的关系在辐射剂量一定的情况下，空间分辨率与密度分辨率是矛盾的。密度分辨率越高，空间分辨率就越低，两者之积为一常数。在同一密度分辨率的情况下，提高一倍空间分辨率就要减少1/2扫描像素宽度，而辐射剂量则要增加8倍。所以，最高空间分辨率与最高密度分辨率均是分别测到的，不可能在同一测试条件下两者均得到最佳值。四、工业CT的评价参数断层厚度与空间分辨率

10、密切相关，即断层厚度愈薄时，得到的空间分辨率愈高。影响断层厚度的主要因素有准直器宽度、探测器孔的宽度、采样点间距和重建算法等。四、工业CT的评价参数检测范围 说明能检测的对象。如透射钢的最大厚度、检测工件的最大回转直经，检测工件的最大高度或长度，能检测工件的最大重量等。它是区分工业大小的标志。四、工业CT的评价参数扫描检测时间指扫取一个断层花在扫描、数据采集上的时间，它决定了扫描的速度。图像重建时间指重建图像所需时间。辐射源的使用X射线源：能量大小、工作电压、工作电流、出束角度、焦点大小等。源：种类如60Co、192Ir、137Cs，源强、活性区尺寸、直径、长度。高能直线加速器：能量大小、出束

11、角度、焦点尺寸等。这些参数都直接影响CT的检测能力与检测效率。四、工业CT的评价参数1.工业CT在无损检测应用中的特点2.工业应用实例）缺陷检测）尺寸测量）结构分析）密度分布、底隙测量 3.工业目前的主要研究课题）工业CT硬件系统的研究）软件技术 五、工业CT在无损检测中的应用1.工业CT在无损检测应用中的特点）定量、定位检测:给出被测工件的断层扫描图像，可以直观的看到目标细节的空间位置、形状、大小，图像容易识别和理解。）高的密度分辨力:图像密度分辨率可达到0.1%甚至更高。五、工业CT在无损检测中的应用）探测信号动态范围高:探测信号的动态范围可达106 以上，远远高于胶片和图像增像器。）数字

12、化显示:直接给出像素值、尺寸等物理信息；数字化图像便于存储、传输、分析和处理等。五、工业CT在无损检测中的应用2.工业应用实例）缺陷检测:五、工业CT在无损检测中的应用缺陷检测方面最成功的应用例证是固体火箭发动机的检测。左图是某设备上推进器叶片的四个不同位置的断层图像，图中可以清楚地看到在轴与叶片之间有缝隙及裂纹，该件已报废。气孔和夹杂的测量五、工业CT在无损检测中的应用）尺寸测量：利用工业得到的三维空间信息，同样可用于验证产品尺寸或装配情况是否符合设计要求。例如飞机发动机叶片壁面尺寸的误差不得超过0.1。检测时先用实时成像功能完成主要缺陷检测，而后在特定区域进行扫描成像，准确验证叶片尺寸。五

13、、工业CT在无损检测中的应用飞机发动机空心叶片的壁厚检测）结构分析五、工业CT在无损检测中的应用对于体积小、价值高的复杂结构件，要在不解剖构件的情况下了解其内部结构，工业是一理想的手段。这一技术普遍被应用于逆向工程中。五、工业CT在无损检测中的应用）结构分析图例为某燃烧器部件实物及透视图和多层图）密度分布、底隙测量弹箭武器对装药质量要求很高，除了要求对装药裂纹、缩孔、夹杂物等进行无损检测外，还要求测量装药密度、弹底间隙，以保证弹药使用的安全可靠。五、工业CT在无损检测中的应用五、工业CT在无损检测中的应用密度分布图示为某导弹药芯的断层图像，以检测药的均匀性。ICTDY01密度测量结果材料标准密

14、度测量值误差1有机玻璃1.17971.18363.32胶木1.36411.36132.13聚氯乙稀1.51951.51502.97五、工业CT在无损检测中的应用利用工业CT密度分辨率高的特点，可间接测量底隙。选择合适的扫描层厚,对弹体的底部进行断层扫描，在断层图像中间药的区域测量其密度的CT值，根据这一值变化的情况，来判断是否有底隙并定量测量底隙的大小。底隙测量弹药检测的密度精度低于5。图为CT值与弹药密度的关系曲线。五、工业CT在无损检测中的应用图22值于弹药密度的关系曲线底隙测量曲线五、工业CT在无损检测中的应用五、工业CT在无损检测中的应用3.工业目前的主要研究课题）工业CT硬件系统的研

15、究高性能探测器的研制高能射线CT、同步辐射源的CT移动式CT）软件技术算法与物理有关的数学问题 五、工业CT在无损检测中的应用）工业CT硬件系统的研究高性能探测器的研制：适应10KeV-15MeV射线能量范围，高的密度分辨率及空间分辨率。高能射线CT、同步辐射源的CT：主要用于大型或较重元素的材料检测，需要高能射线来完成。移动式CT：在检测对象既不能移动也不可破损情况下，移动式CT有相当的潜力。五、工业CT在无损检测中的应用）软件技术算法 代数重建方法直接富里叶变换法linogras和Hankel变换法近年来，三维直接重建问题已成为算法研究的主要课题。五、工业CT在无损检测中的应用与物理有关的

16、数学问题与物理有关的数学问题 有限角度不完全数据成像技术三维成像技术 由于射线在某些方向不能透过样品或不能得到该方向的投影数据，就必须进行有限角度不完全数据的重建运算。目前常用方法：Clark-Plamer-Lawrence插值法Reeds-Shepp仿射变换法凸面投影法有限角度不完全数据成像技术五、工业CT在无损检测中的应用前两种技术主要都是寻求一种坐标变换，使不完备的投影数据在变换后的坐标中达到完备，它们无需事先了解被检样品的性能。而凸面投影法是目前最常用的方法，其要点是通过已知数据，如样品的尺寸和衰减系数范围等，提出样品性能的约束条件，用这些约束条件来修正人为假设的投影数据，通过反复迭代

17、直到获得满意的图像。五、工业CT在无损检测中的应用五、工业CT在无损检测中的应用三维成像技术 自广泛应用以来，三维成像一直是人们研究的课题，总体上可分为两类：一类为直接研究从投影数据进行三维重建称为真三维重建技术。另一类是将多幅二维图像叠堆出样品的三维图像，这实际上是一种显示技术。五、工业CT在无损检测中的应用目前三维成像中以表面显示法常用最常用。表面显示法有三角网法、有限差分法、动态弹性表面插入法等，基本都是利用有限的断层数据得到更加接近实际的光滑物体表面。近年来出现的滑行环连续螺旋线扫描方式，可得到无间隙的螺旋状扫描数据，这对三维显示技术无疑提供了十分有利的条件。从技术上说，随着计算机计算

18、速度进一步提高和存储量的扩大，图像的处理技术会更加先进；除探测器技术的不断改进对性能的提高起关键性的作用外，选用更有效的射线源、扫描方式是解决空间分辨率、密度分辨率与扫描时间三因素相互制约问题的根本方法。工业的历史虽然仅有二十来年，但各种类型的商品化产品及实验室设备已达相当数量。做为一种先进的无损检测技术，工业近年在我国的需求量已呈逐年递增的发展趋势，尤其在国防、军工行业，需求急剧增加。这为工业的研究、开发提供了一个大好的发展机遇。北京优联思特公司已研制的几种机型ICTB01 伽玛射线ICTDY01 伽玛射线弹药检测机ICTX01 X射线小型工业CT机ICTX02 X射线通用型ICTB01工业CT设备ICTX01 X射线工业CT设备弹药检测工业CT（ICTDY01）X射线工业CT（ICTX02）现场测量、控制ICTX02扫描图像航天推进器动作筒叶片的DR透视图 叶片的陶瓷型芯和蜡模的图像 石油岩芯的断层图像电机的断层图汽车发动机曲轴的断面导弹药芯断面电缆断层图像