尼康工業(yè)CT介紹

工業(yè)CT（industrial computerized tomography）是指應(yīng)用于工業(yè)中的核成像技術(shù)。其基本原理是依據(jù)輻射在被檢測(cè)物體中的減弱和吸收特性。同物質(zhì)對(duì)輻射的吸收本領(lǐng)與物質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。所以，利用放射性核素或其他輻射源發(fā)射出的、具有一定能量和強(qiáng)度的X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)，在被檢測(cè)物體中的衰減規(guī)律及分布情況，就有可能由探測(cè)器陳列獲得物體內(nèi)部的詳細(xì)信息，最后用計(jì)算機(jī)信息處理和圖像重建技術(shù)，以圖像形式顯示出來(lái)

概念說(shuō)明

工業(yè)CT是工業(yè)用計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它能在對(duì)檢測(cè)物體無(wú)損傷條件下，以二維斷層圖像或三維立體圖像的形式，清晰、準(zhǔn)確、直觀地展示被檢測(cè)物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成、材質(zhì)及缺損狀況，被譽(yù)為當(dāng)今最佳無(wú)損檢測(cè)和無(wú)損評(píng)估技術(shù)。工業(yè)CT技術(shù)涉及了核物理學(xué)、微電子學(xué)、光電子技術(shù)、儀器儀表、精密機(jī)械與控制、計(jì)算機(jī)圖像處理與模式識(shí)別等多學(xué)科領(lǐng)域，是一個(gè)技術(shù)密集型的高科技產(chǎn)品。
工業(yè)CT廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、材料、鐵路、航天、航空、軍工、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，為航天運(yùn)載火箭及飛船與太空飛行器的成功發(fā)射、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制、大型武器系統(tǒng)檢驗(yàn)與試驗(yàn)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、鐵道車(chē)輛提速重載安全、石油儲(chǔ)量預(yù)測(cè)、機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量判定等提供了的重要技術(shù)手段。

技術(shù)原理

工業(yè)CT是在射線(xiàn)檢測(cè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其基本原理是當(dāng)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直且能量I0的射線(xiàn)束穿過(guò)被檢物時(shí)，根據(jù)各個(gè)透射方向上各體積元的衰減系數(shù)從不同，探測(cè)器接收到的透射能量I也不同。按照一定的圖像重建算法，即可獲得被檢工件截面一薄層無(wú)影像重疊的斷層掃描圖像(圖1），重復(fù)上述過(guò)程又可獲得一個(gè)新的斷層圖像，當(dāng)測(cè)得足夠多的二維斷層圖像就可重建出三維圖像。當(dāng)單能射線(xiàn)束穿過(guò)非均勻物質(zhì)后，其衰減遵從比爾定律：  即 
式中  、  為已知量，未知量為μ。一幅M×N個(gè)像素組成的圖像，必須有M×N個(gè)獨(dú)立的方程才能解出衰減系數(shù)矩陣內(nèi)每一點(diǎn)的μ值。當(dāng)射線(xiàn)從各個(gè)方向透射被檢物體，通過(guò)掃描探測(cè)器可得到MXN個(gè)射線(xiàn)計(jì)數(shù)和值，按照一定的圖像重建算法，即可重建出MXN個(gè)μ值組成的二維CT灰度圖像

性能指標(biāo)

檢測(cè)范圍：主要說(shuō)明該CT系統(tǒng)的檢測(cè)對(duì)象。如能透射鋼的最大厚度，檢測(cè)工件的最大回轉(zhuǎn)直徑，檢測(cè)工件的最大高度或長(zhǎng)度，檢測(cè)工件的最大重量等。
使用的射線(xiàn)源：射線(xiàn)能量大小、工作電壓、工作電流及焦點(diǎn)尺寸。射線(xiàn)能量是穿透等效鋼厚度的能力的主要影響因素。
掃描模式：常用的CT掃描模式有II代掃描、III代掃描。III代掃描具有更高的效率，但是容易由于校正方法不佳而導(dǎo)致環(huán)狀偽影（所以減弱或消除環(huán)狀偽影是體現(xiàn)CT系統(tǒng)制造商技術(shù)水平的主要內(nèi)容之一）；II代掃描效率大約是III代掃描的1/10—1/5，但其對(duì)大回轉(zhuǎn)直徑工件檢測(cè)有益。此外CT系統(tǒng)通常會(huì)具備數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)成像（DR）功能。
掃描檢測(cè)時(shí)間：指掃描一個(gè)典型斷層數(shù)據(jù)（如圖像矩陣1024×1024）所需要的時(shí)間。
圖像重建時(shí)間：指重建圖像所需的時(shí)間。由于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度較快，所以?huà)呙杞Y(jié)束后，幾乎是立即就能把重建圖像顯示出來(lái)，一般不超過(guò)3s。
分辨能力：工業(yè)CT系統(tǒng)的核心性能指標(biāo)包括：
①空間分辨率：從CT圖像中能夠辨別最小結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的能力。
②密度分辨率：從CT圖像中能夠分辨出最小密度差異的能力（通常跟特征區(qū)域大小結(jié)合在一起評(píng)定）。
空間分辨率與密度分辨率的關(guān)系。在輻射劑量一定的情況下，空間分辨率與密度分辨率是相互矛盾的兩個(gè)指標(biāo)。提高空間分辨率會(huì)降低密度分辨率，反之亦然。
對(duì)于普通的工業(yè)CT系統(tǒng)，其核心性能指標(biāo)只有空間分辨率和密度分辨率；而對(duì)于一臺(tái)高精度測(cè)量工業(yè)CT系統(tǒng)而言，除了上述兩個(gè)核心性能指標(biāo)外，還有另外兩個(gè)核心性能指標(biāo)：
①幾何測(cè)量精度：在CT圖像上測(cè)得某對(duì)象的幾何尺寸與該對(duì)象真實(shí)尺寸之間的絕對(duì)誤差。
②密度測(cè)量精度：在CT圖像上測(cè)得某對(duì)象的密度值與該對(duì)象真實(shí)密度值之間的相對(duì)誤差。
工業(yè)應(yīng)用工業(yè)CT現(xiàn)有X射線(xiàn)斷層掃描（XCT）、康普頓散射斷層掃描（CST）、穆斯堡爾效應(yīng)斷層掃描（MCT）等。主要應(yīng)用于工業(yè)在線(xiàn)過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)和大型工業(yè)部件的探查。工業(yè)CT與傳統(tǒng)的X射線(xiàn)探傷和超聲波探傷相比，具有空間分辨率高、無(wú)損檢測(cè)、速度快等特點(diǎn)，因而在工業(yè)產(chǎn)品的檢測(cè)中具有其他方法無(wú)可取代的作用。在實(shí)時(shí)檢測(cè)方面，可用于在線(xiàn)檢測(cè)熱軋無(wú)縫鋼管中的氣孔、劃痕、裂縫、分層等各種缺陷，同時(shí)給出鋼管的壁厚、同心度、單位長(zhǎng)度的重量等；亦可用于發(fā)電設(shè)備的實(shí)時(shí)檢測(cè)。在大型部件檢測(cè)方面，特別適用于火箭、核燃料元件、彈藥、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等的無(wú)損檢測(cè)。大型工業(yè)CT的主要技術(shù)指標(biāo)大約為待測(cè)物體直徑1—2.5米，有效掃描高度2—8米，最大承重可達(dá)數(shù)十噸，空間分辨率為1線(xiàn)對(duì)/毫米，密度分辨率0.5%，裂紋分辨0.05毫米×15毫米，掃描時(shí)間每層3分鐘，圖像重建時(shí)間6秒，工作臺(tái)平移空位精度0.02毫米，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)空位精度10角秒。所用的輻射裝置可用X射線(xiàn)機(jī)、加速器，亦可用60Co、137Cs或192Ir的γ射線(xiàn)源。

工業(yè)CT部件的發(fā)展現(xiàn)狀

 輻射源
  射線(xiàn)源常用X射線(xiàn)機(jī)和直線(xiàn)加速器。X射線(xiàn)機(jī)的峰值能量范圍從數(shù)十到450 keV，且射線(xiàn)能量和強(qiáng)度都是可調(diào)的;直線(xiàn)加速器的射線(xiàn)能量一般不可調(diào)，常用的峰值射線(xiàn)能量范圍在1一16 MeV。其共同優(yōu)點(diǎn)是切斷電源以后就不再產(chǎn)生射線(xiàn)，焦點(diǎn)尺寸可做到微米量級(jí)。[2] 
探測(cè)器
目前常用的探測(cè)器主要有高分辨CMOS半導(dǎo)體芯片、平板探測(cè)器和閃爍探測(cè)器三種類(lèi)型。半導(dǎo)體芯片具有最小的像素尺寸和最大的探測(cè)單元數(shù)，像素尺寸可小到10 μm左右。平板探測(cè)器通常用表面覆蓋數(shù)百微米的閃爍晶體(如CsI)的非晶態(tài)硅或非晶態(tài)硒做成，像素尺寸約127 μm，其圖像質(zhì)量接近于膠片照相。閃爍探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)效率高，尤其在高能條件下，它可以達(dá)到16 ~ 20 bit的動(dòng)態(tài)范圍，且讀出速度在微秒量級(jí)。其主要缺點(diǎn)是像素尺寸較大，其相鄰間隔(節(jié)距)一般≥0. 1 mm。[2] 
樣品掃描系統(tǒng)
樣品掃描系統(tǒng)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。工業(yè)CT常用的掃描方式是平移一旋轉(zhuǎn)((TR)方式和只旋轉(zhuǎn)(RO)方式兩種。RO掃描方式射線(xiàn)利用效率較高，成像速度較快。但TR掃描方式的偽像水平遠(yuǎn)低于RO掃描方式，且可以根據(jù)樣品大小方便地改變掃描參數(shù)(采樣數(shù)據(jù)密度和掃描范圍)。特別是檢測(cè)大尺寸樣品時(shí)其優(yōu)越性更加明顯，源探測(cè)器距離可以較小，以提高信號(hào)幅度等。