工業(yè)CT技術(shù)

工業(yè)CT指標(biāo)的含義
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。
使用的射線源：射線能量大小、工作電壓、工作電流及焦點(diǎn)尺寸。射線能量的大小決定了穿透等效鋼厚度的能力。
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，所掃描物體尺寸受探測(cè)器大小限制；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，所以掃描結(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：是一套工業(yè)CT系統(tǒng)的核心性能指標(biāo)，包括：
* 空間分辨率：是指從CT圖像中能夠辨別最小結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的能力。
* 密度分辨率：是指從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)于一套普通的工業(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)：
* 幾何測(cè)量精度：是指在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。
* 密度測(cè)量精度：是指在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。
什么是工業(yè)CT
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，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)物體內(nèi)部的結(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、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。
工業(yè)CT的射線源的選擇
射線源常用有X光機(jī)和電子直線加速器，統(tǒng)稱電子輻射發(fā)生器。電子輻射發(fā)生器的共同優(yōu)點(diǎn)是切斷電源以后不再產(chǎn)生射線，這種內(nèi)在的安全性對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用非常有益。

同位素輻射源的最大優(yōu)點(diǎn)是它的能譜簡(jiǎn)單，同時(shí)消耗電能很小，設(shè)備體積小且相對(duì)簡(jiǎn)單；其缺點(diǎn)是輻射源的強(qiáng)度低，為了提高源的強(qiáng)度必須加大源的體積，導(dǎo)致“焦點(diǎn)”尺寸增大，導(dǎo)致分辨率指標(biāo)不理想，故在工業(yè)CT中較少實(shí)際應(yīng)用。

X光機(jī)
射線能量可調(diào)，能量≤450kV，

電子直線加速器
射線源能量不可調(diào)，實(shí)際使用的峰值能量范圍1~16MeV，更高的能量雖可以達(dá)到，主要僅用于實(shí)驗(yàn)。
實(shí)際應(yīng)用中，射線源的選擇主要取決于被檢工件的壁厚，同時(shí)也要考慮費(fèi)用問(wèn)題。表1列出了幾種材料對(duì)于一些特征能量下執(zhí)行加速器X射線的半值層厚度。

照相：可穿透等效鋼厚度通常為10個(gè)半值層
CT：可穿透等效鋼厚度通常為7個(gè)半值層
工業(yè)CT探測(cè)器的選擇
工業(yè)CT常用的探測(cè)器主要有兩種：線陣探測(cè)器和面陣探測(cè)器。

線陣探測(cè)器
主要優(yōu)點(diǎn)：閃爍體在射線方向上的深度可以不受限制，從而使入射的大部分X光子被俘獲，提高探測(cè)效率。尤其在高能條件下，可以縮短光子獲取時(shí)間；由于閃爍體是獨(dú)立的，并且同時(shí)閃爍體之間還有鎢或者其它重金屬隔片，降低了X射線竄擾。
主要缺點(diǎn)是：像素尺寸不可能做得太小，其相鄰間隔（節(jié)距）一般大于0.1mm。價(jià)格也較高。
通常，高能、低能情況下均可配線陣探測(cè)器。

面陣探測(cè)器
相比線陣探測(cè)器，面陣探測(cè)器有較高的射線利用率，適合于DR成像，可以達(dá)到實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)成像；另外，面陣探測(cè)器也比較適合于三維直接成像。所有面陣探測(cè)器由于結(jié)構(gòu)上的原因，有共同的缺點(diǎn)，即射線探測(cè)效率低，無(wú)法限制散射和竄擾問(wèn)題；動(dòng)態(tài)范圍小等，高能范圍應(yīng)用效果較差。

通常4MeV以下，系統(tǒng)可以配面陣探測(cè)器；但如果在高能情況下，只檢測(cè)工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不檢測(cè)缺陷時(shí)，也可以配面陣，只是圖像精度不高。
工業(yè)CT的選擇
在選購(gòu)工業(yè)CT產(chǎn)品時(shí)，購(gòu)買(mǎi)者首先需要考慮的是使用上的技術(shù)要求，同時(shí)在預(yù)算和支出費(fèi)用之間做平衡，其次是考慮如何考核所購(gòu)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，最后也要考慮產(chǎn)品供應(yīng)者的信譽(yù)和售后服務(wù)能力。

用戶的使用技術(shù)要求是整個(gè)工業(yè)CT產(chǎn)品的基點(diǎn)，主要有以下幾個(gè)方面：

檢測(cè)對(duì)象的大小、形狀、重量和材料組成；
基本功能：CT、DR、實(shí)時(shí)成像、膠片照相；
主要檢測(cè)目標(biāo)：缺陷（氣孔、夾雜、疏松、裂紋、脫粘等）、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝配情況、工件測(cè)量、三維重構(gòu)；
針對(duì)檢測(cè)目標(biāo)，提出技術(shù)指標(biāo)要求，如檢測(cè)材料內(nèi)部缺陷，還應(yīng)提出各種缺陷的檢測(cè)靈敏度；如檢測(cè)零件內(nèi)部尺寸，應(yīng)提出檢測(cè)靈敏度和精度。
檢測(cè)工件數(shù)量或檢測(cè)速度要求：檢測(cè)速度可以進(jìn)一步考慮掃描時(shí)間、圖像重建時(shí)間、調(diào)整切片位置時(shí)間、更換檢測(cè)樣品時(shí)間；
專(zhuān)門(mén)要求：如防爆、必要工裝，對(duì)接觸檢測(cè)對(duì)象有無(wú)特殊要求，如生物樣品或者工件某些位置要避免接觸或夾持等；
設(shè)備運(yùn)行和檢測(cè)結(jié)果，包括用戶界面、檢測(cè)結(jié)果的提供方式和格式、專(zhuān)門(mén)的圖像顯示及圖像后處理要求或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)處理軟件、資料文檔管理和檢測(cè)報(bào)告形式。
放射性劑量和其它安全問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)符合國(guó)家或行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)；
預(yù)期壽命、維護(hù)周期：應(yīng)當(dāng)關(guān)注射線源壽命或某些零部件的輻射損傷；
設(shè)備使用條件：場(chǎng)地、環(huán)境溫濕度要求，電源負(fù)荷及穩(wěn)定性要求等。