淺談工業(yè)CT尺寸測量的精度
工業(yè) CT 技術(shù)不受被檢測物體材料、形狀、表面狀況等限制,能夠給出被檢測物體二維、三維圖像,成像 直觀,分辨率高。因此,工業(yè) CT 被廣泛應(yīng)用在我國航空、航天、兵器、汽車制造、鐵路、考古等領(lǐng)域,應(yīng)用范圍涵 蓋缺陷檢測、材料密度表征、尺寸測量、裝配結(jié)構(gòu)分析、逆向工程等。隨著工業(yè) CT 技術(shù)在裝備制造業(yè) 中的應(yīng)用和發(fā)展,精密復雜零部件的內(nèi)部缺陷檢測需求日益增加,對缺陷的檢出尺度及測量精度要求*。
目前國內(nèi)外正積極開展工業(yè)CT三維精密測量技術(shù)研究。在工業(yè)CT尺寸測量應(yīng)用研究方面，Kiekens等對影響工業(yè)CT系統(tǒng)測量值誤差進行了研究，Van Bael等將工業(yè)CT應(yīng)用于多孔結(jié)構(gòu)幾何形狀控制，計算孔結(jié)構(gòu)尺寸、壁厚、結(jié)構(gòu)體積等幾何信息，完成產(chǎn)品幾何形狀的控制。在尺寸測量精度方面，GE公司通過紅寶石球進行驗證實驗，并采用散射線補償?shù)姆椒ㄌ岣邷y量精度，可達(4+L/100) μm。在測量標準方面，德國《VDI/VDE 2630工業(yè)CT尺寸測量》系列標準，包含了原理與術(shù)語、測量影響因素與建議、尺寸測量應(yīng)用指南、測量過程及比較、測量不確定度等方面。國內(nèi)工業(yè)CT技術(shù)主要應(yīng)用于無損檢測領(lǐng)域，在幾何量測量和計量化應(yīng)用方面起步較晚。工業(yè)CT測量技術(shù)的需求主要來源于產(chǎn)品尺寸檢驗，王義旭等針對工業(yè)CT探測尺寸誤差進行了校準和分析。在國內(nèi)公開的標準方面，涉及工業(yè)CT結(jié)構(gòu)尺寸測量的相關(guān)標準僅有GB/T 29067-2012 《無損檢測工業(yè)計算機層析成像(CT)圖像測量方法》。同時，目前可參考的國內(nèi)外文獻及標準，鮮有針對小尺寸薄壁結(jié)構(gòu)的測量誤差進行特別說明。
淺談工業(yè)CT尺寸測量的精度
對于金屬材料內(nèi)部不規(guī)則形貌缺陷的工業(yè) CT 無損檢測,當前普遍采用半高寬缺陷尺寸計算法,CT 檢測人員通過觀察及經(jīng)驗判定缺陷位置,人為分割缺陷邊緣。該方法適用于尺度遠大于 CT 圖像像素尺寸的 缺陷評價,但當缺陷尺寸接近或小于像素尺寸時,CT 檢測人員判定的缺陷測量及評價結(jié)果存在很大誤差,由 此會產(chǎn)生“超標”誤判,造成不必要的浪費。因此,在金屬材料工業(yè) CT 檢測過程中,有必要研究一種適用不同 CT 設(shè)備及工藝參數(shù)的缺陷精確測量方法。
為了進一步驗證半高寬法和灰度梯度法對不同厚度薄壁結(jié)構(gòu)的測量誤差，陳子木、胡正偉等教授分別通過理論計算以及實驗測量的圖像灰度分布進行尺寸分析，得到的壁厚測量結(jié)果可以看出對于理論計算的薄壁結(jié)構(gòu)灰度分布，當壁厚尺寸大于線擴散函數(shù)擴展寬度時，半高寬法和梯度法的測量誤差均小于±0.01 mm；當壁厚尺寸小于線擴散函數(shù)擴展寬度但大于壁厚測量極限值時，灰度梯度法具有更小的測量誤差；當壁厚尺寸小于壁厚測量極*，測量誤差顯著增大，隨著薄壁結(jié)構(gòu)厚度減小，半高寬法和梯度法的壁厚測量值均趨近于壁厚測量極限，這也與上述的解析分析相一致。
但對于實驗測量的壁厚尺寸，當實際壁厚大于壁厚測量極限值時，半高寬法相比灰度梯度法一直具有更小的測量誤差，對于本工作采用的工業(yè)CT成像系統(tǒng)，半高寬法尺寸測量誤差小于±0.04 mm，灰度梯度法尺寸測量誤差小于±0.08 mm，這主要是由于灰度梯度的計算較灰度極值更為靈敏，因此受系統(tǒng)噪聲影響明顯。隨著薄壁結(jié)構(gòu)尺寸減小至小于壁厚測量極限，半高寬法和灰度梯度法尺寸實驗測量結(jié)果依然呈單調(diào)下降的趨勢，測量誤差顯著增大，但此時灰度梯度法的測量誤差相比半高寬法較小。隨著薄壁結(jié)構(gòu)厚度減小，成像調(diào)制度下降導致受系統(tǒng)噪聲的影響程度大幅增加，采用半高寬法和灰度梯度法計算壁厚均會產(chǎn)生嚴重的誤差，因此與理論推導的結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。對比實驗測量結(jié)果和理論計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當薄壁結(jié)構(gòu)尺寸大于壁厚測量極*，兩者具有較好的一致性，當薄壁結(jié)構(gòu)尺寸小于壁厚測量極*，理論計算結(jié)果趨近于某個固定值。雖然實驗測量結(jié)果依然能夠保持尺寸減小的趨勢，但是測量誤差逐漸增大。
對于工業(yè)CT尺寸測量的精度，也是很多客戶非常關(guān)注的問題，一般來說在工業(yè)CT設(shè)備條件允許的情況下，通過探元尺寸、探測器尺寸、工件尺寸可獲得工件的工業(yè)CT檢測精度。
假設(shè)探元尺寸為100μm，探測器尺寸為300mm×300mm，工件直徑100mm；
要使得放大倍數(shù)，則工件盡量靠近射線源使得工業(yè)CT圖像充滿探測器平面，所以放大倍數(shù)近似為300mm/100mm=3，于是檢測精度近似為100μm/3≈33μm。
以上檢測精度的評估是對于簡單工件而言，如果要對工件的局部區(qū)域進行檢測，則需視工件情況選擇工件擺放方式，以及檢測方法，檢測精度則以現(xiàn)場測試結(jié)果為主。
深圳華準測試擁有多臺德國的Yxlon設(shè)備，此設(shè)備的穩(wěn)定和精確性是業(yè)內(nèi)的，同時，擁有多名在工業(yè)CT領(lǐng)域工作5年以上的工程師，通過他們的專業(yè)經(jīng)驗和檢測工藝，我們可以完成微米級或者納米級的檢測精度，以滿足不同客戶的需求。
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