尼康工業(yè)CT介紹

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

概念說明

工業(yè)CT是工業(yè)用計算機斷層成像技術的簡稱，它能在對檢測物體無損傷條件下，以二維斷層圖像或三維立體圖像的形式，清晰、準確、直觀地展示被檢測物體的內(nèi)部結構、組成、材質(zhì)及缺損狀況，被譽為當今最佳無損檢測和無損評估技術。工業(yè)CT技術涉及了核物理學、微電子學、光電子技術、儀器儀表、精密機械與控制、計算機圖像處理與模式識別等多學科領域，是一個技術密集型的高科技產(chǎn)品。
工業(yè)CT廣泛應用在汽車、材料、鐵路、航天、航空、軍工、國防等產(chǎn)業(yè)領域，為航天運載火箭及飛船與太空飛行器的成功發(fā)射、航空發(fā)動機的研制、大型武器系統(tǒng)檢驗與試驗、地質(zhì)結構分析、鐵道車輛提速重載安全、石油儲量預測、機械產(chǎn)品質(zhì)量判定等提供了的重要技術手段。

技術原理

工業(yè)CT是在射線檢測的基礎上發(fā)展起來的，其基本原理是當經(jīng)過準直且能量I0的射線束穿過被檢物時，根據(jù)各個透射方向上各體積元的衰減系數(shù)從不同，探測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影像重疊的斷層掃描圖像(圖1），重復上述過程又可獲得一個新的斷層圖像，當測得足夠多的二維斷層圖像就可重建出三維圖像。當單能射線束穿過非均勻物質(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個像素組成的圖像，必須有M×N個獨立的方程才能解出衰減系數(shù)矩陣內(nèi)每一點的μ值。當射線從各個方向透射被檢物體，通過掃描探測器可得到MXN個射線計數(shù)和值，按照一定的圖像重建算法，即可重建出MXN個μ值組成的二維CT灰度圖像

性能指標

檢測范圍：主要說明該CT系統(tǒng)的檢測對象。如能透射鋼的最大厚度，檢測工件的最大回轉直徑，檢測工件的最大高度或長度，檢測工件的最大重量等。
使用的射線源：射線能量大小、工作電壓、工作電流及焦點尺寸。射線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，但其對大回轉直徑工件檢測有益。此外CT系統(tǒng)通常會具備數(shù)字射線檢測成像（DR）功能。
掃描檢測時間：指掃描一個典型斷層數(shù)據(jù)（如圖像矩陣1024×1024）所需要的時間。
圖像重建時間：指重建圖像所需的時間。由于現(xiàn)代計算機的運行速度較快，所以掃描結束后，幾乎是立即就能把重建圖像顯示出來，一般不超過3s。
分辨能力：工業(yè)CT系統(tǒng)的核心性能指標包括：
①空間分辨率：從CT圖像中能夠辨別最小結構細節(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)域大小結合在一起評定）。
空間分辨率與密度分辨率的關系。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指標。提高空間分辨率會降低密度分辨率，反之亦然。
對于普通的工業(yè)CT系統(tǒng)，其核心性能指標只有空間分辨率和密度分辨率；而對于一臺高精度測量工業(yè)CT系統(tǒng)而言，除了上述兩個核心性能指標外，還有另外兩個核心性能指標：
①幾何測量精度：在CT圖像上測得某對象的幾何尺寸與該對象真實尺寸之間的絕對誤差。
②密度測量精度：在CT圖像上測得某對象的密度值與該對象真實密度值之間的相對誤差。
工業(yè)應用工業(yè)CT現(xiàn)有X射線斷層掃描（XCT）、康普頓散射斷層掃描（CST）、穆斯堡爾效應斷層掃描（MCT）等。主要應用于工業(yè)在線過程的實時檢測和大型工業(yè)部件的探查。工業(yè)CT與傳統(tǒng)的X射線探傷和超聲波探傷相比，具有空間分辨率高、無損檢測、速度快等特點，因而在工業(yè)產(chǎn)品的檢測中具有其他方法無可取代的作用。在實時檢測方面，可用于在線檢測熱軋無縫鋼管中的氣孔、劃痕、裂縫、分層等各種缺陷，同時給出鋼管的壁厚、同心度、單位長度的重量等；亦可用于發(fā)電設備的實時檢測。在大型部件檢測方面，特別適用于火箭、核燃料元件、彈藥、飛機發(fā)動機等的無損檢測。大型工業(yè)CT的主要技術指標大約為待測物體直徑1—2.5米，有效掃描高度2—8米，最大承重可達數(shù)十噸，空間分辨率為1線對/毫米，密度分辨率0.5%，裂紋分辨0.05毫米×15毫米，掃描時間每層3分鐘，圖像重建時間6秒，工作臺平移空位精度0.02毫米，工作臺旋轉空位精度10角秒。所用的輻射裝置可用X射線機、加速器，亦可用60Co、137Cs或192Ir的γ射線源。

工業(yè)CT部件的發(fā)展現(xiàn)狀

 輻射源
  射線源常用X射線機和直線加速器。X射線機的峰值能量范圍從數(shù)十到450 keV，且射線能量和強度都是可調(diào)的;直線加速器的射線能量一般不可調(diào)，常用的峰值射線能量范圍在1一16 MeV。其共同優(yōu)點是切斷電源以后就不再產(chǎn)生射線，焦點尺寸可做到微米量級。[2] 
探測器
目前常用的探測器主要有高分辨CMOS半導體芯片、平板探測器和閃爍探測器三種類型。半導體芯片具有最小的像素尺寸和最大的探測單元數(shù)，像素尺寸可小到10 μm左右。平板探測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。閃爍探測器的優(yōu)點是探測效率高，尤其在高能條件下，它可以達到16 ~ 20 bit的動態(tài)范圍，且讀出速度在微秒量級。其主要缺點是像素尺寸較大，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)上說是一個位置數(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((TR)方式和只旋轉(RO)方式兩種。RO掃描方式射線利用效率較高，成像速度較快。但TR掃描方式的偽像水平遠低于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)。特別是檢測大尺寸樣品時其優(yōu)越性更加明顯，源探測器距離可以較小，以提高信號幅度等。