CT技術(shù)自誕生以來，首先被用于醫(yī)療診斷與材料檢測，隨著CT技術(shù)進步及測量精度提高，其應(yīng)用范圍擴展到工業(yè)產(chǎn)品測量領(lǐng)域并逐漸嶄露頭角。

　　對于傳統(tǒng)接觸式或光學非接觸式三坐標測量設(shè)備，物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的無損測量是生產(chǎn)實踐中的難題之一，工業(yè)CT技術(shù)為解決這類難題提供了一種有效的途徑。

　　在工業(yè)測量領(lǐng)域工業(yè)CT技術(shù)可以無損地對產(chǎn)品的內(nèi)外結(jié)構(gòu)尺寸進行整體測量：一次工業(yè)CT掃描可同時完成產(chǎn)品尺寸測量與材料缺陷評定過程；工業(yè)CT測量過程不受工件的表面狀況(粗糙度、顏色、曲率)影響；工業(yè)CT測量獲得的高密度點云可以用于被掃工件體模型內(nèi)外尺寸的整體評估；工業(yè)CT技術(shù)可以在裝配的狀況下對物體進行測量，可以用來進行裝配件失效分析，跟蹤工業(yè)產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制及公差評定等。

　　一、工業(yè)工業(yè)CT成像原理

　　工業(yè)工業(yè)CT成像過程包括:射線源產(chǎn)生X射線并穿透被檢樣品，樣品對射線吸收或散射而發(fā)生衰減，其衰減量由透照樣品厚度及組分決定；射線衰減后入射到探測器形成二維灰度投影圖像；探測器采集到不同角度的二維投影圖像；對投影圖像重建后獲得樣品工業(yè)CT斷層圖像多幅連續(xù)斷層圖像三維重構(gòu)后獲得樣品三維體素模型；三維體數(shù)據(jù)經(jīng)過閾值分割、邊緣檢測完成后續(xù)工業(yè)CT數(shù)據(jù)的分析與可視化過程。

　　綜上所述，一個完整的工業(yè)工業(yè)CT掃描及數(shù)據(jù)處理過程包括：投影采集-數(shù)據(jù)重建-邊緣檢測-數(shù)據(jù)分析。

　　下面我們從工業(yè)CT成像過程及基本組成出發(fā)，對可能影響工業(yè)CT性能的因素進行分類分析，并對可能的改進工業(yè)CT測量精度的措施進行了總結(jié)。

　　二、工業(yè)CT測量精度影響因素分析

　　影響工業(yè)CT測量精度因素眾多，可以歸結(jié)為:系統(tǒng)硬件相關(guān)(射線源、運動系統(tǒng)、探測器)、軟件和數(shù)據(jù)處理相關(guān)(數(shù)據(jù)重建、闞值分刻、輪魔提取、數(shù)據(jù)校準)、被測物體(幾何結(jié)構(gòu)、材料)、實驗環(huán)境溫度條件以及操作者。

　　2.1射線源

　　與射線源相關(guān)的影響因素一方面來自于設(shè)備本身，像靶材、射線能譜、穩(wěn)定性等，另一方面來自于設(shè)備操作者。射線源關(guān)鍵技術(shù)指標包括電壓、電流及焦點尺寸。

　　通常操作者憑借自身經(jīng)驗在一定范圍之內(nèi)選擇實驗采用的電壓、電流條件，這就導致測量結(jié)果的主觀性以及測量并非在最佳條件下進行。一般來說，電壓越高，射線穿透能力越強；電流越高，射線強度越大，電流加倍僅對射線強度產(chǎn)生影響，電壓加倍同時影響射線能量與射線強度。

　　與射線源相關(guān)另一個重要影響因素是射線源焦點尺寸，根據(jù)射線源焦點尺寸可將射線源分為納焦點(S1pm)、微焦點(1~200pm)、常規(guī)焦點(2200pm)射線源。焦點尺寸越小，成像圖像邊緣越銳利，射線源焦點尺寸變大會由于半影效應(yīng)導致成像圖像模糊。相同倍數(shù)下，焦點尺寸越小，成像效果越銳利，但是小焦點帶來的局部熱量集中會導致靶材過熱甚至被擊穿，這就限制了微焦點射線源能量在較低范圍，目前的微焦點X光機的射線能量一般低于225kv。

　　射線源、樣品、探測器之間的位置關(guān)系對工業(yè)CT測量精度有重大影響。樣品位置越靠近射線源意味著放大倍數(shù)越大，相應(yīng)的在探測器上更多的像素被使用，從理論上會提高空間分辨率。但是與此同時半影效應(yīng)帶來成像圖像邊緣模糊抵消了這一效果。在錐束工業(yè)CT重建對射線源、樣品與探測器之間水平偏移極其敏感，水平偏移可以通過“細琴弦方法”加以校正”。

　　2.2軟件與數(shù)據(jù)處理相關(guān)因素

　　對工業(yè)CT數(shù)據(jù)圖像處理包括兩個主要過程:

　　(1)采集投影圖像，從二維投影數(shù)據(jù)重建生成三維體素模型:

　　(2)對三維模型經(jīng)過邊緣檢測、閾值化分割完成后續(xù)測量過程。

　　目前工業(yè)工業(yè)CT數(shù)據(jù)的重建目前多采用經(jīng)典FDK方法進行，對于圖像邊緣檢測、結(jié)構(gòu)分制多來用基于闕值的方法進行。其中最主要的影響因素來自于射線硬化及射線散射帶來的。這些偽影如果不經(jīng)過適當?shù)男Ｕ�，會導致測量數(shù)據(jù)的可靠性降低。

　　三、工業(yè)工業(yè)CT測量精度提高途徑

　　前面我們簡單總結(jié)了影響工業(yè)CT性能的主要因素。在本節(jié)中我們將針對這些因素，從系統(tǒng)硬件和軟件處理兩方面給出相應(yīng)的改進措施來提高工業(yè)CT測量精度。

　　3.1改進工業(yè)CT系統(tǒng)硬件性能

　　硬件性能的提高主要取決于設(shè)備制造商對系統(tǒng)的持續(xù)改進。對于設(shè)備操作者來說，實驗過程中需要對工業(yè)CT系統(tǒng)配備的射線源和探測器的指標參數(shù)進行關(guān)注，像探測器的探元尺寸、信噪比、動態(tài)范圍:射線源的焦點尺寸、最大電壓、最大電流及功率等:轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的運動精度及運動方式(步進或連續(xù))等。其他諸如系統(tǒng)是否選用花崗巖基座、空氣軸承、伺服電機作為系統(tǒng)部件，也是為確保工業(yè)CT系統(tǒng)擁有高運動精度及穩(wěn)定性而采取的硬件改進措施。

　　3.2提高工業(yè)CT軟件及數(shù)據(jù)后處理能力

　　工業(yè)CT數(shù)據(jù)后處理指重建后的三維體數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理，由灰度圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為點云數(shù)據(jù)，在這一過程之中，主要的誤差來源是1、邊界闕值的選擇；2、校準標尺的確定。

　　工業(yè)CT重建之后獲得物體三維體模型，在對這一數(shù)據(jù)進行后續(xù)測量之前，首先需要選擇適當?shù)年I值來分割材料與空氣或不同材料之間的邊界，也就是所謂的闕值分割。傳統(tǒng)的闕值分割算法使用IS050%方法確定材料邊緣，即在圖像灰度直方圖上選擇空氣與材料峰值之間中間位置作為物質(zhì)邊緣，但這種方法易受圖像質(zhì)量影響而誤差較大。因此通過改進邊緣檢測算法，使用基于實際表面的邊緣檢測算法，通過搜索圖像法向方向像素變化，被證明確實可以提高邊緣檢測的精度。

　　前面我們介紹過對重建過程不利影響的兩個主要因素:射線硬化和散射輻射:減弱射線硬化影響可以通過在數(shù)據(jù)采集時放置前置濾波板來調(diào)節(jié)，也可以通過后續(xù)硬化校正算法來改善。采用多項式擬合方法來校正硬化偽影，校正后硬化偽影得到有效控制。

　　3.3優(yōu)化工業(yè)CT掃描參數(shù)選擇

　　工業(yè)工業(yè)CT掃描時，參數(shù)的選擇和設(shè)定直接影響到X射線的成像質(zhì)量和檢測結(jié)果。在實際X射線檢測過程中，從實驗準備到獲得實驗結(jié)果一般需要較長的時間，當研究某一參數(shù)對成像質(zhì)量的影響時，往往需要反復(fù)調(diào)整參數(shù)，整個調(diào)整過程耗時、耗力。特別是在對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重的產(chǎn)品檢測時尤為突出。同時操作者往往憑借自身經(jīng)驗選擇實驗參數(shù)組合，獲得的實驗結(jié)果往往是主觀的和非最優(yōu)的�？梢酝ㄟ^X射線仿真工具模擬參數(shù)變化對工業(yè)CT成像的影響，模擬真實檢測過程，調(diào)整參數(shù)設(shè)置以獲得最佳的檢測效果，從而得到優(yōu)化的檢測方案，大大縮短檢測周期。

　　通過X射線仿真工具模擬真實檢測過程，通過讀取被檢樣品CAD文件獲取工件的三維結(jié)構(gòu)信息，在不需要真實工件的情況下，仿真模擬X射線檢測工件過程，獲得工件的X射線仿真圖像。

　　通過仿真程序可以快速獲得不同參數(shù)條件下可檢測的最小缺陷尺寸。改變掃描電壓、電流組合，工件內(nèi)部暗色缺陷從無到有，可以清晰直觀的對投影圖像的缺陷檢出能力進行判斷，進而優(yōu)化采集參數(shù)設(shè)置。

　　3.4通過使用標準模體降低測量系統(tǒng)誤差

　　通過使用特定結(jié)構(gòu)及材質(zhì)的標準模體，一方面可以用來研究工業(yè)工業(yè)CT測量特性:也可以通過對已知尺寸模體的測量將工業(yè)CT圖像測量結(jié)果(像素)轉(zhuǎn)換為國際標準計量單位(m)，建立工業(yè)工業(yè)CT量值源流程也可以作為公認模體實現(xiàn)不同設(shè)備之間測量精度的比較，或CT系統(tǒng)與傳統(tǒng)CMM設(shè)備測量精度的比較，建立工業(yè)測試不確定度，推動工業(yè)CT測量的標準化進程。

　　3.5通過與傳統(tǒng)測量方法的配合使用提高工業(yè)CT測量精度

　　傳統(tǒng)工業(yè)測量方法像接觸式三坐標測量儀只能夠測量復(fù)雜曲面上有限的點，不能完整反映出曲面的形狀，雖然其單點測量精度較高但用有限的點去描述復(fù)雜曲面反而導致整體精度降低。而工業(yè)工業(yè)CT等光學測量法恰恰相反，非常適合于需要大規(guī)模測量點的自由曲面和復(fù)雜曲面的數(shù)字化。

　　通過使用精度更高的光學掃描儀對樣品進行外部尺寸測量，利用傳統(tǒng)CMM設(shè)備測量外部尺寸精度更高的優(yōu)勢。來校正工業(yè)CT測量結(jié)果。這一方法結(jié)合了工業(yè)CT無損測量物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)手段測量外部精度更高的優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中確實提高了工業(yè)CT測量精度。

　　通過在工業(yè)CT系統(tǒng)上集成了其他測量裝置(像光學)，使得在一臺工業(yè)CT設(shè)備上可以同時完成工業(yè)CT測量和光學測最，將工業(yè)CT真正變?yōu)橐环N專用的非接觸工業(yè)測量設(shè)備這一系統(tǒng)優(yōu)勢。通過融合光學測量和工業(yè)CT測量數(shù)據(jù)可以增強系統(tǒng)測量精度2可以方便將工業(yè)CT掃描與傳統(tǒng)光學掃描數(shù)據(jù)直接比較進行測量誤差分析。

　　結(jié)果與討論

　　本文首先列舉了影響工業(yè)CT測量精度的因素，對工業(yè)CT測量中出現(xiàn)的問題進行歸類分析，并針對這些影響因素提出了相應(yīng)的改進措施，分別從硬件、軟件、參數(shù)選擇方面進行了優(yōu)化。綜上所述一臺高精度的工業(yè)CT測量系統(tǒng)應(yīng)有以下特點:

　　(1)更高的射線管電壓和功率、更小的焦點。

　　(2)重大的動本范圍和探測器像素尺寸。

　　(3)更高的機械系統(tǒng)精度和運動穩(wěn)定性(運動偽影及承載力)。

　　(4)具有工業(yè)CT系統(tǒng)幾何參數(shù)校正及測量精度驗證模體。

　　(5)具有濾波降噪、偽影校正功能的數(shù)據(jù)重建軟件。

　　(6)具有專用工業(yè)CT尺寸測量軟件。