固体火箭发动机无损检测自动化系统设计思想

    引言

    装备在海军无损检测中心的HICT-450型固体火箭发动机无损检测自动化系统是我们自行研制的工业CT装置,它是目前国内唯一能对发动机进行整体检测的最大的一台ICT。投入运行一年多来该ICT已为部队和工业部门检测了多批次不同型号的导弹发动机和零部件,性能稳定,工作可靠,图像质量和性能指标达到和超过了国内引进的同类产品,实践证明, HICT-450型是ICT设计成功的一个典型。

    工业CT(ICT)比医用CT(MCT)的研制有更大难度, MCT检测对象是人体,人体的CT值跨度不大,约2 000左右(空气CT值为-1000;水为0;密骨质约为+1 000),且被测对象形状差异不大。而ICT的检测对象可从空气到重金属、高密度生物材料等,其CT值跨度可达上万以上,且形状千变万化,因此要研制高质量的ICT难度甚大。

    国际上20世纪70年代中就有了MCT,然后第一台ICT到80年代中才正式问世。我国ICT起步更晚,90年代中出现了实验室用的小型ICT装置,直至90年代末HICT-450工业CT装置的研制成功,正式开创了在军事和工业领域应用的先例,它也是ICT优化设计的一个范例。

    1　工业CT的基本原理与结构

    ICT的基本原理是以物体对射线的吸收为基础的,射线束的能量衰减值I与通过被测物的密度、厚度及成份有密切关系,且满足比尔定律gongshi1

    其中:

    对于密度不均匀任意形状的被测物,则沿某方向的总衰减为

    μ=μ(x, y),即层析平面上任意点的衰减系数,因此欲得M×N个像素组成的图像,必须有M×N个独立方程,才能得出平面内各点(体素)的μ值,从而可重建二维衰减系数(即密度)分布的灰度图像。为了得到矩阵量很大的衰减系数分布值,要求ICT必须有下列基本部件:射线源及准直器;样品机械扫描数控台;探测器阵列;计算机系统。

    如何选择这些基本部件及其运动方式是ICT总体设计的关键。这些问题是:选择合适的射线源;确定扫描台形式和扫描方式;确定探测器阵列形式;采用恰当的数采系统和控制形式。

    下面以HICT-450型卧式工业CT的设计过程谈几点体会。

    2　系统总体设计的几个关键问题

    2.1　HICT-450型工业CT简介

    HICT-450型工业CT(见图1)的任务是测试战术导弹固体火箭发动机内部缺陷,它是一台大型卧式工业CT,在数控扫描台上安装了450kV的X射线源和光电探测器阵列,在射线源和探测器之间是被测件,前台工控机完成扫描运动控制、数据采集和与后台主计算机通讯等任务,后台主机主要完成数据重排、图像重建、处理等任务。该系统达到的性能指标如下:

    ———被测件最大直径450mm;