基于工业CT成像的弹药小底隙测量方法研究

　　0　引言

　　在弹药产品中,由于生产工艺等因素的影响,往往会导致填装物底部与壳体之间存在一定厚度的空气间隙,工程上把这种空气间隙称作小底隙。小底隙的厚度一般在0·1~2·0 mm之间,虽然底隙几何尺寸很小,但实际产品性能试验表明,当小底隙厚度超过0·5 mm时它就会引起产品不能被激发,从而使整个产品失去其应有的效能。因此,在不损伤整个产品的前提下,检测出这种小底隙并且给出其准确的厚度值对于判定该产品的质量是否可靠具有重要意义。

　　X射线透视成像由于影像重叠很难检测出与填装物密度差异很小的空气间隙且难以对其进行准确定位和定量测量[1],而工业CT检测时,其扫描横截面正好与小底隙平行或重合,因此也无法直接从断层图像上观察到底隙的形状和测量出小底隙的厚度。虽然从理论上讲沿着产品的轴向进行CT扫描可得出反映底隙形状的图像,但是产品的外形尺寸和等效钢厚度制约了这种检测方式。针对这一特殊难题,本文利用CT断层扫描成像固有的体积效应,提出一种小底隙厚度测量方法。

　　1　CT体积效应

　　CT断层扫描时,理论上认为射线“横截”一个无限薄的切片,但在实际CT成像系统中,由于准直器与探测器有一定高度且扇形射线束也有一定厚度,因此进行CT断层扫描时,探测器获取的是射线在一定厚度切片上的衰减投影数据,则获得的相应的CT图像实际反映的是一定厚度切片中物质的平均密度分布,人们称CT断层扫描的这种特性叫做CT体积效应[2-4]。

　　显然,体积效应是物质密度分布的平均,给CT图像带来一定的失真,并给图像边界等带来一定程度的模糊[5-7],是一种有损空间分辨能力的固有特性。而本文方法则恰恰利用CT体积效应,来进行小底隙的厚度测量。基本思路:在一定层厚条件下扫描完全包含底隙的一个断层,由于该断层中包含了底隙的部分被等效为某一密度值,因此得到的CT图像中因为等效密度差异会出现灰度值差异,这种差异跟等效密度有关,在已知空气、填装物及壳体材料密度的前提下,可根据等效密度来计算厚度。

　　2　小底隙测量算法

　　2·1　小底隙模型

　　受生产工艺的影响,弹药填装过程中形成的小底隙在底部中间部分拱起,填装物的底部中间部分与壳体底部脱离而周围部分与壳体底部粘连在一起,形成填装物和壳体底部不完全分离的结构,其模型如图1所示

　　在扫描断层厚度范围内,设底隙所在区域的等效密度为ρeb、填装物所在区域的等效密度为ρef、空气密度为ρa、填装物密度为ρf、壳体密度为ρs、断层厚度为d.

　　2·2　测量算法