工业CT技术特点及应用实例

工业CT(简称ICT),即工业计算机断层扫描成像,具有直观、准确、无损伤等特点,主要用于工业构件的无损检测。其原理主要是:通过扫描工件得到断层投影值,然后通过图像重建算法重建出断层图像。

将CT技术应用于工业无损检测大致始于上世纪70年代中后期。最初的研究工作是在医用CT上进行的,检测的对象为石油岩芯、碳复合材料及轻合金结构等低密度工件。由于医用CT所用的射线源能量较低、穿透能力有限,而机械扫描系统又是专门为人体设计,因此,在检测高密度及大体积物体方面存在着明显局限性。从70年代末到80年代初,美军针对飞机涡轮叶片及火箭发动机的检测,提出并实施了几个重要研究计划,对工业CT技术的发展起了推动作用。进入90年代,随着计算机科学的进步和新材料研究的进展,工业CT装置的性能逐年提高,成本逐渐下降。目前,工业CT已成为一种实用化的无损检测手段,广泛应用于航天、航空、军事、核能、石油、电子、机械、新材料研究、海关及考古等多种领域,检测对象种类繁多,例如导弹、火箭发动机、核燃料、石油岩芯、精密铸件和锻件、汽车轮胎、陶瓷及复合材料、化石等。

1　工业CT技术特点

从本质上讲,工业CT是一种射线检测技术,与射线照相、实时成像有一些共同之处,如检测时需要足够高的射线能量以穿透工件,同时,它不受被检测工件的材料种类、外形、表面状况的限制,检测现场有防护设施等。与常规射线检测技术相比,主要优点有:

1)工业CT能给出检测工件的二维或三维图像,感兴趣的目标不受周围细节特征的遮挡,图像容易识别,从图像上可以直接获得目标特征的空间位置、形状及尺寸信息;常规射线检测技术是将三维物体投影到二维平面上,造成图像信息叠加,评定图像需要有一定的经验,难以对目标进行准确定位和定量测量。

2)工业CT具有突出的密度分辨能力,高质量的CT图像密度分辨率甚至可达到0.3%,比常规无损检测技术高一个数量级;

3)采用高性能探测器的工业CT,探测器的动态响应范围可达106以上,远高于胶片和图像增强器;

4)工业CT图像是数字化的结果,图像便于存储、传输、分析和处理。

表1为工业CT技术、超声检测技术(UT)和射线照相检测技术(RT)的性能比较。工业CT独特的优点使得它在无损检测中的应用日益广泛。由于工业CT图像直观,图像灰度与工件的材料、几何结构、组分及密度特性相对应,不仅能得到缺陷的形状、位置及尺寸等信息,结合密度分析技术,还可以确定缺陷的性质,使长期以来困扰无损检测人员的缺陷空间定位、深度定量及综合定性问题有了更直接的解决途径。工业CT图像充分再现了工件材料的组分特性,所以适合于复合材料内多种类型的缺陷检测。此外,三维工业CT图像对复杂结构件检测及关键部件装配质量分析有实际意义,可验证产品尺寸和装配情况是否符合设计要求。