工业CT在增强硬质聚氨酯泡沫塑料无损检测中的应用

　　硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)作为结构材料使用时，为提高其力学性能，通常在材料中加入短切纤维、中空玻璃微珠等增强材料，获得增强 RPUF(RRPUF)。研究表明 RRPUF 内部增强体以及泡孔缺陷的尺寸、含量与分布状态等结构特征影响其力学性能[1-4]，因此，为提高 RRPUF 的力学性能，有必要建立有效的无损检测技术以研究 RRPUF 的内部结构特征。工业 CT 采用 X 射线源及一定的扫描方式对工件进行透射扫描检测，经探测器接收射线图像，由计算机软件重建出工件的截面图像，以实现被检断面内部的结构组成、材质状况、缺陷及其性质和大小的精密分析，为 RRPUF 内部结构特征的检测及分析提供了有效方法，尤其是微焦点体积 CT(μVCT)，采用了微焦点射线源、锥形 X 射线束以及大面积平板探测，通过一次 μCT 扫描直接获得高分辨率的工件内部结构的三维 CT 图像，其分辨率可达到微米级，能更精确、更快地实现 RRPUF 三维结构解析[5-8]。本文应用微焦点 VCT 技术，研究了玻璃纤维 RRPUF 内部三维结构特征，实现了玻璃纤维 RRPUF 内部玻璃纤维及泡孔缺陷的定量检测及其分布状态的分析。

　　1 检测实验

　　实验样品采用 φ 50mm×25mm 的玻璃纤维 RRPUF，检测系统采用了由 225kV 微焦点 X 射线源、平板探测器组成的 X 射线 CT 系统。应用微焦点锥束体式 VCT 技术对样品进行检测，获得高分辨率的样品内部结构三维 CT 图像。检测中，实验样品置于 CT 样品平台上，为获得高分辨率 CT 图像，225kV 微焦点 X 射线源采用了低功率以获得更小的焦点尺寸，调节射线源至样品距离及射线源至探测器距离以实现高比例放大成像，样品旋转 360°获取 600 幅图像进行重建，实验获得的三维 CT 图像的体元尺寸约 60μm。图 1 给出了玻璃纤维 RRPUF 样品的三维 CT 图像，另外，三维 CT 图像在沿 xy、yz、xz方向分别由 386、772、772 幅连续二维 CT 图像组成。图 2 给出了沿 xy 方向某个样品截面的二维 CT 图像。在玻璃纤维 RRPUF 中，泡孔、聚氨酯泡沫塑料、玻璃纤维的 X 射线衰减能力依次增大且差别较大。从图 1 和图 2 可见，材料及结构特征明显、清晰可辨。

　　图 3 给出了玻璃纤维 RRPUF 样品三维 CT 图像的 CT 值分布。依据材料衰减特性将 CT 值分布划分为背景、泡孔、聚氨酯泡沫塑料、玻璃纤维 4 个区域。图 4 给出了图 2 中标明的一条直线方向上的 CT 值分布。从图 4 可见，玻璃纤维及典型泡孔缺陷的特征明显，因此可采用 CT 值阈值分离方法提取特定的材料或结构特征进行分析。

　　2 结果与分析

　　2.1 玻纤 RRPUF 内部的玻璃纤维分布