工業X射線探傷機無損檢測實時成像設備與金屬內部缺陷測量

工業X射線探傷機無損檢測實時成像設備掃描技術不受被檢測物體材料、形狀、表面狀況等限制,能夠給出被檢測物體二維、三維圖像,成像直觀,分辨率高。因此,工業CT被廣泛應用在我國航空、航天、兵器、汽車制造、鐵路、考古等領域,應用范圍涵蓋缺陷檢測、材料密度表征、尺寸測量、裝配結構分析、逆向工程等。

隨著工業CT技術在高端裝備制造業中的應用和發展,精密復雜零部件的內部缺陷檢測需求日益增加,對缺陷的檢出尺度及測量精度要求極高,在特定的CT設備和工藝條件下,獲得的CT圖像中,小缺陷往往被噪聲所掩蓋,難以進行有效識別和表征，直接影響工業CT缺陷測量的精度和準確性。因此,開展小缺陷工業CT無損檢測方法研究是至關重要的,但當前相關技術研究主要集中在設備、算法和檢測工藝等方面。缺陷尺度接近CT系統檢出極限的內部小缺陷,在CT圖像上表現出容積效應,或由于缺陷表面與CT掃描平面不垂直等因素,造成CT圖像中缺陷邊緣有較寬的灰度過渡區,形成了漸變邊緣或稱弱邊緣,這時缺陷測量難度較高。與此同時,缺陷類型、結構特點及偽影特性等多方面因素都對缺陷定量精度產生較大影響。

對于金屬材料內部不規則形貌缺陷的工業X射線探傷機無損檢測實時成像設備無損檢測,當前普遍采用半高寬缺陷尺寸計算法,CT檢測人員通過觀察及經驗判定缺陷位置,人為分割缺陷邊緣。該方法適用于尺度遠大于CT圖像像素尺寸的缺陷評價,但當缺陷尺寸接近或小于像素尺寸時,CT檢測人員判定的缺陷測量及評價結果存在很大誤差,由此會產生“超標”誤判,造成不必要的浪費。因此,在金屬材料工業CT檢測過程中,有必要研究一種適用不同CT設備及工藝參數的缺陷精確測量方法。

建立適用于金屬材料內部缺陷的線陣工業CT測量模型,結合缺陷表面垂直度、缺陷大小等影響因素,對CT圖像中缺陷邊緣退化進行預測,利用當前圖像PSF曲線進行缺陷的定量檢測,以有效解決金屬材料檢測過程中小缺陷測量精度低的問題。經過缺陷一定時,切片厚度較大的情況下,半高法結果;但當切片厚度小于0.5mm以后,半高寬法測量值較真值偏差迅速增大，由于當缺陷尺寸接近或小于有效射束寬度(BW)時,CT圖像上缺陷呈現出的灰度變化規律與缺陷尺寸呈非線性趨勢,故采用半高寬法測量值顯然已與實際不相符。

浙江工業大學齊子誠教授發明了利用工業CT圖像金屬材料邊緣近似計算圖像PSF曲線,繪制不同缺陷邊緣特征函數曲線,利用近似PSF曲線和缺陷邊緣特征函數曲線反求出缺陷的實際尺寸。分析研究和人工缺陷的實驗檢測結果均驗證了該方法對金屬材料缺陷定量檢測的有效性。相比較于半高寬缺陷測量方法,這種研究方法對缺陷檢測精度有較大的提高,尤其是在缺陷尺寸接近或小于有效射束寬度(BW)時,能夠保證較高的缺陷測量精度。