一种工业CT测量精度评估方法

为了验证工业CT系统对检测件的测量精度,设计了一套评估方法,针对由国家X射线数字化成像仪器中心自主研发的9 MeV 高能工业CT系统和450 kV工业CT系统,设计制作了标准测量试块,以三坐标测量机为辅助测量手段,对CT图像的线性尺寸、球面尺寸、角度尺寸、孔径尺寸和定位尺寸等进行对比测量,得到不同尺寸类型的测量误差。在不考虑尺寸类型的影响下,分别对铝、不锈钢和尼龙三种材料做了CT测量误差对比,结果表明,对于这三种材料来说,材料密度越大测量精度越高。实验结果表明,可验证工业CT系统对不同类型尺寸测量的精度,工业CT系统可完成精度较高的尺寸测量工作,特别对复杂结构的内部尺寸测量有一定的优势。     

一种工业CT测量精度评估方法

为了验证工业CT系统对检测件的测量精度,设计了一套评估方法,针对由国家X射线数字化成像仪器中心自主研发的9 MeV 高能工业CT系统和450 kV工业CT系统,设计制作了标准测量试块,以三坐标测量机为辅助测量手段,对CT图像的线性尺寸、球面尺寸、角度尺寸、孔径尺寸和定位尺寸等进行对比测量,得到不同尺寸类型的测量误差。在不考虑尺寸类型的影响下,分别对铝、不锈钢和尼龙三种材料做了CT测量误差对比,结果表明,对于这三种材料来说,材料密度越大测量精度越高。实验结果表明,可验证工业CT系统对不同类型尺寸测量的精度,工业CT系统可完成精度较高的尺寸测量工作,特别对复杂结构的内部尺寸测量有一定的优势。     

高能X射线工业CT扫描运动控制系统设计

 分析了高能X射线工业CT扫描运动控制系统的作用,提出了扫描运动控制系统的组成方案。控制系统由工业控制计算机、计数卡、控制卡、伺服驱动器、伺服电机、工作平台、光栅和控制软件组成。研究了在Windows驱动程序模式（WDM）下,控制系统设备驱动程序的组成。以运动控制卡为例,研究了开发控制系统设备驱动程序的方法,并分析了设备驱动程序和用户程序交互的过程。通过编写WDM驱动程序,实现了对高能X射线工业CT扫描运动系统的实时控制。实验结果表明,开发的扫描运动控制系统,可靠性和实时性满足要求。     

基于面阵探测器6／9MeV新型高能工业CT系统

研制成功的6MeV高能工业CT集成检测系统采用磁控管驱动的6MeV射频加速器作为X射线源，成像系统与9MeV高能工业CT相同，扫描方式采用三维锥束扫描。主要技术指标与9MeV工业CT系统接近，其空间分辨率也达到21p／mm（10％的调制度下）。     

面向逆向工程的工业CT图像预处理系统开发

为了将工业CT技术应用于逆向工程中,开发了一个面向逆向工程的工业CT图像预处理系统。该系统主要通过图像处理、轮廓拟合和数据格式转换三个步骤对工业CT切片图像进行处理,输出的IGES格式数据能直接输入到专业化的逆向工程软件中进行３维CAD模型重构,减少了重构３维模型的工作量;输出的２维DXF格式数据能直接输入到AutoCAD软件中进行处理,提高了系统的灵活性。同时,提出了用加权方法计算拟合圆弧的圆心和半径,有效提高了曲线的拟合精度。并通过实例验证了该系统的正确性。     

基于工业CT线性尺寸测量的不确定度分析

针对加速器工业CT线性尺寸测量的不确定度评定,建立了工业CT尺寸测量模型,对测量中不确定度的主要来源进行分析,基于测量不确定度表示指南(GUM)法对工业CT线性尺寸测量不确定度评定进行研究。以6 MeV高能工业CT系统尺寸测量为例,分析了长度样块线性尺寸测量各主要的不确定度分量,对尺寸测量的不确定度进行评定,最终得出具有包含概率为0.99的扩展不确定度为0.09 mm,结果体现了工业CT尺寸测量的精度和可靠性,为工业CT尺寸测量结果的可靠度提供参考依据。     

面向逆向工程的工业CT图像预处理系统开发

 为了将工业CT技术应用于逆向工程中,开发了一个面向逆向工程的工业CT图像预处理系统。该系统主要通过图像处理、轮廓拟合和数据格式转换三个步骤对工业CT切片图像进行处理,输出的IGES格式数据能直接输入到专业化的逆向工程软件中进行３维CAD模型重构,减少了重构３维模型的工作量;输出的２维DXF格式数据能直接输入到AutoCAD软件中进行处理,提高了系统的灵活性。同时,提出了用加权方法计算拟合圆弧的圆心和半径,有效提高了曲线的拟合精度。并通过实例验证了该系统的正确性。     

工业CT图像轮廓提取与优化系统设计

为了有效地提高面向逆向工程的工业CT图像轮廓处理的精准性和计算效率,开发了工业CT图像轮廓提取与优化系统。该系统主要包括图像处理模块、轮廓识别与提取模块、轮廓拟合与优化模块、图像处理经典算法库和数据接口等功能模块,实现了从工业CT图像到轮廓数据的三维点云与轮廓线的标准格式输出,并与逆向工程软件对接。同时,在轮廓拟合与优化模块中,提出了基于全局约束模型的轮廓拟合策略,并采用有向图分解和数值代数相结合的计算方法,提高了轮廓拟合的计算精度和效率。最后通过实例验证了系统的有效性和正确性。     

工业CT图像轮廓提取与优化系统设计

为了有效地提高面向逆向工程的工业CT图像轮廓处理的精准性和计算效率,开发了工业CT图像轮廓提取与优化系统。该系统主要包括图像处理模块、轮廓识别与提取模块、轮廓拟合与优化模块、图像处理经典算法库和数据接口等功能模块,实现了从工业CT图像到轮廓数据的三维点云与轮廓线的标准格式输出,并与逆向工程软件对接。同时,在轮廓拟合与优化模块中,提出了基于全局约束模型的轮廓拟合策略,并采用有向图分解和数值代数相结合的计算方法,提高了轮廓拟合的计算精度和效率。最后通过实例验证了系统的有效性和正确性。     

低能X射线工业CT小间隔信号采集系统

为克服探测器阵列获取速度慢、重建图像精度低的缺点,并能在低能X射线的小焦点/微焦点CT系统中完成对小型精密复杂器件的检测,研究了低能X射线工业CT的小间隔信号采集系统。系统选取DT公司0.2 mm像素尺寸、高集成度、扫描速度快的X-CARD 0.2-256G为探测器,Altera公司的Cyclone EP1C3T为主控芯片,Intel公司的LXT972A为以太网控制芯片。从数据传输的可靠、稳定、高效率角度出发,用模块化的方法给出了系统的硬件设计,用有限状态机技术完成了系统的逻辑单元设计,并对系统的动态范围进行了测试。测试实验结果表明,系统的动态范围大于4000,能够检测精密器件、准确迅速地完成信号的采集传输,满足实际工业CT对信号采集的要求。     

低能X射线工业CT小间隔信号采集系统

为克服探测器阵列获取速度慢、重建图像精度低的缺点,并能在低能X射线的小焦点/微焦点CT系统中完成对小型精密复杂器件的检测,研究了低能X射线工业CT的小间隔信号采集系统。系统选取DT公司0.2 mm像素尺寸、高集成度、扫描速度快的X-CARD 0.2-256G为探测器,Altera公司的Cyclone EP1C3T为主控芯片,Intel公司的LXT972A为以太网控制芯片。从数据传输的可靠、稳定、高效率角度出发,用模块化的方法给出了系统的硬件设计,用有限状态机技术完成了系统的逻辑单元设计,并对系统的动态范围进行了测试。测试实验结果表明,系统的动态范围大于4000,能够检测精密器件、准确迅速地完成信号的采集传输,满足实际工业CT对信号采集的要求。     

工业CT密度分辨率测试技术

对工业CT密度分辨率的精确测试，通常既是工业CT制造商也是其用户关注的问题。检验工业CT密度分辨能力的试验方法有多种。比如美国BIR公司采用的“盐水法”和LSNL曾经采用过的“升温法”等，各有长短。本文基于体积变化可以转换为密度变化，设计采用—个较大的钻孔有机玻璃圆盘试样来测试工业CT的密度分辨率。试验表明，此办法精确、简单、实用，可以获得工业CT密度分辨率与检测局部平面位置的关系，还可同时较好测试工业CT的空间分辨率。     

锥束CT成像质量影响因素研究

CT成像质量受诸多因素影响,有必要系统地研究各因素带来的影响以得到更好的成像效果。基于兰州大学核科学与技术学院研制的锥束CT系统,在近探测器几何条件下,采用一铝制标准件,通过对比实验研究了投影采集范围及步长、管电压及管电流、焦点尺寸、样品在转台位置、硬化校正和图像优化等因素对CT系统成像质量的影响。结果表明,当投影采集完备时,投影采集范围对成像质量影响较小,减小扫描步长能提高成像质量;适当提高管电压能降低硬化伪影,提高管电流能减小图像噪声;较小的焦点尺寸能提高图像空间分辨率,但在近探测器几何条件下不明显;样品在转台位置不影响CT系统还原样品结构;硬化校正能明显消除硬化伪影;最后,对于单一材质样品通过阈值去噪能优化图像质量。以上研究为CT系统的研制和应用提供了参考。     

探测器偏置重建算法在工业CT检测中的应用

工业CT检测对象的大小是不固定的,最大限度地利用已有探测器的成像面积非常重要。采用探测器偏置来获得更大的扫描视野,并推导相应的重建算法。该算法首先使用Parker类型函数对采集到的投影数据中的冗余部分进行加权,然后采用扇束滤波反投影重建算法重建得到断层图像。在实验中使用实际工业CT系统分别采集钢制线对块与铝合金变速器外壳的投影数据进行重建算法的验证,重建结果证明了使用的探测器偏置重建算法的正确性与有效性,且空间分辨率和标准扫描的重建结果保持一致,这个方法可以在工业CT成像上有效使用。     

探测器偏置重建算法在工业CT检测中的应用

工业CT检测对象的大小是不固定的,最大限度地利用已有探测器的成像面积非常重要。采用探测器偏置来获得更大的扫描视野,并推导相应的重建算法。该算法首先使用Parker类型函数对采集到的投影数据中的冗余部分进行加权,然后采用扇束滤波反投影重建算法重建得到断层图像。在实验中使用实际工业CT系统分别采集钢制线对块与铝合金变速器外壳的投影数据进行重建算法的验证,重建结果证明了使用的探测器偏置重建算法的正确性与有效性,且空间分辨率和标准扫描的重建结果保持一致,这个方法可以在工业CT成像上有效使用。     

高能X射线工业CT数据传输系统的设计

 针对高能X射线工业CT的特点,开发了基于USB2.0的数据传输系统。该传输系统主要包括USB2.0接口部分和传输控制部分。USB2.0接口部分使用Cypress公司的EZ-USB FX2系列CY7C68013A芯片,配置为从属FIFO接口模式,通过块传输方式将数据传送给上位机。传输控制部分使用Altera公司Cyclone系列EP1C6Q240C8N芯片,定义缓冲区接收来自探测部分的数据,产生逻辑控制信号和时序信号,发送数据到USB的端点缓冲区。测试表明该传输系统易于扩展,占用系统资源少,传输速率高,满足高能X射线工业CT数据传输的要求。     

一种基于工业CT图像的岩心孔隙率计算方法

针对目前基于工业CT图像的岩心孔隙计算中都采用局部自定义区域数据的问题,提出了一种基于岩心图像全部数据的孔隙率计算方法。其中,岩心目标的准确提取是该方法的关键。研究了图像中岩心目标与周边噪音的结构和位置关系,并以此为依据提出了一种工业CT图像的岩心目标提取算法。然后以CT图像中的岩心目标为数据源,通过目标内的孔隙像素与目标像素之比来计算单张图像的岩心孔隙率。而针对岩心的序列CT图像,则通过计算每张图像的孔隙率均值来获得该岩心的孔隙率。最后,以一岩心样本的CT序列图像为例,说明所提方法的准确性和有效性。     

一种基于工业CT图像的岩心孔隙率计算方法

针对目前基于工业CT图像的岩心孔隙计算中都采用局部自定义区域数据的问题,提出了一种基于岩心图像全部数据的孔隙率计算方法。其中,岩心目标的准确提取是该方法的关键。研究了图像中岩心目标与周边噪音的结构和位置关系,并以此为依据提出了一种工业CT图像的岩心目标提取算法。然后以CT图像中的岩心目标为数据源,通过目标内的孔隙像素与目标像素之比来计算单张图像的岩心孔隙率。而针对岩心的序列CT图像,则通过计算每张图像的孔隙率均值来获得该岩心的孔隙率。最后,以一岩心样本的CT序列图像为例,说明所提方法的准确性和有效性。     

工业CT切片图像直接生成快速原型层片数据

为了将工业CT与快速原型直接集成,提出了一种由工业CT切片图像直接生成快速原型层片数据的方法。首先对工业CT切片图像进行边缘提取、去噪、细化、连接和轮廓跟踪,获取样件的内外结构轮廓点数据;然后在相邻断层间建立轮廓匹配点对,线性插值层间轮廓数据,以满足快速原型加工对层片厚度的要求,并用三次B样条曲线对所有轮廓进行拟合;最后经过轮廓数据点采样和内外轮廓判断后,生成通用层接口文件输入快速原型系统。试验验证了该方法的有效性与正确性。     

工业CT光电二极管探测器灵敏度

在工业CT系统设计过程中,射线能量选择、探测器结构设计、射线源和探测器匹配等方面都涉及探测器灵敏度问题。研究了影响工业CT光电二极管探测器灵敏度的几个主要因素及其定量关系。首先分析了灵敏度的几个主要影响因素：能量沉积率、绝对闪烁效率、光收集效率、光电转换效率。然后采用蒙特卡罗方法仿真得到闪烁体的能量沉积率、光收集效率,计算了CsI(Tl)闪烁体的荧光转换效率及光电二极管的光电转换效率,定义了闪烁体与光电二极管的匹配度的概念。最后得出具有普遍意义的探测器灵敏度的表达式,理论计算值与实际测量结果最大相差20.4%,实验验证了该灵敏度计算方法的有效性和正确性。