一般來說，一部工業(yè)CT設(shè)備大概由以下部分組成，射線源、輻射探測(cè)器和準(zhǔn)直器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、樣品掃描機(jī)械系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（硬件和軟件）及輔助系統(tǒng)（如輔助電源和輻射安全系統(tǒng)等）等。
一、輻射源
射線源常用X射線機(jī)和直線加速器。X射線機(jī)的峰值能量范圍從數(shù)十到450keV,且射線能量和強(qiáng)度都是可調(diào)的;直線加速器的射線能量一般不可調(diào),常用的峰值射線能量范圍1~16MeV。其共同優(yōu)點(diǎn)是切斷電源以后就不再產(chǎn)生射線,焦點(diǎn)尺寸可做到微米量級(jí)。
二、探測(cè)器
目前常用的探測(cè)器主要有高分辨CMOS半導(dǎo)體芯片、平板探測(cè)器和閃爍探測(cè)器三種類型。半導(dǎo)體芯片具有最小的像素尺寸和最大的探測(cè)單元數(shù),像素尺寸可小到10μm左右。平板探測(cè)器通常用表面覆蓋數(shù)百微米的閃爍晶體(如CsI)的非晶態(tài)硅或非晶態(tài)硒做成,像素尺寸約127μm,其圖像質(zhì)量接近于膠片照相。閃爍探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)效率高,尤其在高能條件下,它可以達(dá)到16~20bit的動(dòng)態(tài)范圍,且讀出速度在微秒量級(jí)。其主要缺點(diǎn)是像素尺寸較大,其相鄰間隔(節(jié)距)一般≥0.1mm。
三、樣品掃描系統(tǒng)
樣品掃描系統(tǒng)從本質(zhì)上說是一個(gè)位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。工業(yè)CT常用的掃描方式是平移2旋轉(zhuǎn)(TR)方式和只旋轉(zhuǎn)(RO)方式兩種。RO掃描方式射線利用效率較高,成像速度較快。但TR掃描方式的偽像水平遠(yuǎn)低于RO掃描方式,且可以根據(jù)樣品大小方便地改變掃描參數(shù)(采樣數(shù)據(jù)密度和掃描范圍)。特別是檢測(cè)大尺寸樣品時(shí)其優(yōu)越性更加明顯,源2探測(cè)器距離可以較小,以提高信號(hào)幅度等。
四、重建算法
計(jì)算機(jī)軟件無疑是CT的核心技術(shù),當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成以后,CT圖像的質(zhì)量已經(jīng)基本確定,計(jì)算機(jī)軟件的好壞就直接影響到圖像的重建質(zhì)量。CT圖像重建通常采用卷積反投影法,其優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量高,易于用硬件設(shè)計(jì)為專用圖像處理機(jī),缺點(diǎn)是只能形成某一斷面上的二維灰度信息,不能得到被檢測(cè)物的整體描述。為提高缺陷判別的準(zhǔn)確性,KudoH研究了Smith和Grangeat的三維投影重建算法的優(yōu)點(diǎn),提出了Smith2Grangeat方法,該方法得到的圖像依然會(huì)有明顯的衰減和失真。馬存寶通過增加窗函數(shù)和平滑濾波的方法,對(duì)Smith2Grangeat方法進(jìn)行修正,得到了較好的重建圖像。
在大尺寸構(gòu)件檢測(cè)方面,針對(duì)RO掃描只能檢測(cè)小尺寸構(gòu)件,而TR掃描大尺寸構(gòu)件耗時(shí)較長(zhǎng)的難題,魏東波提出了一種通過檢臺(tái)二次偏置擴(kuò)大掃描視場(chǎng)的工業(yè)CT成像方法,并基于三代工業(yè)CT投影數(shù)據(jù)存在的冗余特征,推導(dǎo)了它的投影數(shù)據(jù)重排預(yù)處理方法和濾波反投影(FilterBackProjec2tion,FBP)重建算法,實(shí)現(xiàn)了在增加一次360°回轉(zhuǎn)掃描情況下,其有效掃描視野達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)三代工業(yè)CT方法的2.8倍左右。且該方法僅需CT掃描臺(tái)具備平移和旋轉(zhuǎn)自由度,易于與現(xiàn)有三代工業(yè)CT兼容,工程實(shí)現(xiàn)方便。
針對(duì)CT成像系統(tǒng)中,面陣探測(cè)器成像過程相對(duì)線陣探測(cè)器而言系統(tǒng)散射影響大,動(dòng)態(tài)范圍小,成像指標(biāo)遠(yuǎn)低于線陣探測(cè)器的問題,王黎明研究采用大探測(cè)器方法重組像元,用亞像素高分辨率方法重組和補(bǔ)償數(shù)據(jù),同時(shí)改變數(shù)據(jù)獲取方法,通過機(jī)械系統(tǒng)的精確移動(dòng),在大探測(cè)器數(shù)據(jù)間進(jìn)行精確插值,彌補(bǔ)了面陣探測(cè)器在動(dòng)態(tài)范圍的不足,得到了較好的CT重建結(jié)果,在算法的具體應(yīng)用上,楊莞針對(duì)球形封閉體內(nèi)外球面輪廓度的檢測(cè),提出了一種精確測(cè)量方法,即在獲得球體樣件CT斷層圖像的基礎(chǔ)上,利用CT插值方式提取球體樣件的輪廓線邊界系列CT值,再根據(jù)二次曲線逐次逼近擬合法獲得其圓心坐標(biāo)及平均半徑,其測(cè)量精度達(dá)到0.05mm。王玨針對(duì)較小的同批、同型號(hào)工件進(jìn)行檢測(cè),提出了一種基于弧半徑投影的多目標(biāo)圖像搜索方法,即將多個(gè)小型工件放在轉(zhuǎn)臺(tái)同一圓環(huán)帶上一起掃描,在目標(biāo)區(qū)域利用Zernike矩進(jìn)行精確識(shí)別,在減少識(shí)別耗時(shí)的同時(shí),提高了CT圖像識(shí)別方法的有效性和實(shí)用性。
國(guó)內(nèi)工業(yè)CT設(shè)備制造正處于追趕國(guó)際領(lǐng)先的階段，泰琛測(cè)試引入德國(guó)Yxlon工業(yè)CT系統(tǒng)，將國(guó)際先進(jìn)的工業(yè)CT設(shè)備引入國(guó)內(nèi)的檢測(cè)行業(yè)，相信對(duì)國(guó)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展會(huì)有所裨益
