浅谈工业CT技术特点及系统组成

浅谈工业 CT技术特点及系统组成

盛勇 王奎华

天津三英精密仪器股份有限公司 300000

摘要：在我国经济水平实现大幅度提升的背后，是制造行业的飞速发展，经济发展模式也由以往的粗放型经济向精细化转变，在这个过程中，扫描、检测技术也在不断的向精细化发展。在常规的工业产品检测中，检测图像容易存在信息混淆的情况，而工业CT技术的精确度更高，被广泛的应用于检测当中。本文主要分析了工业CT技术的技术特点以及系统的组成。

关键词：工业CT；技术特点；系统组成

前言

随着现代科学技术的发展，出现了各种新的机械设备、科学技术等，为我国的工业发展提供便捷。在传统的工业制造领域，受到制造技术的限制，制造产品的精密度不够，同时在对产品的质量检测上多数只能通过外观以及是否能够正常使用作为检测的标准，而难以从产品的内部结构去进行检测，使得对于产品的缺陷检测存在问题。工业CT技术作为近年来的一种新型技术，能够在不损害物体的前提下而观察到其内部结构，被广泛应用于多个领域之中。

1. 工业CT的概念

工业CT是工业用计算机断层成像技术的简称，它能在对检测物体无损伤条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构、组成、材质及缺损状况，被誉为当今最佳无损检测和无损评估技术。工业CT技术涉及了核物理学、微电子学、光电子技术、仪器仪表、精密机械与控制、计算机图像处理与模式识别等多学科领域，是一个技术密集型的高科技产品。工业CT广泛应用在汽车、材料、航天、航空、军工、国防等产业领域，为检测航天运载火箭及飞船航空发动机、大型武器的检测、地质结构的分析以及机械产品质量的重要检测手段^[1]。

2. 工业CT的技术特点

究其本质而言，工业CT技术就是一种射线检测技术，通过射线穿透的原理对物体的内部进行扫描，在扫描的过程中不会对物体造成任何的损害，是一种方便快捷且无害的新技术。与其他的检测技术相比，主要具有以下几个特点：

1. 图像清晰

在传统的射线扫描的使用中，虽然是扫描三维的物体，但最终投影出来的却是二维的效果，这就造成部分信息会出现折叠的情况，使得在观察图像容易形成视觉错位造成的信息失误，对于产品的检测受限。而工业CT可以突破传统的射线检测的缺陷，在对目标检测的过程中不受周围的一些物体的遮挡，使得图像更加容易被识别，不仅可以对物体的大小尺寸、分布特征以及空间布局有一定的认识，还能寻找物体的缺陷，大幅度提升扫描的精确度。

2. 高密度分辨

在常规的检测技术中，对于物品的检测能力还比较缺乏，虽然可能对物体的大体内容进行检测，然而在对精密度较高的物体检测上，检测能力就相对较弱，对于物品的内部结构也把握不清。而工业CT具有相当高的密度分辨能力，能够对较为精密、微小的物品也实现有效检测，通过有关的研究调查结果显示，工业CT的图像密度分辨率可以达到0.3%，远高于常规的检测技术。

3. 动态响应范围大

工业CT的动态检测范围受到设备的影响，当使用高性能探测器时，探测器的动态响应范围可以达到10⁶以上，远高于胶片和图像增强器^[2]。

4. 数字化结果

常规的扫描仪器最终将扫描结果化为图像，而由于受到技术的影响，导致扫描的结果比较模糊，且物品之间容易出现重叠的现象，难以进行分析。使用工业CT扫描，不仅可以进行三维的图像呈现，同时还能将扫描的结果进行数据化，利于对物品的分析和使用。

3. 工业CT的系统组成

工业CT主要是通过射线源、探测器系统、数据采集系统、机械扫描系统以及控制系统组成成，其中起决定性作用的是射线源、机械扫描系统和探测器系统。在不同的工业CT扫描系统中，各系统的参数均有所不同，这也就造成了工业CT系统的参差不齐。

1. 射线源系统

射线源系统作为工业CT的能量来源，在一定程度上决定了CT扫描的质量。按照射线的能量进行划分，射线源中有产生高能X射线的加速器，也要产生低能X射线的X射线管，各处的能量源相互协作使得工业CT系统保持正常运转。同时射线源的能量也决定了CT扫描的穿透能力，当射线源的能量越强，对于物体的扫描能力越强，穿透能力也就越强。

2. 探测器系统

探测器系统是指通过射线扫描后的获得的射线信号，对其进行转换之后输入到电脑中进行分析的过程，主要具有信噪比、动态范围、稳定性、均匀一致性等性能，这些性能决定着扫描后的图像的质量。在工业CT中常用的探测器有闪烁体光电倍增管、闪烁体光电二极管以及气体电离室探测器三类。探测器原理就是先让射线进入探测体并与之相互作用，闪烁体吸收之后被激发产生光，由光电二极管吸收可见光、产生光电流后，最终经过放大器转为信号。但在实际的应用过程中，单一的探测器难以保障CT扫描的效率和效果，随着探测器技术的发展，现在工业CT系统中都使用多个探元组成的探测器阵列，就是一般说的线阵探测器或面阵探测器，探测器数量越多其探测阵列就越大，扫描检测速度就越快。所以使用阵列探测器，很大程度提升了探测的速度和提高了图像的质量。

图1：探测器结构图

3. 数据采集系统

数据采集系统是探测器和计算机之间的电路接口，也是计算机与外部数据之间相互联系的接口。探测器强探测道德信号进行放大、转换，再经过数据采集系统进入到电脑内部，由电脑对信号分析形成扫描图像，在CT系统中转换的关键环节。目前要想促进数据采集系统的优化，主要是通过提升传输速度、提高采集的精确度，从而提升降级效益的方向上，只有拥有科学、高效的数据采集系统，才能促进CT扫描的质量提升。

4. 机械扫描系统

机械扫描系统在工业CT技术中承担着操作、调整的作用。在对选择物品的扫描过程中，通过机械扫描系统适时的进行调整，负责对物品的上下调整以及旋转，掌握物品的运动轨迹，以此来是物体能够得到全方位的扫描，获得更为清晰、准确的扫描图像。为了达到这种效果，在设计机械扫描系统时，就要根据扫描物体的大小、分辨率、质量等进行设计，实现与扫描物体的有效贴合。目前的机械扫描系统主要分为卧式与立式两类，立式以更加方便、省空间的优势获得广泛的使用。

图2：卧式工业CT 图3：立式工业CT

5. 控制系统

顾名思义，控制系统在工业CT中主要起到控制的作用，从物体的扫描，到数据的分析，再到最后呈现出来的图像结果，都是通过控制系统进行操作的。在设计控制系统时，要将科学性、系统性放在首位，实现各个系统之间的有序串联，从而既保障CT的正常运行，同时还能提升运行的效率，为企业创造更高的经济效益。

4. 总结

工业CT技术作为传统扫描技术的改革，摒弃了常规扫描中的漏洞，使得扫描的图像更加清晰，对于高密度物体的分辨率更高，动态响应范围更大，同时扫描的结果也更加多样，既可以采用常规的图像结果，也能显示出更为精确的数字化结果，促进了CT扫描结果的精细化发展。在工业CT中，射线源系统、探测器系统、数据采集系统、机械扫描系统以及控制系统五大系统相辅相成，它们各司其职，彼此之间相互配合、相互协作，打造优质的工业CT扫描技术。

参考文献

[1]王瑞华.工业CT断层扫描数据分析软件开发[J].电脑知识与技术,2021,17(05):83-85+102.

[2]孙灵霞,叶云长.工业CT技术特点及应用实例[J].核电子学与探测技术,2006(04):486-488+453.