中山無(wú)損檢測(cè)的集大成者——微納米斷層掃描儀
微納米斷層掃描儀CT檢測(cè)（本文簡(jiǎn)稱工業(yè)CT）因其可以非接觸、非破壞地檢測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而得到?jīng)]有重疊的數(shù)字化圖像，并且給出細(xì)節(jié)的輻射密度數(shù)據(jù)，這使其在物品檢測(cè)方面得到廣泛應(yīng)用。并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)CT應(yīng)用場(chǎng)景也在擴(kuò)展中。本文將對(duì)工業(yè)CT的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行列舉，借以希望啟發(fā)科技創(chuàng)新，借助工業(yè)CT這一強(qiáng)大科學(xué)，為科技事業(yè)服務(wù)。
一、無(wú)損檢測(cè)場(chǎng)景舉例
在金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料檢測(cè)中，工業(yè)CT不但可以直觀和高效地對(duì)鑄件關(guān)鍵部件的孔質(zhì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)，而且CT立體掃描圖可以清晰顯示結(jié)構(gòu)立體狀況，顯示出可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)完整性和牢固性的孔隙或縫隙的存在。因而在汽車工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)CT可在汽車金屬材料鑄件、搖枕、側(cè)架等機(jī)車關(guān)鍵部件內(nèi)部的氣孔、沙眼、夾雜物、縮孔、疏松、冷隔、裂紋等鑄造缺陷進(jìn)行快速有效的檢測(cè)；在機(jī)械制造領(lǐng)域，工業(yè)CT可以對(duì)很多復(fù)雜零件的內(nèi)部缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)；在精密制造領(lǐng)域，CT同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)精密構(gòu)件微小缺陷的檢測(cè)和確定?？梢哉f(shuō)，工業(yè)CT是無(wú)損檢測(cè)的集大成者。
二、地質(zhì)研究領(lǐng)域場(chǎng)景舉例
在專業(yè)地質(zhì)學(xué)樣品科學(xué)研究方面、油田開(kāi)發(fā)工作中探測(cè)油藏儲(chǔ)層地質(zhì)特征指標(biāo)的精確度方面、巖石內(nèi)部可視化顯示方面等等與地質(zhì)研究領(lǐng)域相關(guān)的研究，工業(yè)CT都能大展身手，揭示試樣的本質(zhì)，為研究者進(jìn)一步的研究提供重要的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。例如，有研究者利用工業(yè)CT研究了巖石中氫物質(zhì)(主要是水)對(duì)巖石保持的影響，用工業(yè)CT對(duì)試樣進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，對(duì)巖石內(nèi)部液體的流動(dòng)和相關(guān)的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了有效的可視化顯示，把試樣中協(xié)同作用下巖石毛細(xì)管中的水含量作為巖石強(qiáng)度定量的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，揭示了巖石毛細(xì)管中的水對(duì)巖石輕度的重要影響，對(duì)以后歷史古跡的保護(hù)做出了重要的指導(dǎo)作用。
三、考古研究
工業(yè)CT技術(shù)克服了傳統(tǒng)X光透射的圖像疊加和透射角度有限所帶來(lái)的局限，將文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系展現(xiàn)無(wú)余。工業(yè)CT可以對(duì)文物考古和保護(hù)行業(yè)中所有待研究文物進(jìn)行數(shù)字化研究。不但能滿足常規(guī)X光透射檢測(cè)的要求，還能避免非平面立體文物的三維空間信息在二維平面的垂直疊加造成解讀困難，并以圖像的形式清晰、準(zhǔn)確、直觀地展現(xiàn)被檢物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征、裝配情況、材料密度、有無(wú)缺損、缺損性質(zhì)與位置及大小，極大補(bǔ)充了文物數(shù)字化的內(nèi)部細(xì)節(jié)信息。與拉曼光譜儀、紅外、紫外等儀器的協(xié)同作用，可以對(duì)文物進(jìn)行研究，為考古學(xué)提供重要線索。
四、疲勞裂紋檢測(cè)與研究
近年對(duì)疲勞壽命的研究已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，材料的裂紋行為檢測(cè)對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)材料的疲勞壽命至關(guān)重要。許多學(xué)者在基于工業(yè)CT的圖像基礎(chǔ)上，從不同方面對(duì)裂紋的擴(kuò)展機(jī)理和疲勞壽命預(yù)測(cè)展開(kāi)了大量研究：
比如首先設(shè)計(jì)短裂紋擴(kuò)展模型，模擬構(gòu)建內(nèi)部疲勞短裂紋的擴(kuò)展情況，之后在其自行開(kāi)發(fā)的CT仿真系統(tǒng)上掃描含有短裂紋的模型，得到投影圖像，并重建出密度場(chǎng)圖像，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，記錄下不同時(shí)刻的密度場(chǎng)圖像，得到密度場(chǎng)隨時(shí)間演化區(qū)域、擴(kuò)展速度及演化趨勢(shì)，使構(gòu)建的短裂紋擴(kuò)展達(dá)到可視化檢測(cè)與分析?；蛘咄ㄟ^(guò)工業(yè)CT得到材料斷層的二維灰度圖像，以圖像的灰度來(lái)分辨檢測(cè)面內(nèi)部的裂紋的萌生、擴(kuò)展情況。在分析工業(yè)CT圖像的基礎(chǔ)上，將裂紋的萌生、擴(kuò)展過(guò)程分為顯微尺度細(xì)觀裂紋、CT尺度裂紋和宏觀裂紋，然后采用不同的裂紋萌生。擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后相加各階段的壽命，從而得到材料的疲勞壽命。
還有根據(jù)CT差值圖像，由是否出現(xiàn)線狀影像判斷裂紋的存在，通過(guò)變換CT差值圖像中像素的閥值范圍分析裂紋的分布特點(diǎn)，基于CT物理原理對(duì)裂紋區(qū)域進(jìn)行選取和定量化描述，研究PBXCT圖像中裂紋形態(tài)在判定方面存在的問(wèn)題，從理論上分析了含能材料CT圖像中受各種添加劑影響使得裂紋是否出現(xiàn)難以確定和裂紋出現(xiàn)后其具體區(qū)域也無(wú)法確定的問(wèn)題，為定量描述裂紋形態(tài)和位置奠定了基礎(chǔ)，通過(guò)揭示含能材料損傷破壞的細(xì)觀機(jī)理，為今后進(jìn)一步利用工業(yè)CT進(jìn)行材料疲勞壽命等相關(guān)分析提供一種新的方法。
五、快速成型
試件的快速掃描成型可以在階段無(wú)需花費(fèi)任何生產(chǎn)成本及時(shí)發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)缺陷。利用CT體積掃描數(shù)據(jù)組可以轉(zhuǎn)化成STL文件直接輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，快速創(chuàng)建具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品模型。這對(duì)于制造成本高的產(chǎn)品和運(yùn)用平面掃描技術(shù)無(wú)法獲取其精細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的試件檢測(cè)具有尤其重要的意義。
六、逆向工程
傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程是從設(shè)計(jì)圖紙到加工、組裝成成品的過(guò)程，而逆向工程是針對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)未知的產(chǎn)品，通過(guò)用工業(yè)無(wú)損檢測(cè)設(shè)備CT對(duì)其進(jìn)行一系列的斷層掃描。主要體現(xiàn)在三方面：(1)、將系列的工業(yè)CT斷層掃描成像，用自動(dòng)成型機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)成形，得到產(chǎn)品，這種方法對(duì)空間形狀復(fù)雜扭曲的構(gòu)件使用方便，但是只能適用于一種材料的構(gòu)件;(2)、將種途徑得到的三維立體圖像用專業(yè)軟件進(jìn)行特征尺寸辨別，獲得結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬、高、直徑等特征尺寸，與傳統(tǒng)加工工藝接軌，獲得產(chǎn)品，這種方法只適用于材料種類較少的構(gòu)件;(3)、對(duì)未知產(chǎn)品進(jìn)行多方位的斷層掃描，獲得掃描圖像，精確測(cè)量產(chǎn)品各零件的特征尺寸、未知尺寸和密度變化，繪制成加工用圖紙，然后用現(xiàn)代加工工藝進(jìn)行加工。利用工業(yè)CT對(duì)整個(gè)模型的精確逆向重構(gòu)。
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