工业ct系统误差源、角度及尺寸误差的校准方法概述

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1、工业CT系统误差源、角度及尺寸误差的校准方法概述1绪论1.1课题研究的背景及意义计算机断层成像技术（putedTomography，简称CT）是一种利用计算机技术对被测物体进行断层扫描以实现重建三维图像的扫描方式，涉及到放射物理学、机械学、计算机学、数学和图形图像学等多个学科领域[1,2]，近年来已经发展为无损检测的一个重要领域。工业CT是计算机断层成像技术的工业应用，它与医学CT最大的区别在于由于一般工业检测件具有高密度、复杂结构、迥异形状，高成像精度等特点，工业CT常采用具有微焦点尺寸、超强穿透能力的高能辐射源。工业CT在非接触、不破坏的情况下获得物

2、体的内部信息，它以图像的灰度来分辨被检测断面内部的结构组成、装配情况、材质状况、有无缺陷、缺陷的性质和大小等，不仅可以精确地、清晰地显示物体内部细节的结构关系及缺陷状况，还可以定量地给出细节的辐射密度数据及物质组成[3]。x射线具有波长短、穿透深度大的特点，不仅可以对厚样品进行无损检测，具有纳米分辨成像能力和多样成像机制（如吸收、荧光、化学态、自旋、相位等），且衬度丰富，同时曝光时间短，效率非常高，因而可观察分析多种微观物理、化学变化和微纳米结构，在生物医学、材料科学和工业上有着广泛的应用[4]。x射线与CT技术相结合，具有检测速度快、空间及密度分辨率高

3、以及三维成像等诸多优点，不受检测物体的材料、形状和表面状况的影响，在工业应用方面特别是在无损检测（Non-destructivetesting）与无损评价（Non-destructiveevaluation）领域应用中具有独特的优势[5]；与其它无损检测相比，例如超声波检测、射线照相检测、红外检测和微波检测等技术，它具有检测速度快、图像分辨率高、不受被测工件几何结构限制等优点[6]。..1.2课题的研究现状工业CT系统在国外历经近几十年的发展，其技术指标和应用水平越来越高，由于其相对于传统坐标测量设备具有较多优势，现已成功进入到工业计量领域。美国是世界上

4、工业CT技术研究及设备研制最早也是最先进的国家，除美国外，中国、德国、英国、法国、俄罗斯、加拿大和日本等国家也都拥有工业CT的商品化产品，其产品正在朝着更高的成像性能方向发展。国内外对工业CT系统正在开展的校准方法研究主要来自于学术机构和工业界制造商，在不同的杂志或会议论文集上可以找到许多研究论文，更大一部分研究结果是以专利形式出现的。关于某一具体误差源的校准方法可以在一些书中找到，然而很大部分方法被看做专有技术或商业秘密，在公开领域无法获得。本文以溯源方法的研究为切入点，针对其中两种重要的误差源角度误差及尺寸误差的校准方法分别进行深入研究。目前，先进国

5、家正在开展工业CT的校准技术研究，并正在制订相关的国家和国际标准。以德国为例，在正在修订的针对坐标测量的标准VDI/VDE2617中加入了关于工业CT的精度评定的章节[10]。并向ISO/TC213几何产品标准技术委员会提出修改ISO10360的草案。同时，由于工业CT的特殊性，专门起草了针对工业CT的VDI/VDE2630，内容包括：基本术语及定义、影响测量的主要因素、对三维工业CT用于几何尺寸测量的建议、应用ISO10360到三维工业CT的精度评定准则等[11]。同时，德国物理技术研究院等先进国家计量院正在进行x射线三维显微成像检测系统的用于几何尺寸

6、测量时的精度评定及量值溯源方法研究，并研制了相应的标准器，相应的国家标准计量装置正在建立中，完成后将能够为x射线三维显微成像检测系统提供校准服务。.2基于自校正算法的坐标测量机尺寸示值误差的校准方法2.1尺寸示值误差测量尺寸测量示值误差E是移动测头从相反两方向接近探测点，测定尺寸实物标准器的两测量要素（平面、线段等）间的法向（与一个面或线正交的）两相对点间距离的示值误差。尺寸测量示值误差E的测量方法是通过比较5个不同长度尺寸实物标准器（量块[37]）的校准值和指示值，评价坐标测量机是否符合规定的最大允许示值误差EMPE。5个尺寸实物标准器放在测量空间的7

7、个不同的方向或位置，各测量3次，共进行105次测量[34]。根据补充测量条文中激光干涉仪也可以作为示值误差测量的工具，且其更多的测量位置较实物标准器对示值误差的测量更具有可靠性[38]。本章选择激光干涉仪作为量值传递的上级，对坐标测量机的多位置进行尺寸示值误差校准。选用MCV-500多普勒式激光干涉仪进行实验，该仪器具有操作简单、稳定性好等优点，选择坐标测量机工作台上每维4条测量线，每条测量线在全长上均匀测量20个间隔，在往返行程上分别测量3次，测量零点设置在测量线的一端。坐标测量机显示的坐标与激光干涉仪的示值之差为其尺寸示值误差，任何一点偏差相对参考点

8、偏差之差的绝对值应小于最大允许尺寸示值误差。.2.2基于自校正算法的尺寸示值误差