面向复杂金属卫浴产品的工业CT系统硬件设计.pdf

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1、第2期机电技术31面向复杂金属卫浴产品的工业CT系统硬件设计刘顶文李霆(五邑大学机电工程学院，广东江门529020)摘要：针对一套用于检测复杂金属卫浴产品的工业CT系统进行硬件设计：首先根据产品材料、尺寸和结构选用合适的x射线源，在此基础上设计合适的准直器；其次根据给定空间分辨率，设计系统几何参数和探测器；最后通过综合比较选择合适的扫描方式。关键词：金属卫浴产品；工业CT系统；x射线源；空间分辨率；扫描方式中图分类号：TGl15．28文献标识码：A文章编号：1672—4801(2014)02—031—03随着物质生活水平的逐步改善，人们对高端1X射线源的选择卫浴产品的需求不断提高

2、，产品结构造型也越来为了保证CT系统足够的密度分辨能力，必须越复杂，质量检测难度不断增加，传统检测方法已尽量减小x射线衰减所带来的统计涨落影响。因经不能满足需求，因而迫切需要研究新的产品检此射线源能量不能太低，以避免x射线在工件中测方法。过分衰减。经验数据表明，射线穿透工件最大辐本文主要研究复杂金属类卫浴产品新的检测射厚度处的衰减不宜超过500倍，否则将严重影技术。金属类产品的无损检测方法主要有涡流检响重建CT图像的质量。使x射线强度衰减500倍测、超声检测和射线检测。涡流检测n只能检测产的厚度约为9个半价层，即衰减至原x射线强度品表面或近表面的缺陷，超声检测只能检测形状的2～。

3、此时，要求射线能量能够满足在工件中的比较简单、表面粗糙度较好的产品。对于形状比半价层大于100mrrd9=l1．1mmI4]。参照Varian公较复杂、有一定厚度的卫浴产品来说，这些检测效司技术文档嘲可知，可以选择能量为6MeV或果都不理想，而射线检测可以很好地解决这一问9MeV的直线加速器，它们对于金材料的半价层题。本文以世界知名品牌SherleWagner的一款金分别为11．4mill和12．2mill，则金材料等效厚度为质卫浴产品[31为例，对一套用于检测其关键部位的100mm的工件分别相当于8．8个和8．2个半价层，x射线工业CT系统的硬件部分进行设计，要求系可以很好地满

4、足检测要求。考虑到成本，宜采用统空间分辨率好于2lp／mm。产品具体结构如图16MeV直线加速器。和图2所示，工件的回转半径R=85mm，射线穿透后准直器对射线衰减1000倍即可满足要求，工件最大有效厚度为100mm。厚度约为1O个半价层，即x射线强度衰减至原来的2。。钨合金密度比较大，对射线衰减比较快，比较适合作为工业CT的准直器。钨合金在6MeV直线加速器下的半价层为12mm，厚度为120iylm的钨合金即可使x射线衰减1000倍。旋图1产品实物图转中心到探测器的最近距离D等于回转半径85mm~l上两个后准直器的厚度120x2=240Inm，即325mm。62几何参数设计为了

5、使重建CT图像空间分辨率能达到2lp／mm，数据采集矩阵的像素密度在数值上至少要达到空间分辨率的2倍，即4像素／ram。当成像区域为直径等于170mm的圆形区域时，可以算出图2产品结构图作者简介：刘顶文(1988一)，男，硕士研究生，研究方向：检测技术开发。32机电技术2014年4月数据采集矩阵的边长应不小于4X170=680mm。在TR扫描模式下，要求探测器单元的张角能由于已给定空间分辨率Res：2lp／mm，控制等效将180。整除，这样角度数据之间就能够很好搭接，束宽BW的范围则可以根据它与空间分辨率的经数据重排时比较容易实现。另外根据前面的计验公式BW<~l／c*Res计算

6、。式中，c是与空间分辨算，采样角度数最好不少于680。采样角度数取率定义和系统性能有关的常数，理论上为1到2之720时，刚好能将180。整除，每个探测器张角为间。c=l代表调制度为0，c=2代表调制度为180。／720=0．25。。现射线源到探测器最小距离为100％。若定义调制度为10％的空间频率为系统1788mm，根据弧长公式，可求得探测器节距f空间分辨率，则根据经验，1．1≤c≤1．2。如果取c=7．80mm。考虑到探测器实际生产的问题。节距一1．14，则BW<~l／(c*Res。)=1／(1．14x2)=0．4386。等般取0．5mm的倍数。这里取／=8mm，计算可得射效束

7、宽BW从物理上确定了系统可能达到的极线源到探测器距离L=1834mill。同理，可求得准限分辨率口，其计算公式如下：直器缝宽为0．4mm和0．2mm时的探测器节距分别约等于1O．53mm和6．94mm，取值分别为l1mmB：(1)』H和7mm，对应射线源到探测器距离分别为式中，d为准直器狭缝宽度；a为射线源尺寸，口=2521mm和1604mm。表2列出了计算结果。2mm；M为几何放大倍数，M=US，S为射线源到旋表2不同准直器缝宽下的几何条件转中心距离，L为射线源到探测器距离；旋