如何選擇工業CT斷層掃描測量系統

本文描述了工業CT的主要部件對zui終系統性能的影響，旨在幫助不具備CT專業知識的使用者理解其工作原理與方式，使用戶能夠在選擇工業CT系統時，能夠基于實際使用要求在性能與價格之間合理地進行選擇。

工業計算機斷層掃描(工業CT)使用X射線來對工件的內外部結構進行三維掃描與再現。工業CT掃描已經越來越多地應用到零件的內外部檢測中，典型的應用如材料缺陷檢測、失效形式分析、幾何與形位公差測量、裝配分析與逆向工程等。

市場上現有的工業CT系統其設計理念不盡相同，造成其性能也有所差異。使用者應該著眼于自身的使用要求，對被測工件和測量任務加以分析，才能選擇一款合適的工業CT系統。在選擇過程中，使用者應把握一些CT系統的關鍵要素，這能幫助使用者更好地找到一款性價比出色的CT設備。

當選擇工業CT系統時，使用者容易對一些概念有所誤解，由此對工業CT的性能產生了某些不切實際的期望。工業CT是一個非常復雜的系統，有很多系統參數對性能的影響是互相關聯與制約的。

在所有的參數中，zui為典型的一對互相制約因素是工件尺寸與空間像素分辨率。人們總是期望即使是掃描大零件的時候也能獲得高分辨率，但如前所述，這一對參數相互制約的特性，使之無法同時達到*值。

空間像素又稱為體素，表征了一個CT系統能夠重現的zui小空間單元。如圖2所示，當空間像素尺寸減小一半時，其體積縮小到僅為原來的1/8。換句話說，對于同一零件，如果將200μm的體素分辨率提高到100μm ，會導致數據量變為原來的8倍。

因此，較大的零件尺寸與較高的分辨率之間的矛盾就在于此，兩者同時滿足的情況下會產生過大的數據量導致。

在談及分辨率時，用戶非常容易會被產品手冊或是CT生產廠家所謂的“zui高分辨率”誤導。這個概念僅僅是一個理論上能夠達到的數字，但對于絕大多數的應用是不切實際的。要達到這一理論數字，工件必須被置于離X射線管非常近的地方，以獲得非常大的幾何放大倍數。在這一情況下，零件的尺寸被大大限制，通常情況下僅為1~2 mm (如圖3所示)。隨著零件尺寸的增加，幾何放大倍數與分辨率也會隨之迅速下降。

因此，基于工件本身以及具體的測量要求來進行合理選擇顯得尤為重要。出于不同的設計理念，工業CT系統zui終會有許多不同之處，例如機型尺寸、有無放大軸、閉合管/開放管、探測器像素尺寸等等。所有這些系統參數都會對CT系統的性能產生非常大的影響。

1. X射線利用率

首先，CT系統的設計是否緊湊是一個至關重要的因素。[3] 這不僅僅影響機型的大小，更重要的是它決定了X射線的利用率。*，X射線（光子）會隨著傳播距離的增加而衰減，并且基本上遵循衰減與距離的平方成反比的規律，如圖4所示。[4] 換言之，X射線源與探測器之間的距離越長，X射線的利用率就越低。因此，將CT系統設計得越緊湊越好是首要的原則之一。

zui后也是非常重要的一點，軟件對于工業CT系統的zui終性能也起到了非常重要的作用。從圖像獲取、探測器數據讀出、A/D轉換、三維重建到數據評價，每一步都包含了復雜的算法和大量的計算。好的軟件能夠使系統各個部件很好地協同工作，并發揮出系統的*性能。工業CT的硬件決定了這個系統理論上的性能極限，而軟件則決定了系統zui終達到的實際性能。由于工業CT系統越來越多地用于幾何尺寸與形位公差測量，測量軟件的選擇也成為了一個關鍵因素。對于幾何尺寸與形位公差測量，其要求不同于其它檢測，只有經過專業機構認證的測量軟件才能保證可靠的測量結果。