中山无损检测的集大成者——微纳米断层扫描仪
微纳米断层扫描仪ct检测(本文简称工业ct)因其可以非接触、非破坏地检测物体内部结构,进而得到没有重叠的数字化图像,并且给出细节的辐射密度数据,这使其在物品检测方面得到广泛应用。并且随着科学技术的不断发展,工业ct应用场景也在扩展中。本文将对工业ct的应用场景进行列举,借以希望启发科技创新,借助工业ct这一强大科学,为科技事业服务。
一、无损检测场景举例
在金属材料、非金属材料和复合材料检测中,工业ct不但可以直观和高效地对铸件关键部件的孔质缺陷进行检测,而且ct立体扫描图可以清晰显示结构立体状况,显示出可能会影响结构完整性和牢固性的孔隙或缝隙的存在。因而在汽车工业领域,工业ct可在汽车金属材料铸件、摇枕、侧架等机车关键部件内部的气孔、沙眼、夹杂物、缩孔、疏松、冷隔、裂纹等铸造缺陷进行快速有效的检测;在机械制造领域,工业ct可以对很多复杂零件的内部缺陷进行精准检测;在精密制造领域,ct同样可以实现对精密构件微小缺陷的检测和确定。可以说,工业ct是无损检测的集大成者。
二、地质研究领域场景举例
在专业地质学样品科学研究方面、油田开发工作中探测油藏储层地质特征指标的精确度方面、岩石内部可视化显示方面等等与地质研究领域相关的研究,工业ct都能大展身手,揭示试样的本质,为研究者进一步的研究提供重要的实验事实。例如,有研究者利用工业ct研究了岩石中氢物质(主要是水)对岩石保持的影响,用工业ct对试样进行无损检测,对岩石内部液体的流动和相关的结构运动进行了有效的可视化显示,把试样中协同作用下岩石毛细管中的水含量作为岩石强度定量的评估标准,揭示了岩石毛细管中的水对岩石轻度的重要影响,对以后历史古迹的保护做出了重要的指导作用。
三、考古研究
工业ct技术克服了传统x光透射的图像叠加和透射角度有限所带来的局限,将文物内部结构关系展现无余。工业ct可以对文物考古和保护行业中所有待研究文物进行数字化研究。不但能满足常规x光透射检测的要求,还能避免非平面立体文物的三维空间信息在二维平面的垂直叠加造成解读困难,并以图像的形式清晰、准确、直观地展现被检物体内部的结构特征、装配情况、材料密度、有无缺损、缺损性质与位置及大小,极大补充了文物数字化的内部细节信息。与拉曼光谱仪、红外、紫外等仪器的协同作用,可以对文物进行研究,为考古学提供重要线索。
四、疲劳裂纹检测与研究
近年对疲劳寿命的研究已成为人们关注的焦点,材料的裂纹行为检测对准确预测材料的疲劳寿命至关重要。许多学者在基于工业ct的图像基础上,从不同方面对裂纹的扩展机理和疲劳寿命预测展开了大量研究:
比如首先设计短裂纹扩展模型,模拟构建内部疲劳短裂纹的扩展情况,之后在其自行开发的ct仿真系统上扫描含有短裂纹的模型,得到投影图像,并重建出密度场图像,在裂纹扩展过程中,记录下不同时刻的密度场图像,得到密度场随时间演化区域、扩展速度及演化趋势,使构建的短裂纹扩展达到可视化检测与分析。或者通过工业ct得到材料断层的二维灰度图像,以图像的灰度来分辨检测面内部的裂纹的萌生、扩展情况。在分析工业ct图像的基础上,将裂纹的萌生、扩展过程分为显微尺度细观裂纹、ct尺度裂纹和宏观裂纹,然后采用不同的裂纹萌生。扩展标准对材料疲劳寿命进行预测,最后相加各阶段的寿命,从而得到材料的疲劳寿命。
还有根据ct差值图像,由是否出现线状影像判断裂纹的存在,通过变换ct差值图像中像素的阀值范围分析裂纹的分布特点,基于ct物理原理对裂纹区域进行选取和定量化描述,研究pbxct图像中裂纹形态在判定方面存在的问题,从理论上分析了含能材料ct图像中受各种添加剂影响使得裂纹是否出现难以确定和裂纹出现后其具体区域也无法确定的问题,为定量描述裂纹形态和位置奠定了基础,通过揭示含能材料损伤破坏的细观机理,为今后进一步利用工业ct进行材料疲劳寿命等相关分析提供一种新的方法。
五、快速成型
试件的快速扫描成型可以在阶段无需花费任何生产成本及时发现其结构缺陷。利用ct体积扫描数据组可以转化成stl文件直接输入计算机系统,快速创建具有复杂内部结构的产品模型。这对于制造成本高的产品和运用平面扫描技术无法获取其精细内部结构特征的试件检测具有尤其重要的意义。
六、逆向工程
传统的产品生产过程是从设计图纸到加工、组装成成品的过程,而逆向工程是针对一个结构未知的产品,通过用工业无损检测设备ct对其进行一系列的断层扫描。主要体现在三方面:(1)、将系列的工业ct断层扫描成像,用自动成型机自动生产成形,得到产品,这种方法对空间形状复杂扭曲的构件使用方便,但是只能适用于一种材料的构件;(2)、将种途径得到的三维立体图像用专业软件进行特征尺寸辨别,获得结构的长、宽、高、直径等特征尺寸,与传统加工工艺接轨,获得产品,这种方法只适用于材料种类较少的构件;(3)、对未知产品进行多方位的断层扫描,获得扫描图像,精确测量产品各零件的特征尺寸、未知尺寸和密度变化,绘制成加工用图纸,然后用现代加工工艺进行加工。利用工业ct对整个模型的精确逆向重构。
