ICS19.100 J04 中华人民共和国国家标准 GB/T29068—2012 无 损检测 工业计算机层析成像(CT) 系统选型指南 Non-destructivetesting—Guideforindustrialcomputedtomography(CT) systemselection 2012-12-31发布 2013-10-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归口。 本标准起草单位:重庆大学ICT研究中心、中国兵器科学研究院宁波分院、上海泰司检测科技有限 公司、重庆真测科技股份有限公司、中国航天科技集团川南机械厂。 本标准主要起草人:刘丰林、倪培君、卢艳平、谭辉、徐向群、黄建淞、王福全、邹永宁、张政、王珏。 ⅠGB/T29068—2012 引 言 工业CT系统由一套复杂、精密、相匹配的必备部件构成,可用于重建满足检测需求的图像。CT用 户通常关心应用需求,而供应商则关心满足用户检测需求的系统部件选型。理解CT用户的需求和CT 系统供应商的解决方案,对在现有设备基础上更新部件、满足特殊应用需求有重要意义。本标准旨在说 明在选择适当的CT系统时,宜考虑和明确的应用需求与工业CT系统性能指标之间的关系。 ⅡGB/T29068—2012 无损检测 工业计算机层析成像(CT) 系统选型指南 1 范围 本标准给出了用户检测需求与工业计算机层析成像(CT)系统参数及性能指标之间的对应关系。 本标准提供了一系列的指导准则,用于指导用户将检测需求转换为对CT系统指标及组成部件的要求。 本标准建议用户与潜在的供应商讨论或向专家咨询以获得更多信息。 本标准适用于工业CT系统选型和扫描检测服务选择,也可用于指导CT系统用户提出检测需求。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T12604.2 无损检测 术语 射线照相检测 GB/T29034 无损检测 工业计算机层析成像(CT)指南 3 术语和定义 GB/T12604.2界定的术语和定义适用于本文件。 4 工业CT技术 工业CT成像原理见GB/T29034。 通常,根据功能模块划分,工业CT系统通常包括射线源系统、探测系统、数据采集系统、机械系统、 控制系统、图像处理系统、辐射安全防护系统等子系统组成。由于工业CT系统各组成子系统可选择范 围大,大多CT系统配置不一样,有必要了解某个系统部件的特性,以及子系统性能的影响。 5 总则 5.1 概述 由于工业CT系统可检测的对象种类多,检测要求也各不相同,因此工业CT的针对性较强。在选 择工业CT系统之前,用户首先应对检测对象和检测需求做好详细地分析。然后,根据需求选择工业 CT系统的主要功能与性能指标。最后,在满足需求的情况下,选择性价比最高的系统。 图1给出了工业CT选型通用流程图。 表1给出了各种检测需求与CT系统的组成部件和子系统的关系。 1GB/T29068—2012 图1 工业CT系统选型流程图与参见章节 表1 检测需求与对应CT子系统主要系统参数 需求 部件/子系统的影响 相应的章条号 检测对象尺寸和质量 机械子系统 5.2 射线穿透厚度动态范围 6.6.3 射线源 6.3.2,6.4.3,7.1 空间分辨力探测器尺寸/准直器参数 7.2 源尺寸/源焦点尺寸 6.3.2 几何放大倍数 6.3.3 机械子系统 7.4 对比灵敏度射线强度/能量 6.4.3 探测器尺寸/源焦点尺寸 6.3.2 伪影程度机械子系统 7.4 探测器 7.2 CT系统扫描效率图像矩阵 6.6.2 采样间隔 6.6.5 软件 软件 7.5.2 人机交互界面 操作控制台 7.5.3 计算机资源 计算机资源 7.6.3,7.6.4 成本 8 2GB/T29068—2012 5.2 需求分析 5.2.1 检测对象特征 用户选择工业CT系统之前应分析检测对象的特征,如几何尺寸、质量、材料、缺陷状况等。检测对 象的特征决定了工业CT系统中机械子系统、射线源子系统和探测器子系统等的参数。例如,检测对象 的最大质量和最大直径决定了工业CT系统检测对象的参数范围。检测一个大而重的物体与检测一个 小而轻的物体,机械系统的差异很大。检测对象的种类和数量的多少也可能导致系统差异较大。同样, 检测对象缺陷状况不同或检测要求不同也可能导致系统差异较大。 5.2.2 装夹需求 夹具是工业CT系统用于安装、固定和卸除检测对象的可选附件。夹具可保证设备安全和有利于 提高检测效率。用户应根据检测对象的特征选择是否需要夹具,同时根据检测效率的要求选择采用手 动夹具还是自动夹具。用户应明白,增加夹具会增加设备成本和系统的复杂度,自动夹具比手动夹具成 本和复杂度高。 5.2.3 CT扫描服务需求 选择工业CT系统扫描服务之前,应确定所采用的工业CT系统可检测对象的尺寸大小及质量,射 线源的能量,探测能力和检测效率是否能满足检测要求。 6 性能指标选择 6.1 射线穿透厚度选择 6.1.1 射线穿透厚度 检测对象的射线穿透厚度要求决定了射线源的最小等效能量和强度。射线穿透厚度与检测对象的 材料、密度和形态(外形和特征、几何结构)相关。CT系统的射线应在穿透扫描平面内最长吸收路径后 还保持一定的强度,所要求强度由统计意义上光子数量和射线等效能量共同决定。透射后最小射线信 号值至少应大于CT系统的暗场数据的标准差。射线穿透厚度通常采用等效钢厚度来衡量。 6.1.2 射线能量的选择 根据检测对象特点及检测要求选择射线能量,参考以下几个原则: ———所选射线能量对应8~10个钢的半值层厚度,应大于检测对象检测断层的最大等效钢厚度; ———当检测对象由密度差很小的几种材料组成时,在保证足以穿透的前提下,宜选择能量低的射线 源,可获得较高的密度分辨力; ———当检测对象尺寸较大、密度较大或由密度相差很大的材料组成时,宜选择能量高、强度较大的 射线源,可提高信噪比和检测效率。 6.2 扫描方式选择 6.2.1 扫描方式 扫描方式是CT系统采用特定的运动方式和数据采集方式获取数据的模式。根据工业CT系统的 扫描和出现的先后顺序,工业CT系统已发展有一代、二代、三代、四代等不同扫描方式,可根据需求选 择不同扫描方式。工业CT系统常用二代和三代扫描方式。 3GB/T29068—2012 6.2.2 扫描方式的选择 扫描方式的选择应根据检测对象的具体特征进行选择,参考如下: ———二代扫描方式适应较大范围的扫描视场尺寸,适合射线扇形束不能包容整个检测对象的情形。 不足的是扫描时间较长,扫描效率较低,使用成本较高。 ———三代扫描方式运动简单、扫描速度较快,适合射线扇形束可包容检测对象的情形。难点是数据 校正技术要求高。 ———三代扫描方式效率与二代扫描方式效率的比值约为三代扫描插值次数比上二代扫描的旋转次 数。在实际系统中,三代扫描的效率是二代扫描的数倍。 示例1:设采用电子直线加速器工业CT系统进行扫描,工件旋转直径ϕ=600mm,加速器触发频率f=200Hz,每 个视角下采样脉冲个数n=3,扇束角度θ=15°,射线源到旋转中心距离SOD=2500mm,线阵探测器通道数为M=512, 扫描矩阵大小N×N=1024×1024。二代扫描的时间TⅡ,三代扫描时间为TⅢ。TⅢ和TⅡ的计算分别如式(1)和 式(2)所示,两者的比值如式(3)所示。 TⅢ=n f×N×N M=3 200×1024×1024 512=30.72(s)…………………………(1) TⅡ=n f×N×360 θ×(1+2×SOD×tan(θ/2) ϕ) =3 200×1024×(1+2×2500×tan(7.5°) 600)=588.8(s)…………………(2) 所以 TⅢ TⅡ=30.7 588.8≈1 20…………………………(3) 6.3 空间分辨力选择 6.3.1 空间分辨力 空间分辨力表征CT系统重现被测物体几何细节特征的能力。通常用户会有关于被测物体的空间 几何细节尺寸的明确需求,如绝对空间分辨力应达到0.05mm,检测裂纹的宽度小于0.1mm等。CT 供应商应据此确定工业CT系统的空间分辨力。工业CT系统与其他成像系统一样,空间分辨力是有 极限的。受点扩展函数的影响,被测物体的一个无限小、无限密集的点成像时不是一个理想的点,而是 一个具有一定尺寸大小的斑。因此,被测物体的CT图像具有一定的不清晰度。空间分辨力就是表征 这种不清晰度的度量。系统的极限空间分辨力由探测器有效尺寸、射线源焦点尺寸、几何放大倍数确 定。其他因素,如系统运动精度、采样、重建矩阵大小、图像显示矩阵大小和图像重建算法等均可不同程 度影响CT系统的实际空间分辨力。 6.3.2 射线源焦点 射线源焦点是发出X射线或伽马射线的放射区域。对于X射线源,如X射线管或电子直线加速 器,焦点是电子撞击靶的区域。对于放射性同位素源,焦点是辐射有效区域。曝光函数取决于源焦点的 形状和尺寸。例如,电子直线加速器的源焦斑是典型的高斯分布形状;而X射线管的源焦斑通常为双 峰。同位素源焦点通常没有明显边界,更没有对称的形状。应用中为了方便,常用源焦点大小定义和度 量该有效区域。源焦点大小可以有不同的量化方法。例如,可以采用占辐射总量99%的区域定义焦点 的半径,或者用强度分布的标准差定义。鉴于以上因素,在不同