ZEISS scatterControl-革新去散射偽影技術(shù),邁向圖像質(zhì)量新紀(jì)元
CT偽影始終是制約分析、數(shù)據(jù)處理、可靠性以及準(zhǔn)確度的重大難題。毋庸置疑,偽影的種類繁多,像是射線硬化、多材料、散射或者環(huán)狀等均在其列。今日,要與諸位分享的乃是鋁壓鑄行業(yè)里最為常見的散射偽影。即便是單一材料的鋁壓鑄產(chǎn)品,通常也難逃散射偽影的影響。特別是在新能源汽車的零部件產(chǎn)品中,當(dāng)壓鑄件的結(jié)構(gòu)與尺寸愈發(fā)增大之際,散射偽影給工藝改進、分析以及量產(chǎn)檢測造成諸多困擾;而且工作人員有時還會誤將這一偽影視作是射線硬化所導(dǎo)致。
散射和射線硬化偽影的區(qū)別:
射線硬化是由于射線無法穿透被測物所導(dǎo)致的一種偽影,原本應(yīng)是線性變化的灰度值發(fā)生了混亂所導(dǎo)致的。
X射線光子具有不同的能量范圍,例如自30至230keV 。如光子沿穿透方向能量衰減不同,則比爾-朗伯定律基于測量X射線強度將不足以確定穿透長度。
相對于射線硬化偽影,尤其在鋁制的產(chǎn)品中經(jīng)常會看到這樣的成像效果(霧狀包裹在物體表面的散射偽影:
我們稱之為“康普頓散射”,或稱康普頓效應(yīng)(英語:Compton effect),是指當(dāng)X射線或伽馬射線的光子跟物質(zhì)相互作用,因失去能量而導(dǎo)致波長變長的現(xiàn)象。(源自:Compton scattering - Wikipedia)當(dāng)然這一現(xiàn)象在自然界中無處不在,也是因為這一現(xiàn)象,我們看到的天空是藍色。
CT掃描過程中,散射偽影帶來了什么?
大家都希望了解在 X 射線的運用里,散射現(xiàn)象給我們的掃描質(zhì)量造成的影響究竟如何。我們以 100mm 鋁塊作為被測對象,并采用大于 225kV 的 X 射線源進行實驗。在射線源產(chǎn)生的光子當(dāng)中,約 8%的光子能夠毫無相互作用地完美穿透材料(無相互作用 NI)。其中 46%被吸收(光電效應(yīng) PE),其余的則被散射(C -康普頓效應(yīng) 39%)。這意味著散射效應(yīng)(康普頓散射)于模擬實驗中對掃描成像有著頗為顯著的影響。當(dāng)然,這也很好地解釋了為何在我們掃描大型鋁壓鑄件時,所得到的圖像質(zhì)量可能會較差(相較于小型產(chǎn)品而言)。
于是,在第二個實驗里,我們將塑料(其密度低于鋁)當(dāng)作被測對象。此次,我們借助兩個不同電壓的 X 射線來驗證這一現(xiàn)象,分別運用 225kV 和 320kV 的設(shè)備對厚度大于 230mm 的塑料測試件展開測試(選用密度較低的被測物,也是為了盡可能排除射線硬化的干擾)。
下面的圖片呈現(xiàn)了一個體積較大的塑料部件的比較情況。左圖為 320kV 和 3mm Sn 濾片的掃描圖,右圖是 200kV 和 1mm Cu 濾片的掃描圖。兩張圖片的結(jié)果近乎完全相同,不均勻的灰值并非由電壓缺乏穿透所致,而是由散射造成的,即便在高能量狀態(tài)下,散射也幾乎相等。這一結(jié)論同樣適用于鋁材料或類似密度的部件,多數(shù)時候并非電壓的問題,而是散射的光子,依據(jù)康普頓效應(yīng),它們同樣是以高能量散射的。
散射偽影影響降低對原始圖像和表面判定帶來的變化有哪些?
01孔隙率分析影響:
對表面判定的真實性,缺陷判斷的準(zhǔn)確性,對比度受霧狀偽影影響減少并提高對比度。
02三維體積數(shù)據(jù)噪點影響計量檢測:
如圖示例評價如圓度,尺寸檢測,三維數(shù)據(jù)擬合得以改善。
03實際二維剖面分析:
這一技術(shù)不光可以應(yīng)用新能源汽車一體化零件的趨勢,也可以應(yīng)用在其他領(lǐng)域比如車燈(如圖):
(使用scatterControl對整個部件進行3D掃描,顯示了前照燈的組裝)
金屬(銅)增材制造:
帶有鋼套嵌件鋁壓鑄(傳統(tǒng)燃油車):
此時螺柱或者空位的(位置度,直徑等)檢測的可靠性得以提升,不再受到偽影的影響導(dǎo)致測量置信度下降。
通常來說,掃描圖像質(zhì)量問題并非電壓的極限在作祟,而是散射偽影。針對大型鋁制零件的試驗顯示,450kV、320kV、225kV 之間在質(zhì)量上并無顯著差別。幾乎只有散射光子會導(dǎo)致質(zhì)量降低,并且散射光子還會以更高的能量出現(xiàn)。對于這些部件,穿透并非問題所在。ZEISS scatterControl 能夠顯著提升圖像質(zhì)量,將 CT 掃描的散射偽影降至最低限度。這種優(yōu)化有利于后續(xù)合適零件的數(shù)據(jù)處理與評估步驟,進而讓表面測定和缺陷分析更加精確。該產(chǎn)品是高容量、高密度零件的理想選擇,例如增材制造的金屬零件和鋁鑄件(甚至帶有鋼嵌體),還有其他包含高密度材料的裝配件。該模塊能夠用于 ZEISS METROTOM 1500 225kV G3,也能夠作為改造解決方案或者購買新系統(tǒng)的一部分。
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