作為測量的不確定性影響的重要參數(shù)
數(shù)據(jù)采集與計算機(jī)斷層掃描

總結(jié)

三維測量任務(wù)有今天違反此接觸和光學(xué)測量技術(shù)的一個重要應(yīng)用工業(yè)計算機(jī)斷層掃描（CT），CT具有復(fù)雜的幾何形狀和內(nèi)部元件的優(yōu)點是可以非破壞性測量。 CT數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度是由多個特征量的影響。這些參數(shù)的測量不確定度的影響是一個重要的先決條件，有資格作為世界的CT三維測量過程。

通過各種研究和產(chǎn)業(yè)化項目的重要影響因素及其使用參考對象的測量結(jié)果的影響進(jìn)行了調(diào)查，EMPA。被帶到帳戶的工件材料和幾何形狀，測量參數(shù)，數(shù)據(jù)校正算法和不同的CT系統(tǒng)的特性。的CT數(shù)據(jù)采集的結(jié)果進(jìn)行了比較，具有觸覺的數(shù)據(jù)和確定尺寸和形狀的偏差。

在本文中，這些調(diào)查的一些結(jié)果。的版本是有限的線檢測器（2D-CT）和450千伏的X射線管的測量不確定性的特定投資的主要影響因素的CT系統(tǒng)獲得的測量。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)斷層掃描，確定幾何，測量不確定度

1引言
在EMPA CT已經(jīng)開始這么早使用三維測量任務(wù)。在1998年，EMPA和其合作伙伴在RPD論壇瑞士西北應(yīng)用科學(xué)可以想像整個供應(yīng)鏈的CT數(shù)據(jù)采集，從CAD到修改后的原型首次在摩托車氣缸表面重建。在會上ECNDT已引進(jìn)電腦斷層放射CT應(yīng)用中的工業(yè)應(yīng)用程序和圖像處理三維數(shù)據(jù)采集的方法，逆向工程[1]。在隨后的幾年中，計算機(jī)斷層掃描的初始樣品的成分由鋁鑄造而成，特別是從汽車發(fā)動機(jī)，作為形狀檢測方法已經(jīng)建立。今天，注塑件上的CT測量任務(wù)也越來越多地使用在塑料工業(yè)中輸入。
雖然被使用的開始，尤其是CT系統(tǒng)與線探測器（2D-CT扇束）和450千伏X射線管來為更小的物體或樣品從弱吸收材料掃描儀面積探測器（3D-CT，錐形束）的應(yīng)用程序，從而可以顯著減少測量時間。然而，目前市場上現(xiàn)有的3D-CT系統(tǒng)具有的缺點是，它們不適合于較高的X射線能量較大的物體或部分的高吸收材料的問題，從而不符合。一般用于錐形束系統(tǒng)225千伏微聚焦管。

對于射線照相材料的厚壁的部件具有高原子序數(shù)的X射線管具有高的發(fā)射功率，或在大多數(shù)直線加速器是必要的。在這些高能量的問題，它取決于要滲透的材料，材料的厚度，在此期間通過X-射線所產(chǎn)生的物質(zhì)，前瞻性的雜散輻射[2]高比例的。如果使用一個三維CT掃描儀，使散射輻射入射到探測器上，從而降低了的斷層圖像的圖像質(zhì)量顯著，特別是對于測量任務(wù)不可用的結(jié)果產(chǎn)生。因此，CT系統(tǒng)用線檢測器和準(zhǔn)直器，即使在今天，可以隱藏在高的X-射線能量散射輻射，以及可能的。必須對其進(jìn)行掃描的數(shù)據(jù)收集組件的整個體積中，各種疊加層，在這些系統(tǒng)中，不幸的是緩慢的，因此價格昂貴。

如果在鋁，鋼或鎳基合金制成的鑄件的測試通常是在EMPA線檢測器（CITA 101B +）和450千伏的X射線管的使用仍然是一個2D-CT系統(tǒng)。因此，它可以物體被掃描的直徑為400毫米，高度為600毫米和25公斤的最大重量。線檢測器具有的寬度為300毫米和125個單一的準(zhǔn)直CdWO4閃爍體組成。因此，與一個直徑為250毫米的對象可以在旋轉(zhuǎn)模式tomografieren。在這種模式下的典型掃描時間每班2至3分鐘。的物體，其直徑超過檢測器的寬度必須tomografiert翻譯模式，通常大約有三倍長的掃描時間的結(jié)果。在本文中所提出的的結(jié)果是有限的這與本系統(tǒng)進(jìn)行的測量。

兩個最重要的因素
的測定結(jié)果，因此一個三維CT數(shù)據(jù)采集的測量不確定度取決于對各種影響因素。 VDI / VDE準(zhǔn)則2630，第1.2部分（草案）的測量結(jié)果[3]中描述了這些影響因素，其典型的效果。指令不同的工業(yè)CT三維測量任務(wù)進(jìn)行分類和描述他們的某些變化測量的靈敏度。參考有損測量任務(wù)（目標(biāo)/實際比較反對名義幾何或參考測量）和參考的任務(wù)（如壁厚測定）之間是有區(qū)別的。

的CT數(shù)據(jù)采集大量的影響因素可分為以下類別：
CT掃描儀（X射線源，操縱器，檢測器，系統(tǒng)環(huán)境）
應(yīng)用程序（工件的測量參數(shù)，測量安排）
評價（重建，數(shù)據(jù)校正，數(shù)據(jù)分析）
操作（測量策略，經(jīng)驗）
的各種因素，從測量結(jié)果中有不同的影響。要知道的影響，是一個重要的先決條件，以確定最佳參數(shù)的測量精度和測量時間可以為用戶。然而，許多影響因素不能由用戶的影響，但由CT單元。影響三維測量屬性的系統(tǒng)特定的參數(shù)，應(yīng)定期監(jiān)測提供。 VDI / VDE準(zhǔn)則2630（草案）“，表1.3描述CT設(shè)備的監(jiān)測程序和適當(dāng)?shù)脑嚇映叽缍攘縖4]。缺乏普遍接受的技術(shù)準(zhǔn)則開發(fā)了自己的試件幾年前，監(jiān)測CT系統(tǒng)EMPA創(chuàng)建程序。定期監(jiān)測所描述的2D-CT系統(tǒng)最重要的影響的參數(shù)有以下幾種：幾何倍率（量程誤差）的旋轉(zhuǎn)中心的位置，檢測器的穩(wěn)定性，對比敏感度和空間分辨率。本文將不進(jìn)入它。

在文章中一些選定的，由用戶或由應(yīng)用程序給定的效果的大小改變兩個測試機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了討論。的CT數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，已被采樣的坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）的測量。圖1中描述的測試試樣。

表1：影響因素調(diào)查和試驗機(jī)構(gòu)的選擇

圖1a：階梯金字塔的鋁：160×160×40立方毫米8對角放置的孔直徑為10 mm，臺階高度為10毫米。

3結(jié)果

3.1階梯金字塔的鋁（2D）
在第一步金字塔，每階段的CT切片只評價。它被確定為一個函數(shù)的數(shù)量X射線投影，一個單一的投影的圖像，測量檢測器的孔徑和孔的尺寸和形狀誤差的水平位置的積分時間。當(dāng)?shù)某叽缱兓牟町?，在所獲得的數(shù)據(jù)比較，與坐標(biāo)數(shù)據(jù)從CT直徑。被定義為所有的數(shù)據(jù)點的標(biāo)準(zhǔn)偏差的輪廓線，gefitteten幾何圓形的形狀誤差。

參數(shù)，這些參數(shù)總結(jié)在表2進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。的變量的變量的影響包括三個值。在圖4a和4b中的每個參數(shù)1是表2參數(shù)的第一個值，第二個值，使用一種算法，分析斷層圖像的直方圖[5的灰度值的圖像分割為每個CT層分開， ]。圖2顯示了定義的測量位置。

表2：二維數(shù)據(jù)采集鋁階梯金字塔的參數(shù)

圖3顯示了個人的CT片上的金字塔的4個步驟。信號/噪聲比為1級和第4級最好最差。

圖4a和4b顯示所有的尺寸和形狀的孔的三個變量的影響參數(shù)為一個函數(shù)的平均偏差。 X射線突起的數(shù)量有很大的影響的質(zhì)量差。增加突起的數(shù)目從600到900的查詢結(jié)果，在進(jìn)一步增加至1200的預(yù)測的結(jié)果，在一個質(zhì)量差為0.032毫米0.070毫米至0.041毫米的查詢結(jié)果中的改善。形狀偏差，積分時間有最大的影響。增加積分時間為15至35毫秒的結(jié)果在減少約4的外形的偏差有很長的測量時間的結(jié)果的信/噪比的改善，這將導(dǎo)致的形狀的偏差減少。水平檢測器孔徑的減少也有減少的形狀偏差結(jié)果。的影響，然而，目前還不太清楚整合時間。

靈敏度的影響變量影響變量階梯金字塔階梯金字塔（意味著所有的孔）靈敏度（意味著所有的孔）

圖4：數(shù)的凸起的影響，在圖4b：數(shù)的突起，積分時間和檢測器孔徑的Massabwei積分時間和檢測器的孔徑的形狀的孔的孔的直徑的直徑偏差的偏差的影響

圖5a和圖5b示出的孔的位置和金字塔的第1層上的突起的數(shù)量的效果。 4和5的平均位置（離中心最近的兩個孔）觀察到顯著的尺寸和形狀的偏差。 1200 X射線的預(yù)測遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于600預(yù)測偏差。

圖5a的：號碼和突起圖5b中的影響：突起和孔的位置的數(shù)量上的質(zhì)量偏差的形狀偏差的孔的直徑（階段1）的內(nèi)孔直徑的孔的位置（第1階段）

靈敏度的位置（第1步，1200預(yù)測）靈敏度位置（1200預(yù)測）

偏差[毫米]
0200

0150

0100

0050

0000

-0.050

質(zhì)量偏差的形狀偏差

地塊
圖5c的影響的位置上的孔圖5d影響的孔的位置（第1級）的質(zhì)量和形狀的孔的質(zhì)量和形狀的孔的直徑的偏差的偏差（各級）內(nèi)徑

3.2階梯金字塔的鋁（3D）
階梯金字塔也完全掃描層厚0.4毫米，每級25層。表2對不同的參數(shù)示于表3。

表3：參數(shù)的三維數(shù)據(jù)采集鋁階梯金字塔
要確定已經(jīng)調(diào)查了三個變種的灰度值圖像分割的門檻。圖6示出的閾值和孔4的直徑的影響每層或每個閾值水平（片適應(yīng)性或適應(yīng)性步）有很大的不同門檻全球（平均超過所有層）進(jìn)行了優(yōu)化。與氣缸孔的直徑為4的評價表示的對象與全局閾值局部極大地不同的傳輸長度是合適的。

圖7示出了評價的目標(biāo)/實際比較的測量數(shù)據(jù)和坐標(biāo)三維重建的數(shù)據(jù)，這與自適應(yīng)閾值進(jìn)行分割層之間。根據(jù)材料厚度照射的根目錄中有大的差異的意思是確定的測量點的偏差的平方。對于4級（邊長40毫米），較第1階段是不到一半。

材料厚度的測量不確定度的影響

圖7：材料厚度的測量不確定度的階梯金字塔鋁的影響
3.3立方
電路小片（參見圖1b）的材料，對分割的影響，層間距，夾緊和數(shù)據(jù)校正（Randaufh?rtung）進(jìn)行了研究。這些多重掃描i.d.R.各73層的層間距為0.5mm的創(chuàng)建。上市管參數(shù)（425千伏/ 2.1毫安/ 2.5毫米焦斑/ 3.0毫米黃銅過濾器）檢測參數(shù)
（0.35×0.50光圈，900 kHz的計數(shù)率），測量參數(shù)（7 Detektorsubpositionen，預(yù)計300）和重建參數(shù)（0.25x0.25 mm像素尺寸，250X250像素），在所有測量相同。任一層自適應(yīng)閾值（智能）或先進(jìn)的校準(zhǔn)，超精密，沒有簡化：2.0 VGStudioMax（）進(jìn)行分割。根均方值的偏差測定，Metris的9.1 FocusInspection一個目標(biāo)/實際測量數(shù)據(jù)和坐標(biāo)分割三維CT數(shù)據(jù)之間的比較。

測量的不確定性Einluss分割不確定性的重大影響
圖8：的的分割schichtadaptiv（智能）和VGStudioMax 2.0（CF）的鋁和鋼材料的影響，層自適應(yīng)圖8b影響分割：

層間距離和液位測量的測量不確定度的影響
數(shù)據(jù)校正的不確定性的影響（鋼）

Beamhardening（分割）層間距（參考）
圖8d：層間距的影響和測量平面，沒有硬化校正（Beamhardening層自適應(yīng)分割為鋁校正六六六），層自適應(yīng)分割圖8c：鋼校正數(shù)據(jù)的影響：
圖8a顯示的材料的影響。有趣的是，聚酰胺（PA）的值是大于鋁。圖8b中可以看出，在分割的影響，鋁和鋼。自適應(yīng)分割層給出了更好的結(jié)果，在鋼中的差別是比鋁高。硬化校正（校正Beamhardening六六六）產(chǎn)量為小骰子鋼的幾乎沒有任何改善（圖8c），所選擇的3.0毫米厚的黃銅濾波器Randaufh?rtungseffekte的主要是防止在X線斷層圖。

顯著影響，夾緊的樣品（圖8d）。不選擇掃描平面平行的多維數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，但把骰子上的前端（在發(fā)泡膠塊），可以得到類似的良好的結(jié)果，如果其中一個的層間距
將減半0.50至0.25毫米。本夾緊層的還要數(shù)（120比73），但相比143層，層間距的一半仍是少。

4小結(jié)
這篇文章展示了一小部分的調(diào)查結(jié)果，這EMPA為了定義體積形狀檢測標(biāo)準(zhǔn)化的測量參數(shù)和挽留他們在工作指令的基礎(chǔ)上形成。每種類型的CT系統(tǒng)有其自身的特點，用戶需要知道，為了達(dá)到最佳的效果即可。然而，在日常工作中，往往是一個最佳的測量精度和測量參數(shù)，測量時間確定成本之間的妥協(xié)，必須找到。因此，重要的是知道在測量的不確定性的影響因素的靈敏度。 Segmentierverfahrens的選擇起著很大的作用。在這方面，一些改進(jìn)已在最近幾年，在市售的軟件工具。在許多情況下，它仍然是有益的，有視覺或觸覺檢查外部幾何數(shù)據(jù)可用來校準(zhǔn)和閾值估計的不確定性的CT數(shù)據(jù)采集。

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