工业CT测量-塑料齿轮检测的新技术

 　　目前，外齿轮测量技术相对成熟，主要检测手段有齿轮测量中心、三坐标测量机、单啮仪、双啮仪等;而内齿轮测量存在的问题还很多，特别是小模数内齿轮(如塑料齿轮注射模的型腔)，几乎没有实用的测量手段。近年来，工业CT技术的发展，为解决小模数内齿轮测量问题提供了可能。

蔡司工业CT

　　一.工业CT测量原理及构成

　　工业计算机断层扫描成像(industrial computed tomography) 简称工业CT， 是一种依据外部投影重建物体内部结构图像的无损检测技术。工业CT的基本原理是当经过准直且能量为A的射线束穿过被检物时，根据各个透射方向上各体积元的衰减系数μ不同，探测器接收到的透射能量B也不同，按照一定的图像重建算法，即可获得被检工件截面一薄层无影像重叠的断层扫描图像，重复上述过程又可获得一个新的断层图像，当测得足够多的二维断层图像就可重建出三维图像。

　　CT测量系统主要包括射线源、探测器、扫描系统和软件。射线源常用X射线机和直线加速器。X射线机的峰值能量范围从数10~450keV， 且射线能量和强度都是可调的; 直线加速器的射线能量一般不可调， 常用的峰值射线能量范围在1~16MeV.其共同优点是切断电源以后就不再产生射线，焦点尺寸可达到微米量级。

　　目前常用的探测器主要有高分辨CMOS半导体芯片、平板探测器和闪烁探测器三种类型。半导体芯片具有*小的像素尺寸和*大的探测单元数，像素尺寸可小到10pm左右。平板探测器通常用表面覆盖数百微米的闪烁晶体(如CsI) 的非晶态硅或非晶态硒做成， 像素尺寸约127mm，其图像质量接近于胶片照相。闪烁探测器的优点是探测效率高，尤其在高能条件下， 它可以达到16~20bit的动态范围， 且读出速度在微秒量级。其主要缺点是像家尺寸较大，其相邻间隔(节距)一般为0.1mm。

　　工件扫描系统从本质上说是一个位置数据采集系统。工业CT常用的扫描方式是平移-旋转”(TR)方式和只旋转(RO)方式两种。RO扫描方式射线利用效率较高，成像速度较快。但TR扫描方式的伪像水平远低于RO扫方式，且可以根据工件大小方便地改变扫描参数(采样数据密度和扫描范围)。特别是检测大尺寸工件时其优越性更加明显，“源-探测器”距离可以较小，以提高信号幅度等。RO扫描只能检测小尺寸工件，而TR扫捕用于大尺寸工件。

　　计算机软件无疑是CT的核心技术，当数据采集完成以后，CT图像的质量已经基本确定，计算机软件的好坏就直接影响到图像的重建质量。CT图像重建通常采用卷积反投影法，其优点是图像质量高，易于用硬件设计为专用图像处理机，缺点是只能形成某一断面上的二维灰度信息，不能得到被检测物的整体描述。为提高缺陷判别的准确性，国内外已研发了多种三维投影重建算法。现在已发展到第三代工业CT。

　　二.小模数齿轮的CT测量

　　工业CT的种类很多，取决于检测对象的要求，相对于其他零部件，齿轮属于精密件，精度要求高，因而对CT的测量精度有特别要求，目前，CT主要用于小模数小尺寸齿轮测量。国内外生产工业CT的厂家不少，用于精密测量的工业CT并不多，主要制造商都在德区， 如Carl Zeiss卡尔蔡司工业CT等。值得注意的是， 这些厂家大都是精密量仪生产厂。

　　目前CT用于几何量精密测量的主要优点是：无损检测、能获得被测对象的内外几何信息、在相对较短的时间内能获取高密度数据点;主要缺点有：迄今没有可接受的测试验收办法、影响测量的因素太多且复杂、受测量误差影响其测量形状误差的能力有限、大多数情况下不知道测量不确定度。

　　针对这些问题的主要研究对策是：将材料标准用于误差修正以便实现量值传递、将三坐标测量机中的一些研究成果移植到CT精密测量中、用材料标准和特性去定量化CT测量。