Page 79 - 无损检测2023年第二期

宋 飞, 等:

工业 CT 系统检测过程中缺欠尺寸的测量不确定度

偏差、 数据处理误差等, 故如何对不确定度分量进行 洛法评定测量不确定度》, 主要通过真实的模拟策略
量化就成为一个较为复杂的问题 [ 6-7 ] 。文章结合工 实现对输入量概率分布的解算。
业 CT 成像技术, 采用已校准的试件作为试验对象, 2 工业 CT测量不确定度评定模型
基于 GUM 法建立不确定度评定模型, 得到缺欠尺
寸的测量不确定度评定结果, 并分析了不同因素对 采用标准JJF1059.1-2012中的 GUM 法, 可

不确定度的影响。 通过分析不确定度来源和建立测量模型评定工业
CT 测量不确定度。在采用 CT 方法测量缺欠尺寸
1 工业 CT测量原理与不确定度影响因素
时, 测量结果可能受到测量过程、 像素尺寸、 系统空
工业 CT 检测原理如图 1 所示, 工业 CT 系统 间分辨率、 密度分辨率、 温度差等因素影响, 可形成
通过发射 X 射线对工件进行透射, 将影像投影到高 缺欠尺寸测量值L 的一般表达式, 即
精度平板探测器上, 通过旋转基底操作台, 得到多角 L= l+ δ p+ δ p ix+ δ sr+ δ d+ δ t+
度的投影。通过 FDK 算法等对投影图像进行处 δ cal+ δ T+ b ( 1 )

理, 结合距离、 角度等因素, 确定反投影路径并进行 式中: l 为标准温度( 20℃ ) 下的缺欠尺寸标称长度;
三维图像重建 [ 8 ] 。 δ p 为测量过程引起的误差; δ p ix 为平板探测器像素
为工业 CT 系统空间分辨率引
尺寸引起的误差; δ sr
为工业 CT 系统密度分辨率引起的误
起的误差; δ d
为试件校准的
差; δ t 为测量过程中的动态误差; δ cal
为测试环境温度波
扩展不确定度所引起的误差; δ T
动所引起的误差; b 为工业 CT 的系统误差。
由此可知缺欠尺寸测量值L , 是关于标称长度
l , 以及变量δ p δ p ixδ srδ dδ tδ calδ T b 的函数。各
, , , , , , ,
变量间互不相关, 依照 GUM 法可得到灵敏系数为
图1 工业 CT 检测原理示意
∂ L ∂L ∂L ∂L ∂L
在工件铸造、 焊接过程中, 往往会形成尺寸较小 = = = = =
∂δ p ∂δ p ix ∂δ sr ∂δ d ∂δ t
的气孔、 缩孔、 夹渣等缺欠, 而工业 CT 对这些缺欠 ∂L ∂ L ∂L
=
的识别率和测量准确性往往取决于射线管的分辨 ∂δ cal ∂δ T ∂b = 1 ( 2 )
率。射线管的分辨率和最大管电压成反比, 因此需 并可推导出工业 CT 的合成不确定度为
2
2
2
2
=
+
+
)
(
要针对被测工件的尺寸、 材料合理选择射线管型号。 u c L ) [ u ( δ p ) u ( δ p ix ) u ( δ sr + u ( δ d ) +
在工业 CT 测量过程中, 需要重视测量不确定 u ( δ t + u ( δ cal + u ( δ T ) b ] ( 3 )
2
2
2
2 1 / 2
)
+
)
度的分析, 否则将会导致测量结果的误判。在过往 式中: u c L ) 为测量尺寸L 的合成不确定度; 而u p ,
(
的研究中, 有学者对工业 CT 尺寸测量过程中的不 u p ix u sr u d u t u cal u T 分别为变量δ p δ p ix δ sr δ d
, , , ,
, , , , ,
确定度进行了分析 [ 9-11 ] 。其中测量过程的重复性、 δ tδ calδ T
, , 所引入的不确定分量。
平板探测器的像素尺寸、 系统空间分辨率、 密度分辨 3 测量不确定度评定实例
率及温度差等因素都会对测量结果产生影响, 需要
进行不确定度分析。 3.1 试验设备
测量不确定度评定主要分为 GUM 法和蒙特卡 试验设备为德国 YXLON 公司生产的 FF85

罗( MCM ) 法。其 中 GUM 法 主 要 依 据 标 准 JJF 型工业 CT 检测仪, 其配备有两个管电压不同的射

1059.1-2012 《 测量不确定度评定与表示》, 采用 线管, 可以任意进行切换。试验选用最大管电压

“ 不确定度传播律” 得到测量不确定度, 是使用较为 为300kV 的微焦点 X 射线管, 细节分辨率可达

广泛的工业 CT 测量不确定度评定方法。 GUM 法 [ 2.38+ ( L / 100 )] m ; 数字平板探测器像素矩阵
μ
需要分析测量不确定度的来源, 并依据数值分布特 为3072×3072 ( 长 × 宽), 像素尺寸为 139 μ m ,

-1
性得到测量模型, 计算各误差来源的不确定度分量, 帧率为25 帧 · s 。

最终得到合成标准不确定度和扩展不确定度。而 所使用的图像分析软件为 VGStudioMAX3.3 ,

MCM 法主要依据标准JJF1059.2-2012 《 用蒙特卡 对所识别出的缺欠, 基于ISO50%等值面阈值分割

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2023年 第45卷 第2期
无损检测