第一届国际计算机断层扫描系统比尺寸计量

第一届国际计算机断层扫描系统比尺寸计量

介绍

如今，X-射线计算机断层扫描（CT）主要用于三个不同的领域：医药，材料分析科学和三维测量。最近，CT在计量领域一个非常有前途的技术已被确定为，由于触觉和光学坐标测量机（CMM）及其他测量系统的重要的优势。其主要优点有[1]：
能够测量以及内外部几何对象不
拆卸或摧毁它;在一个相对短的时间内获得高的点密度的可能性;非接触式检测。
另一方面，存在几个限制，例如[1]：复杂和众多的影响量发生;完整的标准尚未公布;测量通常是无法追查的，因为不确定性是难以
评估。由于先前的CT缺点，CT系统仍不能完全确认为基准测量仪器，计量表演众所周知。实验室间的比较可能是一个不可缺少的手段，建立测量方法的有效性和可比性，并验证不确定性索赔[2]。出于这个原因，帕多瓦大学举办第一届国际比CT系统的三维测量。

这个项目被称为“CT审计”，涉及在欧洲，美洲和亚洲的重要机构和公司，包括国家计量机构，CT系统制造商，科研院所，用户和工业用户。 [3]
一共有15个CT系统参与的相互比较。该项目导致重要和有趣的结果，他们中的一些将要本文提出的。

1。 CT审计项目

1.1动机

的CT审核项目的主要目标和利益CT三维测量和深化知识传播信息可供参考几何计量检定CT系统的标准和程序。
从CT审核项目的参与者中得到很多好处。首先他们收到几何校准标准和程序，用于测试他们的CT系统。他们有可能通过比较参考校准值和其他化验结果，以评估他们的测量结果。此外，他们可以验证他们的测量和不确定性评估方法。最后，所有的参与者都建立一个国际网络实验室采用CT三维测量系统，这个网络可以是在该领域的工业CT进一步促进国际倡议的基础。

1.2参与者和流通

比对涉及15家企业和实验室在世界各地形成了不同国家，共15 CT系统。参与组织的名称按字母顺序列出，一般性信息，在表1中。结果的保密性，确保各参与者匿名识别码关联。只有特定的参与者和协调员知道协会与识别码。
建了一个网站，发布信息和测量程序（www.gest.unipd.it / CT审计）。项目可分为5个阶段的时间调度，示意性地描述如图1所示，从2009年9月2011年6月。循环阶段历时一年，从2010年3月至2011年3月。最后一个车间是要采取在帕多瓦（意大利），2011年10月，所有与会者将满足相互的讨论结果。

图1：时间调度项目的阶段。

1.3校准项目

四个校准件，不同的形式，材料和尺寸被选择，以测试使用不同的CT系统的一些测量特性。

四个项目内一个专用手提箱（图2），从一个参与者发送到下一个顺序参与方案[2]。
每个参与者收到该项目的协调员详细的测量程序，申报表和项目的CAD模型与标称值。

表1：参与者的名单按字母顺序排列

图2：CT审核手提箱

在薄薄的塑料密封盒保护，减少损失的风险，限制污染，并避免与其他传感器的测量项目。由聚乙烯制成的密封的圆柱形盒，壁厚大约为0.8毫米。参与者被要求来衡量的项目，而无需打开密封箱。图3和图4中所示的四个项目。
1项中，这被称为“CT四面体”，由四个校准的碳纤维框架上的红宝石球。第2项被称为“泛刃线规（mm）”，它是由不同长度的玻璃管5个校准。项目1和2是由意大利帕多瓦大学。

图3：项目1（前两个从左边的图片），项目2（两个在右边的图片）

第3项是“帽罩立方”，它由75球形calottes的钛中空立方体三个侧面。此项目由德国联邦物理技术研究院提供。
最后，第4项是“QFM缸”，由钛缸和一球盘与五个蓝宝石球。此产品是由QFM - 德国埃尔兰根 - 纽伦堡大学。

图4：项目3（从左侧的第一张图片），第4项（两个在右边的图片）

四个项目已使用触觉三坐标测量机校准。他们进行了校准之前和之后的循环周期，以确认并记录它们的稳定性。

2。初步结果

2.1第1项

15 CT系统测量“CT四面体”。参与者被要求测量直径和形状误差的四个领域，和球之间的距离。
作为一个例子，直径测量的结果总结于图5。结果表明，由参加者为直径和球体之间的距离的测量得到的值比的形状误差（考虑到上述的不确定性）的实际校准值。特别是，形状误差的测量，直径测量的比较总结在图6中的“恩值”，它描述的校准结果和测得的相比，所述的不确定性[2]之间的差异。它被定义为：

2.2项目2

15 CT测量系统“排笛计”。参与者被要求测量内，外管的直径和管的长度。
多数参与者测量与En值小于1。此外，观察到一个非常有趣的结果趋势：从校准值的内径和外径的偏差，有一个系统的“镜像分布，如在图7中示出。本系统的趋势将讨论所有Participants.In为了纠正长度的测量 - 第2项的结果的原因，管直径的校准值向所有与会者分发三月中的CT审计循环赛结束时2011年从三坐标测量机的校准值，得到。特别是，与会者可以使用校准的内部和外部直径值，以纠正他们的系统误差，包括错误，由于阈值确定和缩放系数。每个参与者是免费的来决定校正程序申请，并要求发送的新长度的结果，该项目的协调员。这第二部分是兼纠正他们的价值观，只有6人参加，其中大部分得到显着改善这种系统误差修正。结果NR参与者。 10已被报道，例如，在图8中。

2.3第3项

12 CT系统测量“底壳立方”。参与者被要求来衡量给定的参考坐标系，直径和形状误差calottes，也有一些选择之间的距离calottes的x，y和z坐标的calottes中心尊重。
寻找在图9可以看出，恩值（| EN | <1）的距离测量比为直径评估，和En直径均优于那些形状误差。 ，事实上，calottes之间的距离少受特定的错误的影响，由于其双向性。形状误差测量，取而代之的是，受散射和噪声数据的影响。事实上，测量结果表明，由所有参与者有一个高估的形状误差值。
形式错误直径Calottes距离

​

图9：第3项，恩表错误，直径和Calottes的的距离测量值，以百分比表示。

2.4项目4

8 CT测量系统“QFM缸”。参与者被要求测量内，外筒直径，Calottes直径的球板，球距离，直径最小的圆柱形结构和钛缸的底面微圆柱轴的距离。
QFM缸“透露，是最具挑战性的项目来衡量，确实只有8人参加测量和校准值的偏差均高于其他项目相比。由于第4项是一个比较大的项目，一些与会者决定扫描对象，以三种不同的方式，用自己的放大倍率和体素的大小：
整个项目，
只有的顶级calottes，
只有顶端calottes。在图11中，报告的结果所提供的参与者4，为了说明在关于顶部Calottes的直径的偏差得到改善。已被被页首calottes的测量两次，第一次扫描与整个样本中，然后以不同的放大倍率和体素大小的图像的中心平面与的最佳calottes在。从图10中可以推断，所述第二测量通常更接近的校准值。

3。结论和进一步发展

本文介绍了CT三维测量系统的第一个国际实验室间比对的初步结果。比较在欧洲，亚洲和美洲的15个CT系统涉及计量检定。他们在2010年3月至2011年3月期间进行了测试。
为了进行比较，被选择的一组4个不同的项目。审计事项被选择，以测试的CT系统中的若干个计量特性。 CMM的校准尺寸稳定性循环之前和之后的所有审计项目进行了验证。详细的测量程序校准对象一起发送给每个参与者。
报告的比较结束时，将要被产生的单个参加者的结果与参考CMM校准分析和比较。实现球体之间的距离的测量最精确的结果，特别是指（1）项。较高的偏差被发现在形状误差的测量。已被证实是一个非常艰巨的任务，在CT计量，主要由于在CT测量的众多影响量的测量不确定度的正确评价。
CT审核项目的一个重要成果是建立一个国际网络实验室采用CT三维测量系统。这个网络是进一步加强国际合作，在该领域的计量检定和CT系统的不确定度评定的重要依据。讨论的CT审核项目的结果的会议在帕多瓦（意大利），2011年10月将要发生。

参考文献

[1]：BARTSCHER M. JP KRUTH，S. Carmignato，施密特R.，L.德CHIFFRE，A. Weckenmann，（2011年）。计算机断层扫描尺寸计量。主题纸。 CIRP通志，第一卷。 61/2（新闻）。
[2] ISO / IEC 17043:2010，合格评定 - 能力测试的一般要求
[3] Carmignato S.，Pierobon A.，萨维奥E.，2011年，第一国际比计算机断层扫描系统，三维测量，PROC。 11 Euspen INT。配置科莫，意大利，2011。
[4] CT审核网站：www.gest.unipd.it / CT审计。