调查使用多波标准的无损检测CT的随机表​​面偏差

调查使用多波标准的无损检测CT的随机表​​面偏差

摘要
本文提出了一种实验研究CT-诱导的随机表​​面使用多波标准的偏差。为了量化随机表面偏差的量的所进行的测量中，使用所提取的功能的根均方偏差。对所获得的结果和评价程序的话题都包括在内。

关键词：工业计算机断层扫描，几何评估，随机表面的偏差。

1引言和背景
使用的X射线CT系统执行几何评价的一个显着的问题是引入随机表面偏差真实特征提取操作期间[1]。获得可靠和满意的准确的测量结果，随机表面偏差的修正是不可行的其他CT导致的错误（例如，放大和偏移偏差），最大限度地减少其发生的根本。许多随机表面偏差的原因与CT设置参数，因此可以最小化通过选择适当的设置参数集。随机表面偏差的原因（和相关的中介效应最小化），它可以通过一个适当的选择设置参数包括（但不局限于）：
量子噪声，散射和检测器产生的噪声的图像采集过程中，产生的随机干扰中的突起和在体素矩阵[2];
比较大的体素的大小，导致混叠中的突起，并在体素矩阵产生莫尔条纹的[3];
突起，产生体素矩阵[3]中的混叠伪像（条纹）的数量相对较少;
较大的抽样间隔进行全局或局部阈值操作时，导致额外的混叠[1]。
但是，选择的设置参数，这将导致一个最低限度的随机表面的偏差不是一个简单的任务。这个任务需要一个合理的理解一般和特定任务的因果关系，导致随机表面的偏差。本文提出了一种实验研究CT-诱导的随机表​​面使用多波标准偏差（和一些相关的问题）（MWS）[4]。为了更好地理解导致随机表面的偏差，MWS测量与CT不同的设置参数。萃取操作过程中生成的随机表面偏差的量进行定量由积分所提取的功能[5]的根均方的参数化。对所获得的结果和评价程序的话题都包括在内。

1材料与方法

2.1实验装置
实验包括在提取从两个外部的校准，高几何准确铝MWS的圆柱形元件（图1）的圆周线。第一元件包括一个标准的圆筒形特征，其标称直径为76毫米，的峰到谷的圆度偏差（隆特）值小于0.1微米，最大高度粗糙度（Rz）值小于0.05微米。所述第二元件包括一个结构化的正弦（多波）的功能，具有公称直径为80毫米，并含有与普遍定期审议号码（和各自的振幅，以μm为单位）的主导谐波：5（1.70），15（1.75），50 （1.75），150（1.80），500（2.05）。的MWS的这些特征，允许在没有典型的从实际生产工件的几何偏差的情况下，评估随机表面偏差。

图1：多波在实验中使用的标准。

为了评估随机表面偏差的影响设置参数，提取的周线被使用六套不同的CT设置参数（表1）。设置＃1是一个比较保守的做法，不妥协的扫描时间。装置＃2基本上是相同的，但与像素合并2×2上的突起。这样的结果在更大范围内的体素大小，但突起的数目，因此，扫描时间可被减少。检测器的增益设置＃3，增加积分时间要求较低。安装程序＃4，在预过滤器的厚度的减少，增加的能量强度，并允许减小积分时间。另一方面，它可能会增加束硬化效应。设置＃5具有较厚的预过滤器和增加的增益，以补偿降低的强度。安装程序＃6的管电压和在预过滤器的厚度减少。

电压电流的诠释。获得预过滤器PROJ。分级体素的安装时间大小
U [千伏] [μA] B [MS] [PF] V] P [毫米，铜亿VX [微米]
1 225 420 2000 1.0 1.00 1440 1×1 93.3 2 225 420 2000 1.0 1.00 720 2×2 186.7 3 225 420 1000 0.5 1.00 1440 1×1 93.3 4 225 420 1500 1.0 0.50 1440 1×1 93.3 5 225 420 1500 0.5 1.50 1440 1×1 93.3 6 150 630 1500 1.0 0.25 1440 1×1 93.3
表1：CT用于MWS测量设置参数。
在此实验中使用的CT测量系统具有MPEE = 9 + L/50微米，最大的光子能量为225千电子伏和编码器分辨率为1024×1024像素。为了说明的目的，多波元件也测量用扫描坐标测量机（CMM），使用
1.5毫米尖端直径手写笔和0,2 N.提取的圆周线接触力的测量软件导出为ASCII文件和处理与专用的应用程序[6]。
2.2评价程序
为了量化的根均方的圆度的偏差（RONq）参数随机表面偏差的量包含在所提取的圆周线，[7]被选择。在选择此参数的主要原因是因为它是基于在提取出的积分功能，因此涵盖整个提取操作和其内发生的所有的中介作用。此外，这个参数是最好的过带参数（如隆特参数），因为它考虑到整体功能的评价，而不是极值点，变得不那么敏感（虽然不能幸免），小的局部偏差（如异常值）。为了评估可重复性，5个测量周期以随机顺序进行，每组设置参数。的每种设置的RONq值，进行比较平均范围（X-酒吧/ R）控制图[8]。控制图是统计测试，它允许评估观察到多个子组（在这种情况下，与不同的CT设置获得的值之间）之间的差异（在位置和分散体）的意义。如果一个或多个点的控制范围内，零假设可以被反驳，结果用不同的CT设置的差异，可以说是存在。此外，所提取的圆周线，表示在两个空间域和频域中进行的图形分析。图形化的分析提供了丰富的信息与随机表面的偏差，如锯齿假象和高频成分的衰减，已经证明[1]的影响。

3结果

3.1从标准元素
X-杆/ R控制的图图2中示出的RONq从标准的元件具有不同的CT设置获得的值的比较。范围图显示了所有的分组控制上限以下的范围，因而没有显着差异差异可以证明。这允许使用的平均范围内计算的平均图表的控制界限。通过观察平均值图，可以看到，最平均的RONq值超出控制界限，证明不同的CT设置随机产生的表面偏差量的显着差异。它可以很容易指出，设置＃2，它有一个更大的体素大小，产生的较高量的随机表面偏差。以下是设置＃3和＃5，这两个使用更高的增益，放大在采集过程中产生的噪声。最后，得到随机表面偏差的较低量的比基因演算法＃1，＃4和＃6。考虑控制限之间的距离，可以说没有区别RONq获得的值与这三个设置之间存在。
标准功能

图2：X-酒吧/ R控制图的RONq值的标准元素的曲线。

图3：极坐标图和动态内容积的提取标准件的配置文件。
提取的标准比基因演算法元素＃1和＃2的周线的图形分析的是图3中所示。所提供的标准元件的几何形状和表面光洁度是非常精确的，可观察到的随机面偏差主要视为与CT测量系统进行的提取操作。另外，也可以定性观察得到的结果之间的差异与以上提到的CT设置，与设置＃1呈现相当低的随机表面偏差。此外，动态设置＃2中提取的圆周线图显示了一个突然切，证明在奈奎斯特频率混叠的发生。因此，当地面偏差开始发生，可以看出，在相同的设置的极坐标图。这种效果是直接相关的体素的大小，这也限制可确定所提取的周线的点的数目的增加。
3.2从多波的元素
X-杆/ R控制图表的RONq从多波元件得到的值是在图4中给出。范围图显示了所有的分组控制上限以下的范围，因而没有显着差异差异可以证明。的平均走势再次显示检测结果不同的设置之间的差异。注意，RONq从多波元件得到的值有直接的相关性从标准的元件得到的那些，它也可以。较高的平均从多波元件得到的值的发生是由于在计算中的主导谐波的RONq值列入。你也可以观察范围图（意思是最坏的重复性）测量多波的元素的值。这将产生更广泛的控制限制的平均走势，并导致亏损的敏感性识别设置的差异。
多波功能

图4：X-杆/ R控制从多波元件得到的档案的的RONq值图表。

提取从多波元件与CT设置的＃1和＃2，与CMM的圆周线示出在图5中的图形分析。通过观察CT的结果，它可以指出，提取从多波元件的周线的随机表面偏差显示良好的相关性，与从标准提取的行中已经观察到的偏差
元素。尽管的随机表面偏差的，大多数的主导谐波的多波元件可以明确区分在频域分析。此外，可以注意到

极坐标图和动态内容积从多波的元素提取的轮廓。

但是，它可以指出的是，500普遍定期审议谐波（对应于波长约
0.5毫米）几乎已经完全消失了从CT中提取的圆周线。有限的频率响应是一个共同的每一个测量系统的问题。 500普遍定期审议谐波的衰减被观察到的所有的评价CT的设置，并可能代表的评价CT测量系统有关的两个特定的圆柱形元件的测量的频率响应中的一个限制。

4讨论
本文提出了一种实验研究CT提取操作过程中产生的随机表面的偏差。从所获得的结果与使用的MWS，一些结论可以得出。鉴于高度精确的表面精加工和几何形状的标准元件，它是可以断言，所观察到的随机表面偏差可主要归因于CT测量系统的不准确和局限性。这句话，连同500普遍定期审议谐波，设置的限制能力的评价CT测量系统，以解决如波纹和粗糙度偏差高频含量所观察到的衰减。关于评估程序，结果表明，使用的RMS偏差参数计算中提取的整体功能是比较合适的定量CT诱发的随机表面的偏差。在这个意义上说，RMS偏差参数，可以考虑为CT几何评价使用的提取的数据作为一个质量指标。通过覆盖整个的提取操作中，它包含了大部分中介效果，导致随机的面偏差，并总结了几个关于图像质量指标（例如对比度，信噪比等）成一个单一的指标。此外，设置参数的变化清楚地敏感，RMS参数计算中提取的整体功能，可以使用与随机表面发生偏差最小化，支持CT的用户的统计检验（如控制图）。作为比较，获得的控制图2所示的圆柱形元件，对工件的形状偏差可能会降低分析的灵敏度。因此，减法的真实面目从提取的整体功能，可能需要进行这种分析在实际生产零件。

致谢
这项工作是支持的短斗篷，短CNPq和DFG的巴西和德国合作研究计划制造技术 - BRAGECRIM的范围内。

参考文献
[1] V.C.纳德利，F.A. Arenhart，G.D.特利，M.C.波拉斯，“使用校准零件和曲面积分分析调查三维CT测量”。 PROC。数码工业放射学和计算机断层扫描（DIR），柏林，2011国际研讨会。
[2] T. M. Buzug“，计算机断层扫描”。施普林格出版社，2008。
[3] AC隔，M.斯莱尼，计算机断层成像“原则”。 IEEE出版社，1988。
[4] O. Jusko，的F.Lüdicke，“新型多波标准的校准测量仪器”的形式。 PROC。第一EUSPEN，不来梅，德国，。 2，1999。
[5] ISO / TS 17450-2:2002，“产品几何技术规范（GPS）的一般概念第2部分：基本原则，规范，运营商和不确定性”。
[6] F.A. Arenhart，G.D.特利，M.C.波拉斯，V.C.纳德利，“提取的圆周线”的分析应用程序的设计与实现。 PROC。 II国际机械计量大会（CIMMEC），纳塔尔，2011年。
[7] ISO 12181-1:2011，“产品几何技术规范（GPS）圆度第1部分：词汇和参数的圆”。
[8] DJ惠勒，RW Lyday，“评估测量过程”。 SPC出版社，1990。