一种工业CT分析物体密度及密度分布的方法

摘要

本发明提供一种工业CT分析物体密度及密度分布的方法，包括将已知密度物质作为参考物与被测物体一起置于检测台；参考物与被测物体距检测台中心距离一致；对两者线阵列扫描；取检测结果中包含被测物体与参考物任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影中心为圆心做基准圆，得到在基准圆圆周上与该中心距离一致的参考物及被测物体切面位置；在参考物切面上以基准圆圆周上任一点为圆心做参考物圆，该圆所在范围均在参考物切面之内；在被测物体切面上以基准圆圆周上任一点为圆心做被测物体圆，该圆所在范围均在被测物体切面之内；被测物体圆与参考物圆面积一致；利用工业CT对两圆进行灰度分析以得到两者灰度；基于该灰度计算被测物体密度值。

说明书

技术领域

本发明属于材料性能检测技术领域，具体地，涉及一种物体密度的测试方法，尤其涉及一种工业CT分析物体密度及密度分布的方法。

背景技术

工业CT的基本原理是根据X射线穿过不同物质时的衰减系数不同，通过射线测量和图像处理技术，利用数学物理方程的求解获得不同物质的衰减函数，从而获得物质的内部信息。将被测物体分为多个足够小的体素单元，每个体素的衰减系数可以看作常数。通过从多个角度进行CT成像扫描，即可获得每个体素对应的衰减系数。在实际应用中，以水的衰减系数为基准定义CT值，CT值＝(体素衰减系数-水衰减系数)/水衰减系数×1000。

将体素的CT值对应为图像上的灰度值，即可获得所谓的CT图像。灰度值与材料的密度密切相关，在同一测试中，灰度值与材料密度呈线性相关关系。利用这一特性，可以对难以测量密度的物体进行测量或对物体的密度梯度进行测量或计算。

目前研究中通常采用阿基米德排水法进行密度的测试，但是该方法需要将物体浸入水中，不能用于陶瓷素坯等物体的密度测试，且通过该方法获得的密度是样件的平均密度，无法获得物体内部不同区域的密度梯度。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种工业CT分析物体密度及密度分布的方法。

为解决上述技术问题，一方面，本发明所提供的一种工业CT分析物体密度的方法，包括：

将已知密度的物质作为参考物，与被测物体一起置于检测台上；

所述参考物与所述被测物体距离所述检测台中心的距离一致；

对所述参考物与所述被测物体进行线阵列扫描；

取检测结果中包含所述被测物体与所述参考物的任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做基准圆，得到在所述基准圆的圆周上、与该中心距离一致的参考物及被测物体的切面位置；

在参考物的切面上，以所述基准圆的圆周上任一点为圆心做参考物圆，该圆所在范围均在所述参考物的切面之内；

在被测物体的切面上，以所述基准圆的圆周上任一点为圆心做被测物体圆，该圆所在范围均在所述被测物体的切面之内；且所述被测物体圆与所述参考物圆的面积一致；

利用工业CT对所述被测物体圆和所述参考物圆进行灰度分析以得到两者的灰度；

基于所得到的灰度计算所述被测物体的密度值。

根据本发明，利用工业CT无损检测的灰度值与材料密度的线性对应关系，进行被测物体的密度统计分析。且采用本发明的工业CT分析物体密度的方法，具有灵敏度高，数据可靠的特点，能够有效分析物体密度。

又，在本发明中，也可以是，当所述参考物为组分均匀的物质时，将一已知密度的物质作为所述参考物，与所述被测物体一起置于所述检测台上。

又，在本发明中，也可以是，当所述参考物为组分不均匀的物质时，将多个已知密度的物质作为所述参考物，与所述被测物体一起置于所述检测台上；得到各个所述参考物的所述切面位置，在每个所述参考物的切面上，以所述基准圆的圆周上任一点为圆心做多个参考物圆，每个所述参考物圆所在范围均在对应的所述参考物的切面之内；并得到多个所述参考物圆的灰度，以基于多个所述参考物圆的灰度的平均值和所述被测物体圆的灰度计算所述被测物体的密度值。

另一方面，本发明还提供了一种工业CT分析物体密度分布的方法，包括：

将已知密度的物质作为参考物，与被测物体一起置于检测台上；

所述参考物与所述被测物体距离所述检测台中心的距离一致；

对所述参考物与所述被测物体进行线阵列扫描；

取检测结果中包含所述被测物体的多个待测区域与所述参考物的任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做基准圆，得到在所述基准圆的圆周上、与该中心距离一致的参考物及被测物体的多个待测区域的切面位置；

在参考物的切面上，以所述基准圆的圆周上任一点为圆心做参考物圆，该圆所在范围均在所述参考物的切面之内；

在被测物体的多个待测区域的切面上，以所述基准圆的圆周上任一点为圆心做多个被测物体圆，每个所述被测物体圆所在范围均在所述被测物体的对应的多个待测区域的切面之内；且多个所述被测物体圆与所述参考物圆的面积一致；

利用工业CT对多个所述被测物体圆和所述参考物圆进行灰度分析以得到各自的灰度；

多个所述待测区域的密度分布通过比较各待测区域的灰度值得到。

根据本发明，能够在不损伤被检物体的前提下，分析物体内部不同区域的密度分布， 进行材料性能的评价。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是以匀质物体液态水为参考物进行某陶瓷素坯密度测试的切面图；

图2是以非匀质物体为参考物时陶瓷素坯密度测试的切面图

图3是以非匀质物体为参考物时灰度、材料密度的线性关系图；

图4是示出某待测样品的待测区域X、Y位置的实物照片。

具体实施方式

下面结合具体实施形态和附图来说明本发明的实质性特点和显著性的进步。应理解，这些实施形态仅用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

为了解决现有技术中，本发明提供了一种工业CT分析物体密度及密度分布的方法。

根据本发明，利用工业CT无损检测的灰度值与材料密度的线性对应关系，进行被测物体的密度统计分析。且采用本发明的工业CT分析物体密度的方法，能够在不损伤被测物体的前提下，分析物体不同区域的密度分布，进行材料性能的评价。此外，本发明的方法还具有灵敏度高，数据可靠的特点。

本发明的工业CT分析物体密度的方法根据同一测试中CT灰度值与材料密度的线性对应关系，利用工业CT测试物体的密度梯度或考察物体密度，通过工业CT的灰度分布及参考物的已知密度进行密度的计算。

本发明的工业CT分析物体密度的方法涉及一种分析匀质物体密度ρ的测试方法，利用工业CT无损检测的灰度值与材料密度的线性对应关系，计算匀质物体的密度。具体地，根据本发明一实施形态的工业CT分析物体密度的方法，具体可包括以下步骤：

(1)可将一已知密度为ρ₀、组分均匀的物质作为参考物，与被测物体一起置于检测台上。

(2)参考物与被测物体距离检测台中心的距离一致，以消除工业CT检测过程中射束硬化对灰度值的影响。

(3)取检测结果中包含被测物体与参考物的任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做圆0，得到在圆0的圆周上、与该中心距离一致的参考物及被测物体的切面位置。

(4)在参考物的切面上，以圆0圆周上任一点为圆心做圆1，该圆所在范围均在参考物的切面之内。

(5)在被测物体的切面上，以圆0圆周上任一点为圆心做圆2，该圆所在范围均在被测物体的切面之内，且圆2与圆1的面积一致。

(6)利用工业CT对圆1、圆2进行灰度分析，两者的灰度分别为g₁、g₂。

(7)重复上述步骤(4)-(6)三次，获得参考物及被测物体的平均灰度为g₀、g。

(8)则被测物体的密度值可计算为ρ＝ρ₀·g₀/g。

此外，当较难获得组分均匀地参考物时，根据本发明另一实施形态的工业CT分析物体密度的方法，具体可包括以下步骤：

(9)可以将多个、例如三个或以上已知密度为ρ₁、ρ₂、ρ₃的物质作为参考物，与被测物体一起置于检测台上。

(10)各参考物与被测物体距离检测台中心的距离一致，以消除工业CT检测过程中射束硬化对灰度值的影响。

(11)取检测结果中包含被测物体与参考物的任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做圆3，得到在圆3的圆周上、与该中心距离一致的参考物及被测物体的切面。

(12)在每个参考物的切面上，以圆3圆周上任一点为圆心做相同面积的圆4、5、6，每个圆所在范围均在对应参考物的切面之内。

(13)在被测物体的切面上，以圆3圆周上任一点为圆心做圆7，要求圆7面积与圆4、5、6均相同，且该圆所在范围均在被测物体的切面之内。

(14)利用工业CT对圆4-7进行灰度分析，则各参考物及被测检物体的灰度值分别为g₄、g₅、g₆、g。

(15)灰度值g₄、g₅、g₆与密度值ρ₁、ρ₂、ρ₃之间具有线性关系，拟合得到经过三点的直线，将灰度值g带入直线即可获得被测物体的密度ρ。

此外，本发明还提供了一种工业CT分析物体密度分布的方法，该方法涉及一种分析匀质物体密度分布的测试方法，能够分析物体内部不同区域的密度分布，进行材料性能的评价。具体地，根据本发明一实施形态的工业CT分析物体密度分布的方法，具体可包括以下步骤：

(16)将一已知密度为ρ₀、组分均匀的物质作为参考物，与被测物体一起置于检测台上。

(17)参考物与被测物体距离检测台中心的距离一致，以消除工业CT检测过程中射束硬化对灰度值的影响。

(18)调整被测物体的摆放角度，取检测结果中包含被测物体的待测区域A与参考 物的任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做圆0，得到在圆0的圆周上、与该中心距离一致的参考物及被测物体的切面位置。

(19)在参考物的切面上，以圆0圆周上任一点为圆心做圆1，该圆所在范围均在参考物的切面之内。

(20)在被测物体的切面上，以圆0圆周上任一点为圆心做圆2，该圆所在范围均在被测物体的切面之内，且圆2与圆1的面积一致。

(21)利用工业CT对圆1、圆2进行灰度分析，两者的灰度分别为g₁、g₂。

(22)重复上述步骤(19)-(21)三次，获得参考物及被检物体的平均灰度为g₀、g_A。

(23)调整被检物体的摆放角度，取检测结果中包含被测物体的待测区域B与参考物的任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做圆0′，得到在圆0′的圆周上、与该中心距离一致的参考物及被测物体的切面位置。

(24)在参考物的切面上，以圆0′圆周上任一点为圆心做圆1′，该圆所在范围均在参考物的切面之内。

(25)在被测物体的切面上，以圆0′圆周上任一点为圆心做圆2′，该圆所在范围均在被测物体的切面之内，且圆2′与圆1′的面积一致。

(26)利用工业CT对圆1′、圆2′进行灰度分析，两者的灰度分别为g_1′、g_2′。

(27)重复步骤(24)-(26)三次，获得参考物及被检物体的平均灰度为g_0′、g_B′。

(28)待测区域B的灰度值经过换算g_B＝g_B′·g₀/g_0′。

(29)两区域A、B的密度分布可通过g_A、g_B进行比较。

以下通过具体的实施例进一步详细说明本发明的工业CT分析物体密度的方法。

实施例1

可将已知密度分别为1.00g/cm³的液态水A为参考物，对某陶瓷素坯B进行密度计算。

将样件A、B以距检测台中心相同距离，均匀摆放于检测台上。对样件进行线阵列扫描。检测结果中包含样件A、B任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做圆0，圆0将经过样件A-B体的切面。

在样件A的切面上，以上述圆0圆周上任一点为圆心做圆1，该圆所在范围均在样件A的切面之内。在被测物体B的切面较大，以上述圆圆0周上任一点为圆心做相同面积的圆2、3。每个圆所在范围均在对应被测物体的切面之内。如图1所示。

利用工业CT对圆1-3进行灰度分析，其灰度值g_水、g_物1、g_物2分别为136.42、228.47、229.15。

则被测物体的密度

实施例2

可将已知密度分别为1.07g、1.56、1.13、0.98g/cm³的多孔陶瓷C、D、E、F为参考物，对两陶瓷素坯G、H进行密度计算。

将样件C-H以距检测台中心相同距离，均匀摆放于检测台上。对样件进行线阵列扫描。检测结果中包含样件C-H切面的任一切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做圆0，圆0将经过样件C-H体的切面。

在参考物C-F的切面上，以上述圆0圆周上任一点为圆心做相同面积的圆1-4，每个圆所在范围均在对应参考物的切面之内。在被测物体G、H的切面上，以上述圆0圆周上任一点为圆心做相同面积的圆5-7，由于样件H稍大，圆6、7位于同一样件H的切面上。每个圆所在范围均在对应被测物体的切面之内。如图2所示。

利用工业CT对圆1-7进行灰度分析，其灰度值g₁-g₇分别为139.4、196.6、144.4、124.8及208.4、209.8、210.0。

灰度值g₁、g₂、g₃、g₄与对应参考物的密度值之间具有线性关系，拟合得到经过三点的直线g＝120.47ρ+7.41，如图3所示。将灰度值g₅-g₇带入直线，即可获得被测物体的密度ρ_G＝1.67g/cm³及ρ_H＝1.68g/cm³(ρ_H1及ρ_H2取平均即为ρ_H)。

实施例3

可将将液态水为参考物，对比某样品的不同区域X、Y的密度分布，X、Y的位置如图4所示。

将样件与参考物均匀摆放于检测台上。调整样件的位置及摆放方式，将样件的区域X与参考物调整至同一水平位置，对样件进行线阵列扫描。

取检测结果中包含区域X及参考物的切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做圆0，圆0将经过区域X及参考物的切面。

在参考物的切面上，以圆0圆周上任一点为圆心做圆1；在区域X的切面上，以圆0圆周上任一点为圆心做与圆1相同面积的圆2。每个圆所在范围均在对应的切面之内。如图1所示。

利用工业CT对圆1-2进行灰度分析，参考物及区域X的灰度值g₀、g_X分别为 158.37、492.28。

调整样件的位置及摆放方式，将样件的区域Y与参考物调整至同一水平位置，对样件进行线阵列扫描。取检测结果中包含区域Y及参考物的切面为分析对象，以射束硬化环状伪影的中心为圆心做圆0′，圆0′将经过区域Y及参考物的切面。

在参考物的切面上，以圆0′圆周上任一点为圆心做圆1′；在区域Y的切面上，以圆0′圆周上任一点为圆心做与圆1′相同面积的圆2′。每个圆所在范围均在对应的切面之内。

利用工业CT对两圆1′、2′进行灰度分析，参考物及区域Y的灰度值g_0′、g′分别为129.35、403.93。

则区域Y的灰度值可换算为则区域X、Y的密度大小为通过灰度值492.28、494.55进行比较，区域Y较区域X密度高约0.46％。

在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。