文：重庆日联科技有限公司叶文强、牛桂英

摘要：本文结合压铸缺陷检验现状及大趋势，探讨铸件质量控制技术，基于工业CT射线检测设备对铸制件进行高精度扫描分析，对生产全过程质量异常的铸件，快速追溯缺陷信息，从而显著改善压铸质量。该方法可使异常压铸件于最短时间内得到识别、剔除及隔离，从而达到精细质量控制及提升企业市场竞争力之目的。

关键词：工业CT；高精度；3D视图

1、引言

过去，在判定铸造零件的几何参数是否满足设计的条件时，一般都使用三座标来测定主要的几何参数，但这种方法费时费力，且不能测定其内在参数。X射线虽然可以实现对内部缺陷的非破坏性探测，但其探测的2D影像具有与前、后缺陷相叠加的特点，且很难准确地确定出缺陷的空间方位；而增强X射线的强度，又会影响到探测结果的对比度。利用工业CT不仅可以对铸件的三维尺寸展开精确的测量，还可以对缺陷的空间位置进行精确的定位，与此同时，还可以将铸件与3D图纸相对比，找到尺寸误差不符合要求的地方，为新产品调试及工艺改进提供正确的数据信息。

2、系统组成及工作原理

2.1系统组成

工业CT（Micro-ComputingTomographySystem）由射线源，机械扫描系统，检测器，数据采集系统，计算机系统，屏蔽设备，图像存储和显示系统等构成。

2.2工作原理

射线源会发出一道锥形束，探测器会收到穿透铸件后的光线，再经过光电转换、放大转换之后，再将其输入到计算机中进行处理，这样就可以得到铸件在该层级的二维图像，将二维图像经3D模拟软件重构后，最终形成被测铸件的3D立体模型。

3、工业CT用于无损检测的特点

在无损探伤中应用工业CT（ConeBeamComputedTomography，CBCT）技术，主要是通过对被探伤对象进行CT扫描，在其表面上重构出一个不变形的三维图像。通过这种高清晰度，高对比度，精确的图像，并结合图像处理，图像识别等技术，实现对物体内部特性的分析研究。

相对于目前的非破坏测试方法，该方法具有如下特点：

1）检测材料中是否存在裂纹、气孔、杂质等缺陷，并对这些缺陷的尺寸、形状和空间位置进行定量评估。

2）CT是三维成像，三维图像完整的还原了工件本身的形态，为后面各种需求分析提供了准确的数据；（EX：缺陷大小、位置等）

DR成像是平面，成像存在变形、压缩、重合等，复杂的工件由于透照角度问题，可能会导致成像死角，缺陷大小和位置也会存在误差。

3）利用不同的辐射源（X射线，Y射线，中子等），以及源强度，能够实现对各种尺寸，重量，性能，以及各种对象的非破坏性探测；（比如，大的可以是导弹和航空发动机，小的可以是亚毫米尺寸的激光核聚变靶标，也可以是数十米厚度的钢板，或可以是木材和复合材料，有些物体在特定的辐射源下可以得到特殊的结果，比如航空发动机，轮船发动机等。）

4）具有很高的密度分辨能力，它能探测到物质中非常微小的密度变化。

5）重构的目标图像为数字图像，可存储在电脑中并可重复使用。通过特殊的软件系统，可以实现对其的自动识别、分析与处理。该系统具有自动化程度高，速度快，精度高等特点。

4、工业CT应用场景以及功能

4.1应用场景

4.2.1壁厚分析

壁厚分析可以被容易地用于数据集处理，接在CT数据/三维像素数据集上自动定位面积不足或壁厚过厚及间隙过大的位置，计算出壁厚或间隙尺寸并以颜色代码显示分析结果。

4.2.2缺陷检测

缺陷检测可对“不连续性”进行自动检测，例如气孔、孔洞和夹杂物。基于CT的缺陷分析如今已被广泛应用，如铸件、塑料零件和BGA。

4.2.3CAD对比

直接比较CT/三维像素数据和CAD或其它CT/三维像素数据，比常规方法效率更高。

4.2.4计量/三坐标测量

三坐标测量包括全部的2D、3D测量功能，如几何尺寸和公差（DINENIOS1101标准）。

4.2.5纤维复合材料分析

可标记不同纤维取向，在直方图中显示分析结果。

4.2.6传递现象

不需要网格可直接在多孔和多组分材料的CT扫描数据上进行微观结构级虚拟流动和扩散实验，计算均质材料特性、如绝对渗透率、曲折度、地层因数、分子扩散系数、电阻率、导热系数或孔隙度，也可以计算各向异性样品的张量值材料属性。

4.2.7结构力学模拟

可计算某一对象（CT体数据对象、网格对象等）内的机械应力分布，采用无网格有限元方法、线性基函数和共轭梯度求解法进行虚拟受力测试，评估不连续性对零件稳定性的影响。

4.2.8逆向工程

逆向工程（又称逆向技术），是一种产品设计技术再现过程，即使是复杂的组装品，通过CT扫描后，将三维数据输出到VGStudioMAX软件中，也可以轻松获得每个单独零件的三维图像。

逆向工程是对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程/组织结构/功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。

5、工作参数优化

5.1工作电压、电流

首先，要以被检测铸件的材质和最大有效直径为依据，设定一定的电压和电流，从而扫描出一个完全的铸件DR图。在DR图中，选择最黑色的几个部分，进行切片扫描，并通过调整电压来决定扫描最合适的参数。当操作电压达到最大时，仍然不能通过整体浇铸时，可以采用分步提升的方式。

5.2扫描层距

以实际需要为基础，对扫描层距进行设置，在工艺判断中，容易产生缺陷的部位可以将层距缩小，随着层距的缩小，重建的三维模型的分辨率会变得更高，对缺陷的识别也会变得更精确，相反，若将层距变得更大，还可以节省扫描时间。

5.3焦点的选择

X光源聚焦度的高低直接影响着图像的清晰度，随着聚焦度的减小，图像的清晰度也会随之提高。对于具有较大厚度的铸造，应该选择较大的聚焦；如果铸造的尺寸较小，或者对被检测的铸造有较高的要求，则应该选择较小的聚焦。

5.4滤波片

为了提升图像质量，方便进行3D尺寸的测量，一般情况下，都会选择不同材质、不同厚度的滤波器，并对其进行相应的增大扫描积分时间与投影数。

5.5缺陷分析

结合工作实际，列举了一些已被证实的有代表性的缺陷。

（1）冷间隔：因内嵌铁部件没有预热，连接部位凝固太快，造成熔合不良，造成裂缝。

（2）气泡：因装置故障造成砂芯存放太久，在浇铸之前没有重新干燥，从而造成皮下气泡的出现。

（3）收缩：在铸造过程中，因工艺设计不当，造成的较大范围的收缩，并在较严重的位置产生了收缩。

（4）裂缝：因为内部的铝液还没有完全固化为固体，从而阻碍收缩，在铸造过程中形成了压力或者是塑性形变，进而引起了裂缝的出现；

6、结语

工业CT（ConeBeamComputedTomography，CBCT）在铸造领域的应用，不仅可以弥补传统的物理结构无法显示全部内部缺陷的缺陷，还可以解决X光实时成像中存在的“重叠”、“模糊”等问题，具有较高的探测灵敏度和空间分辨率。所以，工业CT已经是目前国内外最先进的无损探测技术。尽管这种检测仪器的使用方式还存在一些不足，比如价格昂贵，扫描速度慢等，但是它仍然是新产品开发和工艺调试无法取代的一种理想的仪器。