工業(yè)CT森林球測量不確定度

實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況來選擇標(biāo)準(zhǔn)器，基于不同材質(zhì)森林球的球心距測量對評價(jià)工業(yè) CT 測量不確定度標(biāo)準(zhǔn)器的選用及校準(zhǔn)具有重大的工程實(shí)用價(jià)值。

森林球標(biāo)準(zhǔn)器材質(zhì)分類 ：

1. 陶瓷球標(biāo)準(zhǔn)器

2.紅寶石球標(biāo)準(zhǔn)器

3.鋼球標(biāo)準(zhǔn)器

根據(jù)《基于森林球的工業(yè) CT 測量不確定度評定與分析》文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：材質(zhì)對球直徑測量的擴(kuò)展不確定度影響不顯著；球心距測量的擴(kuò)展不確定度隨尺寸的增大而增大，其中非金屬陶瓷球和紅寶石球標(biāo)準(zhǔn)器的擴(kuò)展不確定度均值相當(dāng)，平均值約為 0. 003 5 mm，而鋼球標(biāo)準(zhǔn)器則較之增大了 3. 4 倍，達(dá)到0. 012 2 mm；球心距測量存在明顯的系統(tǒng)誤差，標(biāo)準(zhǔn)器材質(zhì)的影響不顯著。

工業(yè) CT 有著優(yōu)良的三維成像和內(nèi)部檢測分析能力，在不破壞被檢測物體結(jié)構(gòu)的條件下，可以獲取高質(zhì)量的三維斷層圖像，從而清晰、準(zhǔn)確、直觀地展示被檢測物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料構(gòu)成及缺損狀況，與三坐標(biāo)測量、光學(xué)測量、超聲檢測等方式相比，具有的檢測能力和廣闊的應(yīng)用前景。森林球標(biāo)準(zhǔn)器能夠進(jìn)行工業(yè)CT 小測量范圍內(nèi)的尺寸測量誤差校準(zhǔn)。

基于工業(yè) CT 能量段的 X 射線對原子序數(shù)6~20 的元素成像較好，結(jié)合 X 射線的質(zhì)量衰減系數(shù)、材料的熱膨脹系數(shù)和加工工藝成熟度，實(shí)驗(yàn)選用氮化硅陶瓷球（密度在 3. 1~3. 2 g/cm3）、紅寶石球（密度在 3. 95~4. 05 g/cm3）和鋼球（密 在 7. 8 g/cm3）作 為 測 試 對 象 ，球 直 徑 均 為 5mm，圓度誤差小于 0. 25 μm。選擇衰減系數(shù)、熱膨脹系數(shù)相對低的鋁合金作為標(biāo)準(zhǔn)器底座，板厚度為 20 mm。選取 7 枚相同材質(zhì)小球組成森林球，通過其空間尺寸來評定工業(yè) CT 系統(tǒng)的測量不確定度。

森林球的排布與標(biāo)定
每種森林球由 7 個(gè)不同位置高度的小球構(gòu)建而成。通過鋁合金圓棒支撐森林球，球和支撐棒的連接通過黏接劑固定。底 板 上 支 撐 桿 采 用 螺 紋 緊 固 ，通 過 高 度 為 10，20，30，40 mm 的支撐桿使森林球形成空間上的
錯落和高度差，任選兩個(gè)球心距都可作為校準(zhǔn)長度。

將不同材質(zhì)森林球的切片圖像采用水平集進(jìn)行分割，得到不同高度森林球的亞像素級點(diǎn)云，然后基于*小二乘球體擬合方式，分別完成陶瓷球、紅寶石球和鋼球的點(diǎn)云擬合并進(jìn)行球心距尺寸測量。

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