工业CT技术在航空航天领域的优势

在全球知名的以聚焦航空航天应用测试领域的杂志《Aerospace Testing international》上，刊登了一篇关于工业CT计算机断层扫描技术在航空航天领域的应用专题。

工业CT是无损测试界当之无愧的拥有未来无限可能的测试技术！

你想知道工业CT的基本原理吗？

CT检测的优势有哪些？

检测过程中有哪些注意事项？

工业CT在航空航天领域的应用案例有哪些？

通过以下文章您将快速领略工业CT测试所具有的便捷，精确和快速的优势。尤其是其独一无二的可以在非破坏，非接触条件下的测试功能，一定会让你对它着迷。

刊登在《Aerospace Testing international》上的原文

本文由North Star Imaging北极星成像公司的计量产品创新经理Valentina Aloisi撰写。 

Valentina拥有意大利帕多瓦大学（University of Padova）的机械工程博士学位，其研究重点是工业计算机断层扫描。

Valentina在生产工程和工业计量学领域经验丰富，拥有CMTrain – 2级：CMM –操作员认证，她还是计算机断层扫描（CT）和计量学等方面多篇同行评审期刊论文和会议论文的作者。同时，她还联合著作多本有关计算机断层扫描的书籍，并在欧洲及美洲的主要计量行业技术会议和峰会上发表她的研究成果和担任演讲嘉宾。

X射线计算机断层扫描（CT）技术作为一种灵活的非接触式测量技术已成功进入坐标计量学领域，该技术可有效用于对工业零部件进行内部和外部尺寸测量。

与传统的接触式和光学坐标测量仪（CMM）相比，CT具有诸多优点，以便于工程师们执行工作中各式相应无损测量任务，而这是其他任何测量技术通常都无法实现的。例如，检测具有高信息密度及需在非切割或破坏组件情况下的结构复杂且高净值的增材制造（3D 打印）产品。

在航空航天领域，CT可用于检测从较小到中等尺寸的组件，例如涡轮叶片，铝铸件和管焊件。借助CT，可以在不同产品周期的多个阶段进行定量分析，从而优化产品和制造工艺，并评估产品规格的合格性。 

X射线CT系统的三个主要组件是X射线源，旋转控制台和探测器。同时含有不同的CT系统配置：例如，使用平板探测器（DDA）或线阵探测器（LDA）。

对于LDA(线阵探测器)涉及的X射线散射现象，它与航空航天应用中扫描高密度材料的情况相关，不会影响扫描。但是，需要更长的扫描时间。

X射线源到探测器的距离和X射线源到扫描目标的距离决定了CT扫描的几何放大率以及3D CT部件模型的体素大小。NSI X射线系统产品家族中提供的可变X射线源到探测器距离的运用，对于航空航天应用中获得精确数据至关重要。

CT技术基于X射线的衰减原理。因此，部件的尺寸和厚度以及材料密度在其有效使用中起着根本性的作用。零部件越大，材料越致密，则需要更多的X射线能量来穿透。

CT扫描的输出是部件的3D模型，在此模型上可以执行非常精确的测量，而无需任何形式的接触，切割或破坏。CT还可以对材料进行检查并识别内部缺陷，例如空隙，裂缝等。在检测复合材料时，CT也可以用于分层识别。

下图示例显示了壁厚分析和涡轮机叶片上的多维特征测量。

图1（a）：带有剪切平面的叶片3D视图

图1（b）：尺寸特征和翼型轮廓的测量

图1（c）：壁厚分析

图1（a）表示叶片的3D模型，可以通过用户定义的剪切平面完全显示各个方向。图1（b）显示了如何测量内部特征以及检查翼型轮廓是否符合规格。在图1（c）中显示了壁厚分析的示例。

下面的图2是对管焊件进行孔隙度分析的示例。

图2：管焊件上的孔隙率分析示例

在这种情况下，色条表示不同的孔径，这在3D CT模型上也可见。

CT提供了在零部件3D模型中定位孔隙率并提供有关不同孔隙率体积信息的功能。可以检测到的孔隙或缺陷的大小取决于扫描分辨率，这也是零件尺寸，几何形状和材料的函数。诸如NSI Subpix此类的高级扫描技术可使工程师们获得更高的分辨率，从而在给定分辨率下获得更大的视野。

其他CT应用包括扫描/实际比较，其中记录了实际部件的体积模型并将其与扫描模型，通常是CAD模型进行比较，以及复合材料的纤维分析。

与传统的测量技术相比，CT具有广泛的优势，包括能够以非接触和非破坏的方式，通过高密度的信息对复杂和/或不可访问的试样特征进行组件测量。

在航空航天应用中，这是最基本的，因为零件的成本通常很高，不允许进行破坏性测试。CT还使工程师能够在进行高成本的加工之前快速评估零件的合格性。

例如，当测量涡轮机叶片CT的自由曲面时，可以在短于传统接触式CMM（坐标测量仪）的时间内提供高密度的点，并且作为一种非接触技术，在检查自由曲面时无需探针补偿。

使用CT时要考虑的基本因素包括可达到的几何放大率，这取决于零件的尺寸和几何形状，零件的材料和厚度。