工业CT森林球测量不确定度

实际应用中需要根据具体情况来选择标准器，基于不同材质森林球的球心距测量对评价工业 CT 测量不确定度标准器的选用及校准具有重大的工程实用价值。

森林球标准器材质分类 ：

1. 陶瓷球标准器

2.红宝石球标准器

3.钢球标准器

根据《基于森林球的工业 CT 测量不确定度评定与分析》文献实验结果表明：材质对球直径测量的扩展不确定度影响不显著；球心距测量的扩展不确定度随尺寸的增大而增大，其中非金属陶瓷球和红宝石球标准器的扩展不确定度均值相当，平均值约为 0. 003 5 mm，而钢球标准器则较之增大了 3. 4 倍，达到0. 012 2 mm；球心距测量存在明显的系统误差，标准器材质的影响不显著。

工业 CT 有着优良的三维成像和内部检测分析能力，在不破坏被检测物体结构的条件下，可以获取高质量的三维断层图像，从而清晰、准确、直观地展示被检测物体的内部结构、材料构成及缺损状况，与三坐标测量、光学测量、超声检测等方式相比，具有独特的检测能力和广阔的应用前景。森林球标准器能够进行工业CT 小测量范围内的尺寸测量误差校准。

基于工业 CT 能量段的 X 射线对原子序数6~20 的元素成像较好，结合 X 射线的质量衰减系数、材料的热膨胀系数和加工工艺成熟度，实验选用氮化硅陶瓷球（密度在 3. 1~3. 2 g/cm³）、红宝石球（密度在 3. 95~4. 05 g/cm³）和钢球（密 在 7. 8 g/cm³）作 为 测 试 对 象 ，球 直 径 均 为 5mm，圆度误差小于 0. 25 μm。选择衰减系数、热膨胀系数相对低的铝合金作为标准器底座，板厚度为 20 mm。选取 7 枚相同材质小球组成森林球，通过其空间尺寸来评定工业 CT 系统的测量不确定度。

森林球的排布与标定
每种森林球由 7 个不同位置高度的小球构建而成。通过铝合金圆棒支撑森林球，球和支撑棒的连接通过黏接剂固定。底 板 上 支 撑 杆 采 用 螺 纹 紧 固 ，通 过 高 度 为 10，20，30，40 mm 的支撑杆使森林球形成空间上的
错落和高度差，任选两个球心距都可作为校准长度。

将不同材质森林球的切片图像采用水平集进行分割，得到不同高度森林球的亚像素级点云，然后基于*小二乘球体拟合方式，分别完成陶瓷球、红宝石球和钢球的点云拟合并进行球心距尺寸测量。

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