Стержень для калибрования упрочнения и повышения качества поверхности: Стальной стержень для калибрования, 4 (четыре) буквы |

Значение слов — сборник словарей на Glosum.ru

Белорусский государственный университет транспорта — БелГУТ (БИИЖТ)

Анализ твердости | Struers.com

Калибровка отношения сигнала к толщине и попиксельная интерполяция для уменьшения артефактов усиления луча в микроКТ

События

Анонсы

Новости

КУДА ПОСТУПАТЬ

БелГУТ на Доске почета

Предложения

Видеотека

Фотогалерея

Как работают тесты на твердость?

ВЫБОР НАИЛУЧШЕГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

Четыре наиболее распространенных теста на твердость при вдавливании

КАК ОБЕСПЕЧИТЬ ТОЧНОСТЬ И ПОВТОРЯЕМОСТЬ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ТВЕРДОСТЬ

Требования к подготовке поверхности для определения твердости

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ТВЕРДОСТЬ

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВПЕЧАТКИ

ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ТВЕРДОСТЬ

ПОЛНЫЙ АССОРТИМЕНТ МАШИН ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ТЕСТИРОВАНИИ ТВЕРДОСТИ

Как поступить в БелГУТ

Как получить место

Как поступить иностранному гражданину

Определение твердости является ключевым элементом многих процедур контроля качества и научно-исследовательских работ.

Как выбрать метод испытания

Испытание на твердость по Роквеллу

Испытание на твердость по Виккерсу

Испытание на твердость по Кнупу

Испытание на твердость по Бринеллю

Факторы, влияющие на определение твердости

Деформации

Проблема

Хелле Михаэльсен

Биргитте Нильсен

Мария Линдегрен

Олафур Олафссон

Фарук Музафер

Мэтью Кодуэлл

Хольгер Шнарр

Ульрих Сетцер

Римский герундий

Кэролайн Муссу

Кристиан Вегерски

Марко Карузо

Генри Удомон

Келси Торболи

Брайан Джонс

Эллис Перри

Сюпин Цзян

Райан Яо

Киничи Исикава

Юя Хаякава

Кенни Лим

Содержание

Главная

Контакты

Добавить
слово

Возможно, запрашиваемая Вами страница была перенесена или удалена. Также возможно, Вы допустили
небольшую опечатку при вводе адреса – такое случается, поэтому еще раз внимательно проверьте.

Вы можете продолжить перейдя на главную страницу

Популярное за все время
Любовь
Родина
Обожать
Вертеп
Дружба
Мужик
Красота
Надежда
Искусство
Панталык
Стерва
Паскуда
Мир
Тварь
Дурак

за месяц
Член
Краля
Богатый
Урод
Бобыль
Халда
При
Справедливость
Привет
Жрать
Лукавый
Рдеть
Определение
Человек
Язык

за неделю
Пелена
Безалаберный
Жупел
Мазурик
Коллега
Нравственность
Ратовать
Волонтер
Информация
Богатырь
Неистовый
Друг
Организация
Кумир
Легенда

за день
Ублюдок
Оный
Юродивый
Яр
Дебелый
История
Гордость
Показать
Басурман
Тать
Романтик
Вовсе
Царь
Честь
Оказия

Важное

Политика
конфиденциальности

Пользовательское
Соглашение

Наши соц. сети

Телеграм канал

Телеграм бот

в общежитии БелГУТа

Все события

Все анонсы

2023 год объявлен Годом мира и созидания. ..
Поздравление Президента Республики Беларусь…
Поздравление с Новым годом Председателя Совета Рес…
С Новым годом и Рождеством!
Студсовет поздравляет с Новым Годом!…
Выпуск магистров заочной формы обучения…
2-й этап репетиционного тестирования…
V Международная научно-практическая конференция «Н…
IX Международная научно-техническая конференция ма…
Смотр-конкурс на лучшее праздничное Новогоднее и Р…

Университет

Абитуриентам

Студентам

Конференции

Приглашения

2023 год объявлен Годом мира и созидания…

Поздравление Президента Республики Беларусь…

Поздравление с Новым годом Председателя Совета Рес…

С Новым годом и Рождеством!

Университет

Международные связи

Спорт

Воспитательная работа

Жизнь студентов

Новости подразделений

Университет

Победители конкурса к 160-летию Белорусской железной дороги. ..
03 января 2023

Университет

Конкурс стартап-проектов по альтернативной энергетике 2022…
03 января 2023

Воспитательная работа

Диалоговая площадка «100 лет со Дня образования СССР: история, создани…
03 января 2023

Студенческая жизнь

Время подвести итоги года…
30 декабря 2022

Университет

Итоги смотра-конкурса на лучшее праздничное оформление помещений струк…
30 декабря 2022

Университет

С наступающим! Творчество наших сотрудников…
30 декабря 2022

Университет

Участие в олимпиаде по бухгалтерскому учету с творческим уклоном. ..
30 декабря 2022

Университет

Новый номер газеты «Вести БелГУТа»
30 декабря 2022

Университет

GR Studio поздравляет с Новым годом
30 декабря 2022

Другие новости

Итоги олимпиады на знание экономики студентами технических специальнос…
Проект «Молодежная смена 2022»
Студенты поздравляют с Новым годом и Рождеством!…
Республиканский новогодний бал — просто волшебный…
Ко Дню рождения Потапенко Василия Даниловича…
Защита магистерских диссертаций на кафедре «Таможенное дело»…
Статистика бывает увлекательной
Василию Даниловичу Потапенко 99 лет
Итоги конкурса рисунков ко Дню освобождения Гомеля…
Читательская конференция «Феноменология транспорта в поэме Н. В. Гогол…
Восьмая вузовская олимпиада «Звездочки не только на погонах»…

Все факультеты

Достижения университета

Все предложения

Все видео

Все фото

Struers — Обеспечение уверенности

/
Знания
/
Испытание на твердость

Согласие с файлами cookie

Файлы cookie используются в статистических целях и для улучшения сайта. Файлы cookie будут использоваться после того, как вы нажмете «ОК» или если вы продолжите использовать www.struers.com.

Принять
Подробнее

Что такое испытание на твердость? Как выбрать наилучший метод определения твердости? Какое приложение лучше всего подходит для измерения твердости? А как можно делать выводы испытаний на твердость? Следующие страницы отвечают на эти и другие вопросы.

Чтобы ознакомиться с ассортиментом машин и принадлежностей для определения твердости, посетите нашу страницу с оборудованием для измерения твердости.

См. наши указания по применению для определения твердости

См. наш плакат о переходе на твердость

О
Как
Исправление проблем
Контакт

Применение испытаний на твердость позволяет вам оценить свойства материала, такие как прочность, пластичность и износостойкость, и, таким образом, помочь вам определить, подходит ли материал или обработка материала для требуемой цели.

Испытание на твердость определяется как «испытание для определения стойкости материала к остаточной деформации при проникновении в другой более твердый материал». Однако твердость не является фундаментальным свойством материала. Поэтому, делая выводы по тесту на твердость, всегда следует оценивать количественное значение в отношении:

Приведенная нагрузка на индентор
Определенный профиль времени загрузки и определенная продолжительность загрузки
Особая геометрия индентора

Испытание на твердость обычно выполняется путем вдавливания нагруженного предмета (индентора) определенного размера в поверхность тестируемого материала. Твердость определяется путем измерения глубины проникновения индентора или измерения размера отпечатка, оставленного индентором.

Испытания на твердость, которые измеряют глубину проникновения индентора, включают: испытание по Роквеллу, инструментальное испытание на вдавливание и твердость на вдавливание шариком
Испытания на твердость, которые измеряют размер отпечатка, оставленного индентором, включают: Виккерса, Кнупа и Бринелля

Выбранный вами тест на твердость должен определяться микроструктурой, т. е. однородность – тестируемого материала, а также тип материала, размер детали и ее состояние.

Во всех испытаниях на твердость материал под отпечатком должен отражать всю микроструктуру (если только вы не пытаетесь определить различные компоненты микроструктуры). Поэтому, если микроструктура очень грубая и неоднородная, вам нужен больший оттиск, чем для однородного материала.

Существует четыре основных теста на твердость, каждый из которых имеет свои преимущества и требования. Для этих тестов существуют разные стандарты, в которых подробно объясняются процедуры и применение теста на твердость.

При выборе метода определения твердости важно учитывать следующее:

Тип материала, подлежащего испытанию на твердость
Требуется ли соответствие стандарту
Примерная твердость материала
Однородность/неоднородность материала
Размер детали
Необходим ли монтаж
Количество образцов для испытаний
Требуемая точность результата

По Роквеллу — это быстрый метод определения твердости, разработанный для производственного контроля, с прямым считыванием, в основном используемый для металлических материалов. Твердость по Роквеллу (HR) рассчитывается путем измерения глубины отпечатка после того, как индентор был вдавлен в материал образца при заданной нагрузке.

Обычно используется для образцов более крупной геометрии
«Быстрый тест», используемый в основном для металлических материалов
Может использоваться для расширенных испытаний, таких как испытание Джомини (концевая закалка) (HRC)

Узнайте больше о тесте на твердость по Роквеллу

Испытание на твердость по Виккерсу для всех твердых материалов, включая металлические материалы. Твердость по Виккерсу (HV) рассчитывается путем измерения длины диагонали отпечатка в материале образца, оставленного индентором с алмазной пирамидой при заданной нагрузке. Диагонали отпечатка измеряются оптически, чтобы определить твердость, используя таблицу или формулу.

Используется для определения твердости всех твердых материалов, включая металлические материалы
Подходит для широкого спектра применений
Включает подгруппу испытаний сварных швов на твердость

Узнайте больше о тесте на твердость по Виккерсу

Испытание по Кнупу (HK) является альтернативой испытанию по Виккерсу в области измерения микротвердости. Он в основном используется для преодоления трещин в хрупких материалах, а также для облегчения проверки твердости тонких слоев. Индентор представляет собой асимметричный пирамидальный алмаз, а отпечаток измеряется оптическим измерением длинной диагонали.

Используется для твердых и хрупких материалов, таких как керамика
Подходит для небольших вытянутых поверхностей, таких как покрытия

Подробнее о тесте твердости по Кнупу

Испытание на твердость по Бринеллю используется для испытания на твердость больших образцов материалов с крупнозернистой или неоднородной структурой зерна. Вдавливание при испытании на твердость по Бринеллю (HBW) оставляет относительно большой отпечаток с использованием шарика из карбида вольфрама. Размер отступа читается оптически.

Используется для материалов с крупнозернистой или неоднородной структурой
Используется для больших образцов
Подходит для поковок и литья с большими структурными элементами

Узнайте больше о тесте на твердость по Бринеллю

Правильное применение определения твердости требует тщательной подготовки и выполнения. Однако, как только у вас есть основы, большинство тестов на твердость обеспечивают хорошую точность и воспроизводимость.

На результаты испытаний на твердость влияет ряд факторов. Как правило, чем меньшую нагрузку вы используете при испытании на твердость, тем больше факторов необходимо контролировать, чтобы обеспечить точное заключение испытания на твердость.

Вот несколько наиболее важных факторов, которые необходимо учитывать, чтобы обеспечить точное заключение по результатам испытания на твердость.

Необходимо контролировать внешние факторы, такие как свет, грязь, вибрации, температура и влажность
Тестер и столик должны быть закреплены на твердом горизонтальном столе, а образец должен быть зажат или удерживаться в держателе или наковальне
Индентор должен быть перпендикулярен тестируемой поверхности
Настройки освещения должны быть постоянными во время теста при использовании Виккерса, Кнупа или Бринелля
Тестер следует повторно калибровать/поверять каждый раз, когда вы меняете индентор или линзу объектива

Перед испытанием на твердость металлических материалов или других материалов необходимо подготовить поверхность. Требуемое состояние поверхности зависит от типа испытания и используемой нагрузки. Как правило, качество подготовки поверхности оказывает прямое влияние на результат теста на твердость, поэтому вам следует рассмотреть компромисс между качеством поверхности и разбросом результатов теста, прежде чем принимать решение о менее качественной подготовке поверхности.

Определение макротвердости

Обычно достаточно отшлифованной поверхности, иногда подготовка не требуется.

Измерение микротвердости
Из-за меньших нагрузок, используемых при измерении твердости, для определения микротвердости требуется полированная или электрополированная поверхность. Важно, чтобы границы/углы оптически оцениваемого оттиска были хорошо видны. Это может быть выполнено механическим, химическим или электрохимическим способом. Важно, чтобы нагрев или холодная обработка не изменили свойства поверхности образца.

Резка и шлифовка могут привести к деформации. Их необходимо удалить путем полировки до 6,0, 3,0 или 1,0 мкм, в зависимости от испытательной нагрузки на твердость.

При небольших нагрузках (менее 300 гс1) поверхность должна быть полностью бездеформационной, а образцы требуют оксидной или электролитической полировки для получения полностью неповрежденной поверхности. Также следует учитывать, что мягкие и/или пластичные материалы (т.е. для HV менее 120-150) более чувствительны к введению артефактов препарирования.

В таблице ниже приведены требования к подготовке поверхности для различных испытаний на твердость.

Официально нагрузки для испытания на твердость выражаются в ньютонах (Н). Однако исторически нагрузки выражались в килограммах-силах (кгс), граммах-силах (гс) или весах (p). Соотношение между кгс, кп и Н составляет: 1,0 кгс = 1000 гс = 1,0 кп = 9,81 Н.

Термин «испытание на микротвердость» обычно используется, когда нагрузки на вдавливание меньше или равны 1 кгс
Термин «испытание на макротвердость» используется, когда нагрузки превышают 1 кгс

Если стандарты позволяют, используйте максимально возможную нагрузку/силу для наибольшего отступа, чтобы обеспечить наиболее точные результаты.

Нагрузки, используемые каждым из четырех методов определения твердости металлических материалов*, соответствуют различным стандартам ISO и ASTM.

Во время испытания на твердость вмятина деформирует окружающий материал и изменит его свойства. Во избежание неправильного толкования воспринимаемой твердости стандарты предписывают определенное расстояние между несколькими углублениями.

Примеры расположения отпечатков при определении твердости по Виккерсу для металлических материалов

Для стали, меди и медных сплавов: расстояние между отпечатками должно быть не менее трех ширин по диагонали
Для свинца, цинка, алюминия и олова: расстояние между зубцами должно быть не менее шести диагоналей

При подготовке к испытанию на твердость могут возникнуть трудности с получением плоскопараллельных поверхностей. Кроме того, индентор должен располагаться перпендикулярно тестируемой поверхности. Для теста на твердость по Виккерсу измеренные диагонали не должны отклоняться друг от друга более чем на 5,0%. Для теста на твердость по Кнупу две половины длинных диагоналей не должны отличаться друг от друга более чем на 10,0%.

Решение:

Если отклонение не связано с анизотропией материала, лучшим решением будет использование приспособления для удержания образца таким образом, чтобы индентор проникал в поверхность перпендикулярно. Если приспособление отсутствует, убедитесь, что механическая подготовка образца дает плоскопараллельные торцевые поверхности.

Если поверхность образца слишком шероховатая, может быть трудно оценить углы отпечатка, особенно при использовании автоматического оборудования. Царапины от препарирования могут привести к неправильному считыванию размера отпечатка при использовании автоматического определения твердости.

Решение

Используйте полированную поверхность. Требования к подготовке поверхности зависят от приложенной нагрузки и твердости материала: чем мягче материал, тем лучше требуется полировка. См. требования к подготовке в разделе «Как проводить испытание на твердость» и найдите подходящий метод подготовки для материала в e-metalog.

Если образец не очищен должным образом после механической подготовки и вы выполняете оптическое считывание теста на твердость, автоматическое считывание может привести к неправильной интерпретации углов отпечатка.

Раствор

Всегда проверяйте, чтобы образцы были должным образом очищены перед выполнением теста на твердость, в противном случае загрязнения от полировальной ткани (например, грязь или волокна) могут усложнить измерение.

Для сильно протравленного образца может быть трудно оценить углы отпечатка, что может привести к менее точным выводам теста на твердость.

Раствор

По возможности следует избегать травления, так как оно приводит к снижению отражающей способности поверхности. Если необходимо травление, предпочтительнее легкое травление, чтобы можно было выделить углы отпечатка. Иногда может потребоваться травление, например, при оценке сварного шва.

Твердость выше ожидаемой.

Решение

Проверьте правила относительно правильного расстояния между зубцами для предполагаемого испытания на твердость. Если углубления твердости расположены слишком близко друг к другу, может появиться деформационное упрочнение.

Определение твердости является ключевым в большинстве процедур контроля качества. Вот почему мы предлагаем полный спектр оборудования и принадлежностей для измерения твердости для любых нужд, от небольших лабораторных приложений до тяжелых испытаний на твердость в производстве.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом оборудования для измерения твердости, чтобы убедиться, что ваше оборудование соответствует поставленной задаче.

Посмотрите наше оборудование для измерения твердости

Если вы хотите узнать больше о методах определения твердости металлических и других материалов, включая полное определение определения твердости, различные области применения испытаний на твердость и способы подготовки к испытаниям на твердость, загрузите нашу Ресурсы.

См. наши указания по применению для определения твердости

См. наш плакат о переходе на твердость

Global Business Solution & Application Manager
Struers Aps.
Баллеруп, Дания

Контакт

Металлограф,
Специалист по применению
Struers Aps.
Баллеруп, Дания

Контакт

Кандидат наук. в области обработки металлов давлением,
Специалист по применению
Struers Aps.
Баллеруп, Дания

Контакт

Кандидат технических наук, инженер-механик,
Специалист по применению
Struers Aps.
Баллеруп, Дания

Контакт

Специалист по применению
Struers ApS
Ballerup, Дания

Контакт

Заведующий лабораторией
Struers Ltd.
Ротерхэм, Великобритания

Контакт

Степень доктора технических наук и степень инженера в области материаловедения,
Специалист по применению
Struers GmbH
Виллих, Германия

Контакт

Инженер-материаловед, степень технического ассистента по металлографии и материаловедению,
Специалист по применению
Struers GmbH
Виллих, Германия

Контакт

Степень технического ассистента по металлографии и материаловедению,
Специалист по применению
Struers GmbH
Willich, Германия

Контакт

Руководитель лаборатории
Struers SAS
Шампиньи-сюр-Марн, Франция

Контакт

Специалист по применению
Struers GmbH
Willich, Германия

Контакт

Металлограф,
Специалист по применению
Struers S. A.S.
Арезе, Италия

Контакт

Менеджер приложений
Struers Inc.
Кливленд, Огайо, США

Контакт

Инженер по применению
Struers Inc.
Кливленд, Огайо, США

Контакт

Инженер по применению
Struers Inc.
Кливленд, Огайо, США

Контакт

Инженер по применению
Struers Inc.
Кливленд, Огайо, США

Контакт

к.т.н., магистр наук. в области материаловедения и инженерии,
Менеджер по применению и лаборатории
Struers Ltd.
Шанхай, Китай

Контакт

Специалист по применению
Struers Ltd
Шанхай, Китай

Контакт

г-жа К. в области промышленных наук,
Специалист по применению
Struers K. K.
Токио, Япония

Контакт

Магистр наук в области материаловедения и инженерии,
Специалист по применению
Struers K.K
Токио, Япония

Контакт

Специалист по применению
Struers Singapore
Сингапур, Сингапур

Контакт

5
Дата :
2023-01-05

Реконструкция рентгеновской компьютерной томографии (КТ) страдает от артефактов усиления луча, вызванных полихроматичностью практически всех лабораторных рентгеновских снимков источники. Метод коррекции усиления луча представляет собой прямую попиксельную калибровку отношения сигнала к толщине (STC). Мы сравниваем реконструкции измерений различных образцов с традиционной коррекцией плоского поля, а также предварительно обработанных STC, выполненных на коммерческом устройстве microCT на основе плоскопанельного детектора. Мы показываем, что хорошая оценка между сигналом передачи и соответствующей толщиной материала может быть получена с помощью нескольких экспоненциальных функций. Далее мы сравниваем подход экспоненциальной интерполяции с гиперболической моделью, которая значительно сокращает количество необходимых калибровочных измерений. Наш метод показывает, что типичные артефакты лучевого упрочнения, такие как чашеобразная форма и заполнение, могут быть почти полностью подавлены, и достигается значительное увеличение контраста. Этот метод может применяться с небольшими дополнительными затратами на калибровку и вычисления и позволяет сократить время сбора данных, поскольку фильтрация луча может быть уменьшена или исключена.

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) — бесценный метод трехмерной визуализации, имеющий бесчисленное множество применений в биологических, медицинских исследованиях и исследованиях материалов, и широко используется в клинической практике для диагностики, а также в промышленных приложениях для неразрушающего контроля. В своей базовой форме он обеспечивает трехмерное распределение коэффициента затухания μ образца. Ослабление рентгеновских лучей однородным материалом длиной х описывается известным законом Ламберта-Бера:

, где I ₀ ( E ) — интенсивность падающего луча при энергии E и зависящий от энергии линейный коэффициент затухания материала. Путем измерения ослабленного сигнала I ( x , E ) в виде двухмерных рентгеновских проекционных рентгенограмм под разными углами вокруг образца и соответствующего I ₀ на изображении с плоским полем трехмерное распределение коэффициентов затухания можно рассчитать с помощью алгоритмов томографической реконструкции ( напр. , фильтрованная обратная проекция, FBP). Большую трудность в практической реализации КТ-систем вносит полихроматичность обычных лабораторных источников рентгеновского излучения. Соотношение между пропускаемой толщиной и измеренной интенсивностью значительно отклоняется от закона Ламберта-Бера, поскольку затухание в полихроматическом случае описывается как луч проходит через материал, что называется лучевой закалкой. Следовательно, области по краям измеряемого образца кажутся более затухающими, чем внутренняя часть, поскольку последняя проходит с более жестким рентгеновским спектром. В реконструированном 3D-объеме лучевое упрочнение проявляется в искусственном радиальном уменьшении значений серого от периферии измеряемого объекта к его центру [1]. Кроме того, можно наблюдать темные или светлые полосы между объектами с высоким коэффициентом ослабления, такими как кость, и вокруг них [2].

Чтобы устранить этот недостаток, рентгеновский луч часто фильтруется металлическими листами, чтобы избавиться от мягкой фракции луча [3,4]. Поскольку поток фотонов, в том числе и для высокоэнергетического рентгеновского излучения, при фильтрации значительно снижается, растущий уровень шума является невыгодным. Чтобы получить сравнимую фотонную статистику, можно увеличить время сканирования или интенсивность луча. Однако последнее обычно приводит к увеличению размера фокального пятна и, следовательно, к снижению пространственного разрешения [5].

Кроме того, перед реконструкцией можно применить несколько методов постобработки для коррекции артефактов затвердевания пучком. Обычно сумма полихроматических лучей отображается в ее монохроматический эквивалент, предполагая некоторую модель линеаризации [6]. Определение подходящих коэффициентов для функции линеаризации не является простым, поскольку оно сильно зависит от параметров используемой рентгеновской трубки, фильтрации, состава и толщины сканируемого материала, а также типа детектора и отклика пикселя. Наиболее распространенной моделью является некоторая полиномиальная правильная функция степени 2 или 3 для слабопоглощающих образцов [6] и степеней до 8 и выше для сильнопоглощающих образцов [7]. В настоящее время коммерческие компьютерные томографы снабжены проприетарным программным обеспечением для реконструкции, которое часто предлагает такую реализацию полиномиальной коррекции. Однако, как правило, он плохо документирован и скорее предназначен для обеспечения быстрой ad hoc , регулируя один пользовательский параметр методом проб и ошибок и оценивая результат подавления жесткости луча на глаз.

Более подходящие полиномиальные коэффициенты могут быть получены из используемого рентгеновского спектра [8,9], а также из экспериментальных калибровок [10,11] или виртуальных калибровок, которые обычно включают сегментацию исходной реконструкции [12–15]. Кроме того, для определения коэффициентов можно использовать итеративный подход путем минимизации определяемых пользователем артефактов [16]. Основными недостатками, с одной стороны, являются длительные эталонные измерения обычно одного материала с такими же характеристиками затухания, как у сканируемого образца, и требуемые априорная информация о спектре. С другой стороны, основанные на сегментации и итерационные методы обычно требуют больших усилий по реализации и требуют больших вычислительных затрат. Более того, поскольку было показано, что лучевое упрочнение также влияет на размерные измерения, оно может усложнить или даже исключить точную сегментацию исходной реконструкции, затронутой лучевым упрочнением [17–19].

Процедура экспериментальной калибровки, альтернативная отображению суммы монохроматических лучей, представляет собой прямую интерполяцию сигнала передачи в зависимости от толщины материала, которая называется калибровкой отношения сигнала к эквивалентной толщине (STC) [20]. . Этот метод был продемонстрирован для подсчета фотонов и плоскопанельных детекторов с использованием функций локальной экспоненциальной и линейной интерполяции [20,21].

В этой работе мы предлагаем функцию гиперболической интерполяции, которая соответствует характеристике сигнала передачи в широком диапазоне толщин. В частности, он значительно уменьшает необходимое количество калиброванных толщин и упрощает процедуру обработки по сравнению с локальными интерполяциями на основе экспоненциальных функций. Кроме того, мы применяем этот метод к коммерческому микроКТ, оснащенному плоскопанельным детектором, и показываем, что метод попиксельной калибровки STC может быть легко реализован с большим преимуществом, даже когда материалы образца отклоняются от материала эталонного калибратора.

Несмотря на несовершенства, возникающие из-за потенциального расхождения материалов калибровки и образцов, основным недостатком коррекции жесткости луча на основе STC является требующее много времени эталонное измерение, которое необходимо повторять для каждой уникальной конфигурации сканирования (рентгеновская трубка материал, тип детектора, энергия, время экспозиции и т. д.). Количество измеренных точек калибровки сильно зависит от модели интерполяции, используемой в процедуре STC. В случае полиномиальных функций высокие степени необходимы для правильной коррекции сильно поглощающих образцов, таких как алюминий или сталь [7]. Подгонка таких полиномиальных функций высокой степени к фактическим данным передачи затруднена, поскольку интерполяция имеет тенденцию колебаться между измеренными точками, особенно на краях интервала (феномен Рунгеса), и сильно приближается к положительной или отрицательной бесконечности после последней точки интерполяции. Следовательно, подгонка полиномов высокой степени полезна и надежна только тогда, когда выполняется много измерений пропускания всего диапазона толщин фактического КТ-скана. Альтернативная модель интерполяции, которая позволяет избежать проблем полиномиального подхода высокой степени, предполагает, что в каждой точке калибровки функция преобразования сигнала в толщину может быть аппроксимирована локальной экспоненциальной интерполяцией (LEI) со смещением [20]:

с постоянными параметрами и . На рис. 1 показаны кусочные подгонки таких экспонент к трем соседним точкам соответственно для калибровочного измерения алюминиевого сплава (AlMg3). Эту модель можно дополнительно расширить, применив логарифм к данным до интерполяции [21]. Преимущество линеаризации состоит в том, что локальные экспоненциальные функции могут быть заменены линейными интерполяциями, которые используют меньше констант и которые также легче реализовать. Однако, поскольку кусочная аппроксимация по своей сути требует большего количества калибровочных точек по сравнению с одной функцией интерполяции, а также требует больших вычислительных усилий, мы обнаружили, что гиперболическая функция вида

описывает реакцию сигнал-толщина в широком диапазоне толщин. В этой полуэмпирической модели три параметра , и не имеют фундаментального физического смысла, но могут быть легко определены из значительно уменьшенного числа измерений передачи. Эта интерполяция будет называться глобальной гиперболической интерполяцией (GHI), поскольку в отличие от метода LEI она охватывает весь диапазон толщин с помощью одной подгоночной функции. Примеры подгонки, основанные на методе GHI, показаны на рис. 2 для нескольких материалов и энергий, чтобы продемонстрировать эффективность интерполяции для различных форм кривых. Здесь для интерполяции использовались только четыре точки калибровки, обозначенные закрашенными маркерами.

Рис. 1: Калибровка отношения сигнала к толщине (STC) на основе локальной экспоненциальной интерполяции (LEI) для случайного пикселя плоскопанельного детектора. Цветные соединительные линии соответствуют кусочной подгонке трех соседних калибровочных точек соответственно.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение

Рис. 2: Калибровка отношения сигнала к толщине (STC) на основе глобальной гиперболической интерполяции (GHI) для нескольких материалов и случайного пикселя плоскопанельного детектора. Обратите внимание, что для подгонки использовались только точки калибровки, отмеченные закрашенными маркерами.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение

Сравнение GHI и LEI с измеренными точками данных показано на рис. 3 для различных материалов. Измерения очень хорошо покрываются кусочной интерполяцией, тогда как колебания невязки GHI вокруг нуля видны. Это говорит о том, что ограничения модели GHI возникают из-за калибровочных кривых с очень крутым спадом сигнала при малых толщинах и очень пологим спадом при больших толщинах, поскольку модель не способна точно охватывать обе функции одновременно. Этих случаев можно избежать, настроив параметры измерения (более высокое напряжение на трубке или/и фильтрация луча) в соответствии с соответствующими свойствами образца. Еще одна проблема модели GHI, которую можно обнаружить в данных по стали (рис. 2), — это возможная экстраполяция значений пропускания ниже нуля, что физически необоснованно. Однако такие экстраполированные толщины не используются для реконструкции, поскольку измеренные значения пропускания всегда положительны.

Рис. 3: Невязка (разностная модель — точки измерения) глобальной гиперболической (GHI, сплошные линии) и локальной экспоненциальной (LEI, пунктирные линии) функций интерполяции для данных на рис. 2.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение

Для оценки практической осуществимости метода GHI для коррекции лучевого упрочнения были выполнены калибровочные измерения отношения сигнала к толщине на устройстве GE phoenix v∣ tome∣ x s 240 microCT с использованием листов алюминиево-магниевого сплава с магниевой содержание примерно 2–4% (далее обозначаемый как AlMg3). Толщина калибратора составляла 0, 0,30, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 3,9., 4,9, 5,9, 7,9, 9,8, 12,8 и 15,3 мм. Для каждой толщины алюминия калибровочное изображение было получено путем усреднения 30 проекций, полученных при напряжении трубки 70 кВп, токе трубки и времени экспозиции 1 с соответственно. Дополнительная лучевая фильтрация не применялась. Для сравнения моделей LEI и GHI оба метода применялись к одним и тем же калибровочным данным. Для метода LEI калибровочные кривые были получены путем локальной подгонки трех соседних точек в соответствии с уравнением. (3) соответственно (см. рис. 1). Для метода GHI только четыре точки 0, 2,0, 5,9и алюминий толщиной 15,3 мм использовались для глобальной подгонки в соответствии с уравнением. (4) (см. рис. 2). Из-за индивидуальной эффективности обнаружения пикселей плоскопанельного детектора калибровочные кривые для обеих моделей интерполяции были получены попиксельно. Для каждого отдельного пикселя фактическая толщина калибратора была скорректирована в соответствии с немного увеличенной эффективной толщиной, пересекаемой коническим лучом. Было рассмотрено несколько образцов с разной степенью отклонения состава материала от калибратора. Сначала исследовали фантом, состоящий из одного заполненного (алюминиево-медный сплав) и двух полых (алюминиево-магниевый сплав) стержней. Кроме того, были исследованы алюминиевый электролитический конденсатор с пластиковым покрытием, бетонный керн и образец кости. В соответствии с рекомендациями, приведенными в [22], образец кости помещали в пластиковый сосуд и погружали в жидкую среду (этанол). Параметры сканирования для различных образцов были идентичны параметрам калибровочного измерения, а максимальные толщины образцов находились в пределах калиброванного диапазона толщин от 0 до 15,3 мм. Реконструкции FBP выполнялись либо по 1001 (алюминиевый фантом, конденсатор, керн), либо по 1201 (образец кости) проекциям после обычной однократной коррекции плоского поля (FFC), а также после калибровки отношения сигнала к толщине с использованием LEI и GHI. модели соответственно. Для всех образцов в качестве калибровочного материала использовался сплав AlMg3.

Результаты для алюминиевого фантома представлены на рис. 4(а)–(в) в виде нормированных сечений реконструированных объемов. Графики вдоль цветных линий на рис. 4(а)–(в) показаны на рис. 4(d) и (e) для полых и заполненных цилиндров соответственно. Для линейных графиков было взято среднее значение по нескольким сечениям, чтобы подавить влияние шума. Данные FFC явно страдают от сильных артефактов упрочнения пучка. С одной стороны наблюдается купирование во всех трех цилиндрах. С другой стороны, светлые полосы соединяют внешние части трех цилиндров, что хорошо видно на графике на рис. 4(е). Другим типичным последствием упрочнения пучком является искусственное заполнение пустых областей, окруженных материалом. Это можно наблюдать в центральных областях полых цилиндров, которые рассчитаны на значения чуть выше нуля. Подобные артефакты лучевого упрочнения можно наблюдать и в других трех образцах, изображенных на рис. 5–7. Здесь наиболее ярко выраженным артефактом, влияющим на качество изображения, является купирование, которое идет рука об руку со значительным снижением контрастности.

Рис. 4: Фантом, состоящий из трех алюминиевых цилиндров, реконструированный с помощью обычной коррекции плоского поля (a), данных, откалиброванных по отношению сигнала к толщине, с использованием локальной экспоненциальной интерполяции (LEI) (b) и глобальной гиперболической интерполяции ( GHI) (c) приближения и графики для полых (d) и заполненных (e) цилиндров. Калиброванные реконструкции устраняют артефакты в виде впадин, полос и наполнения и, следовательно, позволяют различать два разных алюминиевых сплава в фантоме.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение

Рис. 5: Образец бетона, реконструированный с помощью обычной коррекции плоского поля (а), калиброванные данные отношения сигнала к толщине с использованием подходов LEI (b) и GHI (c) и соответствующих линейных графиков (d). Подавление коробления приводит к значительному усилению контраста между бетонными смесями.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение

Рис. 6: Алюминиевый электролитический конденсатор, реконструированный (а) традиционным способом (FFC) и с использованием калибровки отношения сигнала к толщине с использованием подходов LEI (b) и GHI (c). Спиральные электроды, подключенные к обоим контактам, хорошо различимы. Линейные графики (d) реконструированных данных STC показывают, что даже чередующиеся анодный и катодный электроды различимы из-за немного разной чистоты алюминия, обычно используемого для электродов.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение

Рис. 7: Образец трабекулярной кости, реконструированный с помощью обычной коррекции плоского поля (а), калиброванные данные отношения сигнала к толщине с использованием подходов LEI (b) и GHI (c) и соответствующих линейных графиков (d). Достигается значительное усиление контраста, несмотря на то, что образец кости окружен материалами, характеристики ослабления рентгеновского излучения которых существенно отличаются от калибровочного материала.

Скачать рисунок:

Стандартное изображение

Однако в реконструкциях LEI и GHI во всех исследованных образцах практически полностью устранены дефекты чашеобразной формы, а также штриховатости и наполнения. Кроме того, можно наблюдать значительное усиление контраста. Таким образом, обеспечивается разделение двух разных алюминиевых сплавов в фантоме цилиндра по шкале серого, а также двух электродов спирального конденсатора, что практически невозможно при стандартной реконструкции FFC. Хотя реконструкция GHI была выполнена с использованием значительно меньшего количества калибровочных измерений, она очень похожа на реконструкцию LEI. Последний даже показывает некоторые небольшие различия в оттенках серого по цилиндрам в фантоме, где реконструкция GHI более однородна. Небольшая чрезмерная коррекция заполненного цилиндра в данных GHI, вероятно, связана с завышенной толщиной, поскольку алюминиево-медный сплав оказывает большее затухание, чем AlMg3, использованный для калибровки. Напротив, реконструкция LEI показывает небольшое колебание оттенка серого на линейном графике на рис. 4(е). Аналогичный эффект можно наблюдать в результате для образца бурового керна. Здесь калибровка LEI вводит слабое кольцо на внешней части образца. Это связано с тем, что калибровка LEI осуществляется с помощью кусочных подгонок, которые могут иметь неплавные переходы друг в друга, особенно при недостаточном количестве калибровочных точек. Напротив, метод GHI дает единую гладкую калибровочную кривую. Наши результаты калибровки показывают, что калибратор и материал образца не обязательно должны быть одним и тем же. Основное требование – это сходство их характеристик ослабления рентгеновского излучения. Кроме того, образец также может состоять из нескольких материалов, если их затухание не слишком сильно различается. Таким образом, несмотря на разнообразный состав бетона в образце керна, достигается значительное улучшение качества изображения. Также для образца трабекулярной кости калибровка дает коррекцию чашеобразной формы и усиление контраста, хотя кость, эквивалентная алюминию, окружена этанолом и пластиковым сосудом.

В рентгеновской визуализации калибровка отношения сигнала к толщине представляет собой метод линеаризации экспериментальных данных. В этой работе мы представили влияние такой калибровки на качество изображения в компьютерной томографии с использованием устройства микроКТ на основе плоскопанельного детектора. Наши результаты показывают, что артефакты усиления луча, такие как полосы, впадины и заполнение, могут быть эффективно устранены с помощью попиксельной калибровки.