GIỚI THIỆU VỀ MÁY QUÉT CT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG
BỘ MƠN CNĐT & KTYS
*************

BÀI DỊCH CƠNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I:
CHỦ ĐỀ : GIỚI THIỆU VỀ MÁY QUÉT CT
(Tài liệu dịch : Introduction CT)

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Thái Hà
Họ và tên sinh viên :

Lê Ngọc Quyết

MSSV

:

20133204

Lớp

:

KT – ĐTTT 05 K58

Hà Nội, Tháng 1- 2017


MỤC LỤC
LỜI TỰA ĐẦU

1

Chương 1 : Giới thiệu

3

1.1 Tình trạng kỹ thuật chung

3

1.2 Cấu trúc bản báo cáo

5

Chương 2 : Kiểm tra không cần phá hủy

6

2.1 Kiểm tra bằng từ tính

6

2.2 Kiểm tra bằng dịng xốy

7

2.3 Kiểm tra bằng sóng siêu âm

9

2.4 Kiểm tra không cần phá hủy bằng quang học

11

2.4.1 Giao thoa 3 chiều

11

2.4.2 Mơ hình giao thoa đốm điện tử

12

Chương 3 : Giới thiệu về công nghệ CT

15

3.1 Nguyên tắc hoạt động

15

3.2 CT trong y tế

19

3.3 Phân loại CT

24

3.4 Ứng dụng CT

25

3.5 Ưu điểm và nhược điểm

28

LỜI CẢM ƠN

30


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CAD : Computer-aided design- Thiết kế với sự hỗ trợ vi tính
CCD : Charged Couple Display- Bộ hiển thị ghép điện tích
CMM : Coordinates Measuring Machine – Máy đo tọa độ
CT : Computer Tomography – Máy chụp cắt lớp vi tính
IAR : Iterative Artifact Reduction- Giảm thiểu các đối tượng lặp lại
LBSA : Length Based Scattering Approximation- Phép tính sai số căn cứ vào thời gian tự
LINAC : LINear Accelerators – Máy gia tốc tuyến tính
NTD: Non-destructive testing – Kiểm tra không cần phá hủy
QE : Quantum Efficiency – Hiệu suất lượng từ
DQE : Detective Quantum Efficiency- Thám tử lượng tử hiệu quả
SNR : Signal-to-Noise Ratio- Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
STL : Standard Tamplate Library- Bộ thư viện chuẩn


DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hính 1.1 : Một bức ảnh về Wilhelm Conrad Röntgen (27/3/1845 – 10/2/1923) trái và
Godfrey Newbold Hounsfield (28/8/1919 – 12/8- 2004 ) phải.

Hình 1.2 : Thế hệ CT nguyên mẫu đầu tiên phát triển bởi Hounsfield [5]
Hình 2.1 : Nguyên tắc kiểm tra bằng từ tính[6]
Hình 2.2 : Ngun tắc của dịng xốy. Cuộn dây cuốn với lõi đơn(trái), 2 cuộn dây đơn
nối chung 1 dây với nhau [6]
Hình 2.3 : Hình ảnh đen trắng của một vết nứ trên cái đĩa bằng thép không gỉ sử dùng
phương pháp dịng xốy [7]
Hình 2.4 : Ví dụ về phát hiện sai sót thơng qua kiểm tra siêu âm, sử dụng đầu dị bình
thường (trái) và một đầu dị góc để phát hiện các khiếm khuyết với một góc đối với các
bề mặt kiểm tra (bên phải) với [6]
Hình 2.5 : Nguyên tắc của giao thoa quang học [10]
Hình 2.6 : Cặp vân giao thoa tiếp xúc 3 chiều của một tấm kim loại phẳng
Hình 2.7 : Vết nứt theo chiều dọc trong một mối hàn bằng thép (trái); Sự phân tách trong
một tấm đĩa (bên phải) [8]
Hình 2.9 : Phân loại các kỹ thuật NDT chọn theo độ phức tạp và hình học độ phân giải
[16]
Hình 2.8 : Phân loại và so sánh các kỹ thuật NDT chọn và kỹ thuật đo lường quang học
theo vị trí khiếm khuyết phát hiện và giải quyết theo khơng gian [16].
Hình 3.1 : Máy qt CT cơng nghiệp chùm tia nón [GE PhoenixjX-ray Nanotom]
Hình 3.2 : Chuỗi q trình đo CT
Hình 3.3 : Máy qt CT chính [Nguồn: PhoenixjX-ray]


Hình 3.4 : Hình ảnh quét một thanh bước răng cưa, trong chùm tia hình nón
Hình 3.5 : Hình khối quét CT xoắn ốc
Hình 3.6 : So sánh giữa một máy qt thu được với một CT tia hình nón và CT xoắn ốc
của một cây bút [20]
Hình 3.7 : Một ví dụ về máy quét CT trong y tế và CT trong cơng nghiệp.
Hình 3.8 : Sự phát triển của CT y tế quét hình học
Hình 3.9 : Độ phân giải đạt được so với phạm vi đo. Trích từ [25].
Hình 3.10 : Phát hiện lỗi trên một tuabin vi mơ; (trái), hình ảnh Slice đạt được bằng CT

[26] (phải)
Hình 3.11 : Thực tế / so sánh trên danh nghĩa giữa CT scan và một mơ hình CAD trên
một vòi phun động cơ diesel [23]



Lê Ngọc Quyết - 20133204

LỜI TỰA
Từ khi máy chụp cắt lớp vi tính (CT) đã bước vào mơi trường cơng nghiệp khoảng 30
năm trước, một sự quan tâm đặc biệt ngày càng tăng đối với công nghệ này đã được thể
hiện đặc biệt trong kiểm tra không phá hủy, nhờ vào lợi thế của mình so với các kỹ
thuậtphá hoại truyền thống. Sự phát triển của hệ thống mạnh mẽ với nguồn tia X ổn định
hơn và thiết bị dò tốt hơn làm dấy lên sự quan tâm của sản xuất và phối hợp đo lường. Sự
phát triển mạnh mẽ của hệ thống với nguồn tia X ổn định hơn và thiết bị dò tốt hơn làm
dấy lên sự quan tâm của sản xuất và phép lo tọa độ. Những thách thức hiện tại của CT là
trong việc định lượng không đảm bảo đo, mà không được thành lập chưa đầy đủ vì nhiều
yếu tố ảnh hưởng đến khả năng truy nguyên của các hệ thống.
Báo cáo này là một sáng kiến của dự án "Trung tâm ứng dụng công nghiệp của máy
quét CT - CIA CT: Advanced 3D quét đo lường, chất lượng đảm bảo và phát triển sản
phẩm trong ngành công nghiệp ". Trong bốn năm các dự án của CIA-CT được thúc đẩy
bởi một tập đoàn được thành lập bởi chín cơng ty có chun mơn trong lĩnh vực CT tại
Đan Mạch với mục đích tạo ra một trung tâm thẩm quyền quốc gia trong việc áp dụng
công nghiệp của CT và tiến hành nghiên cứu về lợi ích cho các doanh nghiệp tham gia,
ngành cơng nghiệp Đan Mạch và xã hội Đan Mạch, tập trung vào các ứng dụng công
nghiệp của CT như đo quét 3D tiên tiến, đảm bảo chất lượng và phát triển sản phẩm. Báo
cáo này tập trung vào các ứng dụng CT cho mục đích cơng nghiệp và đo lường, mà quan
tâm là về những thách thức hiện tại trong CT, nghĩa là thành lập đánh giá khả năng truy
nguyên và không chắc chắn. Tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác CT
được mơ tả.

Báo cáo này tập trung vào các ứng dụng CT cho mục đích cơng nghiệp và đo lường, mà
quan tâm là về những thách thức hiện tại trong CT, nghĩa là thành lập đánh giá khả năng
truy nguyên và không chắc chắn. Một đánh giá tồn diện của trạng thái của kỹ xảo, phân
tích lý thuyết và một cuộc điều tra thử nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của hình chiếu,
dụng cụ, phơi, mơi trường và thủ tục về độ chính xác và khả năng truy nguyên của các

~7~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
kết quả đo lường từ CT, nó được thực hiện. Đặc biệt, phương pháp khảo sát mối quan tâm
thực nghiệm và kỹ thuật để khắc phục và giảm thiểu sai sót và đồ tạo tác do một tham số
được xác định, cả hai như là chúng có thể được tìm thấy trong văn bản này và được thực
hiện bởi các tác giả.
Angela Cantatore, Pavel Müller .

~8~


Lê Ngọc Quyết - 20133204

Chương 1 : Giới thiệu
Chương này sẽ cung cấp một số thông tin ngắn gọn về chụp cắt lớp vi tính (computed
tomography-CT), là sự đánh giấu to lớn cho một dấu mốc quan trọng từ sự khám phá ra
tia X quang đến sự ứng dụng hiện đại của cắt chụp lớp vi tính trong kĩ thuật đo lường
cơng nghiệp.
1.1.

Tình trạng kỹ thuật chung

Tia X quang được khám phá năm 1895 bởi nhà vật lí học người Đức Wilhelm Conrad
Röntgen, người mà đã đạt giải thưởng Nobel về Vật lí năm 1901. Mặc dù sự ứng dụng
điện thế trong sự chuẩn đoán đáng kinh ngạc gặp trở ngại khi mới bắt đầu, nhưng lần đầu
tiên sử dụng tia X quang này vẫn được thực hiện vào năm 1972, bởi Godfrey Newbold
Hounsfield ( Người chiến thắng giải thưởng Nobel về lĩnh vực Sinh Lý học và Dược
phẩm năm 1979), ông đã xây dựng nguyên mẫu máy quét X quang đầu tiên và được xem
như người cha đẻ của lĩnh vực chụp cắt lớp vi tính. CT được giới thiệu trong buổi thực
hành lâm sáng vào năm 1971 với ứng dung Quét một khối u ở thùy trước trán cho một
bệnh nhân bệnh viện Atkinson Morley ở Wimbledon ( Vương quốc Anh). Sau đó, CT
được chào đón rất nhanh chóng trong cộng đồng Y khoa, và thường xuyên được nhắc đến
như một phát minh quan trọng nhất trong việc chuẩn đoán, trước khi ra đời tia X quang
[1]
Trong bối cảnh công nghiệp sự ứng dụng đầu tiên của CT được truy tìm lại vào những
năm đầu của thập niên 80, trong lĩnh vực kiểm tra không phá hủy, nơi mà số lượng những
lát đối tương được trực quan kiểm tra là rất ít . Cơng nghệ ứng dụng CT 3D xuất hiện vào
những năm cuối thập niên 90, với âm lượng đơn giản và phân tích các khoảng cách [2].
Ngày nay, nhờ vào các cải tiến liên quan trong cả phần cứng và phần mềm, CT đã trở
thành một công cụ được sử dụng mạnh mẽ và rộng rãi mà khơng cần những kĩ thuật
phức tạp, có khả năng kiểm tra bên ngoài và cấu túc nội bộ ( không cần bất cứ sự cắt mổ
nào) trong rất nhiều các ứng dụng công nhiệp. Công nghệ tia X quang ngày càng ổn định

~9~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
hơn và đây là nguồn gốc cho ngày càng có nhiều hệ thống CT phức tạp hơn trước, cung
cấp thơng tin hình học chính xác với độ chính xác tính bằng micromet. CT ngày càng
được sử dụng rộng rãi cho đặc điểm hình học của các đối tượng kiểm tra., quyết định
thành phần các chất, kiểm tra sự thay đổi mật độ, v…v… Trong vòng một thời gian ngắn,
CT đã có khả năng sản xuất ra mơ hình 3 chiều và dung sai của các bộ phận gia cơng qt

cũng được mọi người chấp nhận.

Hình 1.2 : Thế hệ CT nguyên mẫu đầu tiên phát triển bởi Hounsfield [5]

Do sự chính xác và nhu cầu về việc kiểm soát và đảm bảo chất lượng ngày càng cao, CT
đang dẫn đầu trong lĩnh vực sản xuất và phối hợp đo lường. Đối với kĩ thuật truyền thống
trước kia, Hệ thống CT có những lợi thế khơng thể phủ nhận như : Có thể thu được xem
xét được bên trong và bên ngồi mà khơng cần phá hủy bất cứ bộ phận nào khác, với tỉ

~ 10 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
trọng thông tin cao hơn sự phối hợp đo xúc giác và quang học chung. Một thơng số quan
trọng về độ tin cậy của q trình đo là kết qua đo lường thay đổi không như nhau. Từ đó
nơi này có rất nhiều các thơng số ảnh hưởng tới CT, những thông số không chắc chắn
trong CT và lượng tiêu chuẩn mang tính đối phó của CT đã khơng được hồn thành thành
lập. Sự đánh giá của ngân sách bất ổn định trở thành một thách thức cho tất cả các nghiên
cứu viên.
1.2 Cấu trúc của bản báo cáo
Tổng quát chung của báo cáo là đưa ra một sự giới thiệu nói chung về cách chụp cắt lớp
vi tính (CT). Cách trình bày của trong nghệ thuật làm Ct và thảo luận đánh giá sơ bộ về
nó từ những người làm ra. Nó được chia ra thành nhiều chương nói về các chủ đề liên
quan đến CT. Nội dung của mỗi chương là mô tả ngắn gọn những điểm dưới đây:
•
•
•

Từ khám phá ra tia X quang chất lượng cao để đo lường
Phương pháp được lựa chọn để kiểm ta vật liệu mà không cần phá hủy nó

Sự miêu tả chung về cơng nghệ CT, bao gồm các vấn đề chủ yếu của CT, sự so
sánh giữa hệ hống CT trong y tế và trong công nghiệp, phân loại các hệ thống CT,

những ứng dụng, sự thuận tiện và bất tiện của nó (Chương 3)
• Mơ tả các hệ số ảnh hưởng của CT, một cách tối tân nhất, phân tích các lí thuyết
và thử nghiệm sơ bộ trên một số yếu tố ảnh hưởng được thực hiện bởi những
người tạo ra nó.

Chương 2: Kiểm tra không cần phá hủy
~ 11 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
Cơng nghiệp CT cịn được gọi với một cái tên khác là công nghệ NDT, “Thử nghiệm
không cần phá hủy” thu thập tất cả các phương pháp và kỹ thuật để đảm bảo chất lượng
sản phẩm và thanh tra không cần phá hủy phần điều tra. Mục tiêu của những phương
pháp này là phân tích tồn vẹn một vật chất nào đó, về thành phần hoặc cấu trúc hay số
lượng đo được từ một số đặc điểm của sản phẩm trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác
nhau. Do phương pháp này có hai lợi thế chính ( ít tốn kém và khơng tốn thời gian) nên
chúng được áp dụng rộng rãi trong môi trường công nghiệp
Bên cạnh đó, CT có những phương pháp kiểm tra khác nhau sủ dụng cho từng nhiệm vụ
cụ thể. Dưới đây, là sự trình bày ngắn gọn của một trong số đó. CT sẽ được sử dụng rộng
rãi trong các chương sau đây.
2.1 Kiểm tra bằng từ tính
Phương pháp này được sử dụng để phát hiện bề mặt (Hoặc gần bề mặt) những khiếm
khuyết, chủ yếu ở trong sắt từ và các vật liệu giống như sắt thép. Các nguyên tắc cơ bản
được thể hiện trong hình 2.1. Một từ thơng được tạo ra ở phần dưới phân tích. Nếu có
một điểm khiếm khuyết, ví dụ như một vết nứt, thì từ thơng sẽ bị rị rỉ và mép vết nứt sẽ
làm việc như một cực hấp dẫn từ tính. Vậy bằng cách áp dụng cho hạt dụ sắt, chúng sẽ bị
thu hút về phía khiếm khuyết, chỉ ra nó. Những ưu điểm và nhược điểm trong bản báo

cáo ở bảng 2.1
Bảng 2.1 : Những điểm thuận lợi và bất lợi của việc kiểm tra phần từ tính

•
•
•

Những điểm ưu điểm
Hoạt động đơn giản
Định lượng
Có thể được tự động

Những điểm nhược điểm
Chỉ dùng cho các vật liệu sắt từ
Chỉ dùng cho bề mặt gần bề mặt
khiếm khuyết
• Khơng thể mơ tả được chiều sâu và
định hướng khiếm khuyết
•
•

~ 12 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204

Hình 2.1 : Nguyên tắc kiểm tra bằng từ tính[6]

2.2 Kiểm tra bằng dịng xốy
Việc kiểm tra dịng xốy được dử dụng để phát hiện các vết nứt nhỏ và khiếm khuyết trên

hoặc gần về mặt của vật liệu và để đo độ dày lớp phủ trong một vật liệu dẫn điện ( Như
thép không gỉ, nhôm).
Phương pháp khai thác của nguyên tắc cản ứng điện từ : Dịng điện xốy được sản xuất
trong bất kì chất liệu dẫn điện nào chịu tác dụng của từ trường một chiều, được tạo ra bởi
một cuộn dây. Một sự gián đoạn trên bề mặt (như một vết nứt) của vật liệu gây ra một sự
thay đổi trong các trở kháng của cuộn dây, có thể được đo và tương quan với nguyên
nhân của sự biến đổi. Cuộn dây được sử dụng trong phần để tăng cường tín hiệu [6,7].
Hình 2.3 cho thấy hình ảnh một vết nứt trong một đĩa thép khơng gỉ được thu lại với dịng
xốy. Những ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này được báo cáo trong bảng 2.3.

~ 13 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204

Hình 2.2 : Nguyên tắc của dịng xốy. Cuộn dây cuốn với lõi đơn(trái), 2 cuộn dây đơn nối chung 1 dây
với nhau [6]

•

•
•
•
•

Những ưu điểm
Thích hợp cho việc xác định một
phạm vi rộng (sự hiện diện của các
khiếm khuyết, thành phần, độ cứng,
độ dẫn điện, ..)

Cung cấp thông tin một cách đơn
giản
Tốc độ kiểm tra cao
Cực kì nhỏ gọn và khơng có đơn vị
Thích hợp cho sự tự động hóa

~ 14 ~

•
•
•
•
•

Những nhược điểm
Chỉ dùng cho các vật liệu dẫn điện
(kim loại)
Kiểm tra được độ dày tối đa khoảng
6mm
Khó có thể dử dụng dịng xốy
thơng thường với các vật liệu sắt từ
Nhà điều hành phải có các kĩ năng
cần thiết
Sử dụng các tiêu chuẩn hiệu chuẩn
cần thiết


Lê Ngọc Quyết - 20133204

Hình 2.3 : Hình ảnh đen trắng của một vết nứ trên cái đĩa bằng thép khơng gỉ sử dùng phương pháp dịng

xốy [7]

2.3 Kiểm tra bằng sóng siêu âm
Phương pháp này được dùng để phát hiện các khiếm khuyết trên bề mặt và bên trong
( trong chiều sâu) để âm thanh tiến hành các tài liệu. Có hai phương pháp nhận dạng
sóng siêu âm, “sóng echo” và “thông qua chuyển đổi”. Trong các hệ thống xung vọng,
một xung vọng ngắn siêu âm được tạo ra bởi các bộ chuyển đổi (thường là một tinh thể
áp điện) và được cấu thành vật liệu. Năng lượng thông qua lớp vật liệu phản xạ trở về

bề mặt và thu được bằng các cảm biến tương ứng. Mang lại 1 tín hiệu trên
oscilocopse dựa trên 1 khoảng thời gian nhất định . Các bộ chuyển đổi thực hiện cả
hai việc gửi và tiếp nhận các sóng xung từ và trở lại các thiết bị. Các phản xạ của việc
siêu âm đến từ một thiết bị ghép nối, giống như bức tường phía sau của vật hoặc từ sự
khơng hồn chỉnh có trong vật thể. Các Oscilocopse thường cho thấy xung ban đầu của
đầu dị vật siêu âm (Phía trước mặt xung echo), sự phản xạ trở lại và các đốm sáng thêm
cho thấy một sự phản xạ từ một khiếm khuyết trong vật liệu. Từ thời gian dao động, bề
sâu của các khiếm khuyết bên dưới bề mặt có thể được xác định. Khi truyền qua hệ
thống, một đơn vị truyền và nhận đều riêng biệt và được đặt tại đối diện bên cạnh của đối
tượng kiểm tra. Khiếm khuyết hoặc các điều kiện khác trong không gian giữa máy phát

~ 15 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
và máy thu được cảm nhận của sự giảm cường độ năng lượng siêu âm bằng các khối thu
nhận, từ đó tiết lộ sự hiện diện của chúng [7]. Kiểm tra bằng sóng siêu âm cũng được sử
dụng để phát hiện các khuyết tật không theo định hướng nhưng với một góc của bề mặt
kiểm tra. Hình 2.4 cho thấy một ví dụ về phát hiện sai sót trong phần thép sử dụng đầu dị
bình thường (trái) và một ví dụ về sự phát hiện các khiếm khuyết góc cạnh trong kiểm tra
mối hàn đầu dị góc. Những lợi thế và bất lợi của nó được kiệt kê trong bảng 2.4

Hình 2.4 : Ví dụ về phát hiện sai sót thơng qua kiểm tra siêu âm, sử dụng đầu dị bình thường (trái) và
một đầu dị góc để phát hiện các khiếm khuyết với một góc đối với các bề mặt kiểm tra (bên phải) với [6]

Bảng 2.4 : Những ưu điểm và nhược điểm của kiểm tra bằng sóng siêu âm





Ưu điểm
Có thể kiểm tra vật có độ dày và chiều
dài lên đến 9m
Vơ cùng chính xác
Hồn tồn tự động
Khơng làm hao tổn






Nhược điểm
Phải cần diễn giải
Gặp khó khăn với các bề mặt mỏng
Cần đầy đủ các kỹ năng và hiểu biết
trong quá trình kiểm tra
Độ phân giải hạn chế.

2.4 Kiểm tra không cần phá hủy bằng quang học.

~ 16 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
NDT quang học thu thập tất cả các phương pháp hoạt động bằng cách chiếu sáng bề mặt
đối tượng bằng ánh sáng và kiểm tra ánh sáng phản xạ lại bằng các hệ thống hiển thị trực
quan. Những phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong phân tích bề mặt để phát
hiện và nghiên cứu về sự lan truyền của vết nứt, nghiên cứu về sự ăn mịn và phân tích
biến dạng của vật thể và nó được coi là hiệu quả nhất và ít tốn kém nhất trong số các kỹ
thuật NDT [7]. Các hệ thống khác nhau có thể được tìm thấy nhưng trong 2 trong số đó
được sử dụng nhiều nhất là giao thoa 3 chiều và mơ hình đốm điện tử giao thoa.
2.4.1 Giao thoa 3 chiều .
Giao thoa 3 chiều được sử dụng để đo lường “ những sự dịch chuyển “ ( chẳng hạn như
mất cân bằng, dao động, rung động ) và cho các ứng dụng khác NDT ( Phân tích khuyết
tịch, phân tích sự khơng hồn hảo, sự mất cân bằng còn lại , v. .v ).
Kỹ thuật làm việc trên cơ sở 3 chiều ( Xem hình 2.5 : Chùm sáng đến từ 1 laser ( nguồn
sáng coherent ) được chia làm 2 tia : một trong những cách là chiếu vào đối tượng thử
nghiệm và một trong những cách khác dùng để tham khảo Tại vị trí ghi, từ đường nhiễu
có nguồn gốc từ giữa ánh sáng phản xạ của các đối tượng và các chùm tia có thể tái tạo
lại hình ảnh 3D của đối tượng. Trong giao thoa ba chiều, hệ thống sẽ ghi hai mơ hình
sóng hồn chỉnh đến từ những vật ở vị trí ban đầu của nó (thực hiện như là một cách
tham khảo) và trong trạng thái biến dạng [8]. Sự kết hợp của hai mơ hình sóng bắt nguồn
một mẫu đường vân giao thoa, gọi interferogram, liên quan đến sự chuyển động đó đã
diễn ra. Các đường nét của chuyển bằng nhau được ánh xạ bởi các vân với khoảng một
nửa bước sóng của nguồn [9] ánh sáng. Một ví dụ được thể hiện trong hình 2.6.

~ 17 ~

Lê Ngọc Quyết - 20133204

Hình 2.5 : Nguyên tắc của giao thoa quang học [10]

Hình 2.6 : Cặp vân giao thoa tiếp xúc 3 chiều của một tấm kim loại phẳng.

2.4.2 Mơ hình giao thoa đốm điện tử.
Mơ hình giao thoa đốm điện tử dựa trên “ hiện tượng đốm”. Nó là một mơ hình cường độ
ngẫu nhiên được tạo ra từ việc giao thoa các tia sáng ( từ một nguồn năng lượng đồng
nhất như chùm tia laser ) như chúng được phân tán khác nhau trên bề mặt thơ giáp. Kết
quả hình ảnh là một hình ảnh có nhiều hột nhỏ của bề mặt được chiếu sáng. Mô hình giao
thoa đốm điện tử tạo ra một đầu ra như giao thoan 3 chiều : một mẫu vân được tạo ra từ
sự giao thoa các mơ hình đốm điện tử được chiếu sáng của đối tượng kiểm tra và một
sóng tham chiếu. Mẫu vân này được lưu trữ như là một hình ảnh và khi đối tượng bị biến
dạng hoặc di chuyển, mơ hình đốm kết quả thay đổi, do sự thay đổi sự khác biệt trong

~ 18 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
đường dẫn giữa các sóng từ bề mặt và làn sóng tham chiếu. Mơ hình đốm thứ hai này
được chuyển giao cho các máy tính và thực hiện trừ, hoặc thêm vào, các mơ hình lưu trữ
trước đó. Kết quả của ảnh giao thoa được hiển thị là mơ hình của các vân tối và vân sáng
được gọi là vân tương quan, như các vân được tạo ra tương ứng với kết quả của mẫu đốm
được tạo ra trước và sau khi di dời [9]. Hai ví dụ sau đây được trình bày trong hình 2.7.

Hình 2.7 : Vết nứt theo chiều dọc trong một mối hàn bằng thép (trái); Sự phân tách trong một tấm đĩa
(bên phải) [8]

Những lợi thế chính và bất lợi của phương pháp kiểm tra quang NTD được liệt kê trong

bảng 2.5
Ưu điểm
Không đo tiếp xúc
Độ phân giải cao
Thông tin thực đầy đủ
Không tổn hao
Thời gian thực đo mở

Nhược điểm

 Chỉ đơi khi cần diễn giải

 Cần các quy trình an tồn đặc biêt

trong sử dụng laser
 Có các linh kiện tải được hình ảnh kết

quả

 Có thể chỉ áp dụng cho bề mặt hoặc
thơng qua bề mặt.
Hình 2.8 cho thấy phân loại các kỹ thuật NTD được chọn ( bao gổm cả CT) theo độ sâu
thâm nhập của họ và độ phân giải không gian của họ. Từ bảng này nó là có thể để đánh
giá hiệu quả của các phương pháp trong việc phát hiện khiếm khuyết vật liệu. Giao thoa
quang có độ phân giải cao và họ có thể giám sát được bề mặt của vật liệu. Ngược lại, độ
sâu thâm nhập tốt nhất kết hợp với độ phân giải cao thường đạt được bằng tia X-quang

~ 19 ~

Lê Ngọc Quyết - 20133204
trong CT [16]. Kết luận tương tự có thể rút ra từ hình 2.9, kỹ thuật nói trên được phân
loại trên cơ sở của sự phức tạp hình học cho phép đo chiếu. Ở đây trọng tâm là về đo
lường các thơng số hình học, ví dụ hình dạng của các thành phần để xây dựng (CAD) dữ
liệu. Trong số các phương pháp NTD, CT có những màn trình diễn tốt về độ xuyên sâu
và độ phân giải và điều này giải thích nhiều ứng dụng của CT trong lĩnh vực NTD và nó
sẽ được thể hiện trong chương 3.

Hình 2.8 : Phân loại và so sánh các kỹ thuật NDT chọn và kỹ thuật đo lường quang học theo vị trí khiếm
khuyết phát hiện và giải quyết theo khơng gian [16].

Hình 2.9 : Phân loại các kỹ thuật NDT chọn theo độ phức tạp và hình học độ phân giải [16]

Chương 3 :

Giới thiệu về Công nghệ CT
~ 20 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
CT là một công cụ mạnh mẽ có khả năng kiểm tra cấu trúc bên ngồi và bên trong nhiều
ứng dụng công nghiệp cũng như cung cấp thơng tin hình học với độ chính xác rất cao.
Chương này mô tả nguyên tắc CT, chỉ ra sự khác biệt chính giữa máy qt CT y tế và
cơng nghiệp, phân loại các hệ thống CT, máy CT được thu lại là một công cụ được sử
dụng trong công nghiệp, cũng như là một công cụ mạnh mẽ trong phối hợp đo lường. Sau
đây, nhưng ưu điểm và nhược điểm trong sử dụng CT được trình bày dưới đây.
3.1 Nguyên tắc hoạt động CT

Hình 3.1 : Máy quét CT cơng nghiệp chùm tia nón [GE PhoenixjX-ray Nanotom]

Một hệ thống CT bao gồm nguồn tia X-quang, một vòng quay, các đầu dò (detector) và
một hệ thống xử lý dữ liệu tính tốn, hiển thị và phân tích dữ liệu tính tốn. Về ngun
tắc, CT tạo ra hình ảnh cắt ngang bằng cách chiếu một chùm photon phát ra thông qua
một mặt phẳng của một đối tượng từ vị trí góc được xác định thực hiện bởi một góc quay
quanh trục. Khi tia X-quang (photon phát ra) đi qua các đối tượng, một số trong số nó bị
hấp thụ, một số nằm phân tán, và một số được truyền đi tiếp. Quá trình giảm cường độ tia
X, liên quan đến chỉ những X-quang nằm phân tán hoặc bị hấp thụ, được gọi là suy giảm.
Tía X mà bị suy giảm do sự tương tác với các đối tượng được các máy dò Xray thu lại.
Photon truyền qua các đối tượng ở mỗi góc được thu thập trên dectector và hiển thị bởi
máy tính, tái tạo lại hồn chỉnh vật trong q trình quét. Cấu trúc dữ liệu 3D giá trị màu

~ 21 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
xám thu được theo cách này thể hiện sự phân bố mật độ electron trong các đối tượng
[17]. Một chuỗi quy trình, đó là cách đêthu được một kết quả, trong đó có bốn cơng việc
đo khác nhau được mô tả trong một dự thảo của một hướng dẫn Đức VDI / VDE 2630
phần 1.2 [18]. Một chuỗi quá trình chung được trình bày trong hình 3.2 và được mô tả
như sau :
1. Thứ nhất, việc tiếp nhận dữ liệu (quét) của một đối tượng được thực hiện. Một số thông
số đã được thiết lập trước khi qt, ví dụ độ phóng đại, định hướng của các đối tượng,
năng lượng của nguồn X-ray,tích hợp thời gian detector, vv
2. Sau khi quét và thu được một tập hợp các hình chiếu 2D, khối thể tích vật sẽ được tái
tạo lại. Khối thể tích được mơ phỏng như một ma trận 3D những điểm ảnh - voxel (viết
tắt của điểm ảnh khối thể tích), nơi mỗi giá trị voxel đại diện cho hệ số suy giảm tại vị trí
tương ứng của đối tượng qt. Nói cách khác, để mỗi voxel một giá trị màu xám độ đậm
của điểm ảnh được phân ra đại diện cho một mật độ hấp thụ tia X tại vị trí tương ứng. Ở
đây, một số kỹ thuật chỉnh có thể được áp dụng vào các hính chiếu 2D để giảm thiểu ảnh
hưởng của bức xạ tán xạ và tia cứng (nhiều hơn về các yếu tố ảnh hưởng được đề cập

trong chương 4).
3. Sau đó, giá trị ngưỡng phải được xác định một cách cẩn thận vì nó là một thơng số
quan trọng cho phân vùng ảnh chính xác và xác định dữ liệu bề mặt, do đó có một ảnh
hưởng lớn đến hình ảnh cuối cùng [19] (thêm về ngưỡng được thảo luận Mục 4.2.2).
4. Sau khi một giá trị ngưỡng được xác định,hay các dữ liệu bề mặt hoặc khối lượng dữ
liệu được tạo ra. Dữ liệu bề mặt được tạo ra trong định dạng STL, đặc trưng bởi một
mạng lưới đa giác có hình dạng là hình tam giác, trên bề mặt.
5. Sau đó, đo trực tiếp kích thước (ví dụ phù hợp của hình ban đầu, phân tích độ dày vật
cản, so sánh với thực tế) có thể được biểu diễn trên một trong các tập hợp dữ liệu được đề
cập trước đó (khối lượng / bề mặt).
6. Cuối cùng, kết quả đo thu được.

~ 22 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
Có hai hệ thống CT chính mà có thể được tìm thấy trong ngành cơng nghiệp. Đó là: (1)
2D-CT (xem Hình 3.3 (a)), và (2) 3D-CT (xem Hình 3.3 (b)). hệ thống 2D-CT có một
nguồn tia hình quạt và phát hiện một dịng cho phép việc thâu lại một lát một đối tượng
3D bằng cách kết hợp một chuyển động dịch và luân chuyển của đối tượng. Trình tự quay
này và tịnh tiến được lặp đi lặp lại tùy thuộc vào số lượng lát mà phải được tái tạo lại.
Hạn chế chính của các hệ thống này là thời gian quét dài (đặc biệt là khi làm việc với các
bộ phận lớn). Vấn đề này được khắc phục bằng các hệ thống 3D-CT. Hệ thống bao gồm
một máy dò bề mặt bẹt và một nguồn tia hình nón, tạo điều kiện cho việc thu được của
một lát của đối tượng chỉ với một vòng quay của bảng quay. Khơng cần sự tinh tiến

Hình 3.2 : Chuỗi q trình đo CT

tuyến tính của bảng quay là cần thiết. Giải pháp này cho phép cải thiện đáng kể trong thời
gian thu được nhưng, mặt khác, các vấn đề khác phát sinh do nguồn tia hình nón. bức xạ

tán xạ và di vật dựng lại ở trên cùng và dưới cùng của hình ảnh có thể ảnh hưởng đến
chất lượng của việc tái tạo lại hình dạng. Đặc biệt, chất lượng quét bị suy giảm từ trung
tâm đến đường biên của máy dị, vì lý do hình học [20]. Một ví dụ được thể hiện trong
hình 3.4, nơi nó có thể được nhìn thấy rằng nhiễu khơng có mặt tại đường biên của mẫu
quét. Sự phát triển gần đây nhất của 3D-CT được thể hiện bởi các hệ thống khai thác một
cách quét hình xoắn ốc, nơi luân chuyển của đối tượng được đồng thời thực hiện với một

~ 23 ~


Lê Ngọc Quyết - 20133204
phong trào tịnh tiến dọc theo trục quay [20, 21] xem hình 3.5 . Có hai lợi thế trong giải
pháp này. Trong trường hợp đầu tiên, khơng có giới hạn về độ dài mẫu (theo hướng trục
quay); quỹ đạo xoắn ốc có thể được kéo dài đối với đối tượng lớn hơn kích thước đầu dị
và lý thuyết đối tượng có độ dài khơng giới hạn có thể được tái tạo lại. Trong trường hợp
thứ hai, với một sự thay đổi hợp lý của các phần, một số lớn các lát của đối tượng sẽ được
chiếu ở phần giữa của các đầu dò, dẫn đến một việc thu được hồn thiện hơn, và do đó,
để độ phân giải không đổi dọc theo trục quay. Bằng cách này phần đầu cũng như phần
cuối sẽ được quét với độ phân giải tương tự như trong những phần trung tâm. Một ví dụ
được thể hiện trong hình 3.6, một cây bút được quét bằng sử dụng một máy quét CT điển
hình và một máy quét CT xoắn ốc. Trong khi ở các độ phân giải trường hợp đầu tiên ở
phần dưới cùng là không dễ dàng để phân biệt sườn duy nhất, CT xoắn ốc cho phép để
quét toàn bộ hình học (hàng đầu, phần trung tâm và phía dưới của đối tượng) với cùng
chất lượng [20].

Hình 3.3 : Máy quét CT chính [Nguồn: PhoenixjX-ray]

~ 24 ~

Lê Ngọc Quyết - 20133204

Hình 3.4 : Hình ảnh quét một thanh bước răng cưa, trong chùm tia hình nón

3.2 Y tế và các hệ thống công nghiệp CT
Được biết, CT scanners lần đầu tiên được sử dụng cho mục đích y tế. Sự khác biệt chính
trong các thiết lập của hệ thống CT công nghiệp và y tế là trong trường hợp của CT công
nghiệp, các đối tượng quay trên bàn quay và nguồn X-ray là ổn định, trong khi ở CT y tế,
các nguồn tia X xoay và đối tượng (một cơ thể con người trong hầu hết các trường hợp)
đang nằm trên bàn / giường là ổn định.

Hình 3.5 : Hình khối quét CT xoắn ốc

~ 25 ~