[发明专利]镀膜样品膜层形态三维可视化定量CT检测方法

说明书

本发明公开了镀膜样品膜层形态的三维可视化定量CT检测方法，属于三维可视化检测技术领域。该方法首先选择镀膜样品X射线CT实验滤波片厚度；其次在微焦点CT成像设备X射线管出光口加置滤波片，采集多张样品投影图并重构CT切片；然后选择样品的多张重构CT切片及基底材料区域，确定CT切片等效X射线能量；再设定样品由N个简立方格子构成，每个简立方格子对应一个CT体元，求得CT切片上各简立方格子中各分组的体积分数；最后基于膜层材料在各简立方格子中的体积分数比例，利用相应的颜色强度于所有简立方格子上显示膜层材料。本发明解决了现有可见光无法穿透的金属等材料的膜层形态检测困难以及CT检测中小于体元尺寸信息丢失的问题。

技术领域

本发明涉及三维可视化检测技术，具体涉及镀膜样品膜层形态的三维可视化定量CT检测方法。

背景技术

在材料或产品表面镀膜来满足特定需求已经成为一种常见的工艺手段。比如镜头表面的光学膜，产品表面用于美观的装饰膜，工件表面用于防腐的功能膜等。镀膜样品的膜层形态(不同位置膜层厚度、膜层连续性)直接关系到产品的使用效果。因而检测镀膜后产品的膜层形态具有重要意义。目前膜层形态检测主要方式有直接量测法、称重法和光学检测方法。直接量测法是用刻度尺、游标卡尺等量测工具直接对膜层的尺寸偏差，厚度，弯曲度等参数进行测量。称重法是通过称量镀膜前后样品的重量变化来计算膜层质量进而估算膜层平均厚度。光学检测是通过不同波长的入射光对膜层进行透射、反射，结合光谱分析、干涉、衍射等物理原理对膜层形态进行分析。

尽管上述检测方法在膜层质量检测中得到了广泛的应用，但是这些方法都存在不同程度局限。直接测量法无法得到膜层分布的连续性情况，只能对膜层特定位置进行检测。光学检测法，例如常见的白光干涉法更多用于透明的光学薄膜测量，当膜厚度远大于入射光相干长度或膜不透明时，白光干涉法都无法测量。称重法得到的是膜层的平均厚度，不能反映膜层在各个位置处的具体分布情况。近年来迅速发展的X射线CT成像技术为膜层形态的三维可视化无损检测提供了可能。但是在具体使用过程中仍然存在一些瓶颈制约了微焦点CT成像技术在膜层形态检测中的应用。首先微焦点CT出射X射线为连续谱X射线，在穿过样品时低能X射线会被优先吸收，从而产生线束硬化效应。线束硬化效应会使得CT切片上同一材料表现出不同的X射线吸收系数，尤其会对样品边缘的X射线吸收系数产生较大影响。而膜层通常都是分布在样品边缘，因此线束硬化效应使得基于现有的图像阈值分割法建立CT图像灰度值与样品材料组分的关联变得困难。其次，CT图像上每个像元的X射线线性吸收系数是由这个像元中所包含的所有组分对X射线吸收所产生，这就是所谓的部分体积效应。当镀膜样品的膜层厚度及膜层中的孔隙、气泡等特征结构小于或接近微焦点CT的分辨率尺寸(微米或亚微米尺度)时，基于现有的图像阈值分割算法对CT图像进行处理，不仅会使得小于像元尺寸的组分信息丢失，同时包含不同组分的像元可能在CT图像上表现出相同或相近的灰度值，对组分的识别造成困扰。

发明内容

针对现有技术中镀膜样品膜层形态三维可视化检测技术存在的缺陷，本发明旨提供一种镀膜样品膜层形态三维可视化定量CT检测方法。一种使用以X射线管作为射线源的微焦点CT检测

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

镀膜样品膜层形态三维可视化定量CT检测方法，该方法是使用以X射线管作为射线源的微焦点CT检测，具体包括如下步骤：

第一步、镀膜样品X射线CT实验滤波片选择：首先测量镀膜样品沿X射线出射方向的最大厚度h，并计算当镀膜样品基底材料在厚度为2h，X射线对其穿透率为50％时，该基底材料等效X射线线性吸收系数μ^(*)；再根据该基底材料分子式和密度，结合计算得到的μ^(*)值，预估X射线能量E'；然后计算所需滤波片厚度d；