Математическая обработка первичных томографических данных для определения распределения плотности в сильно поглощающих объектах цилиндрической формы

Целью работы является математическая обработка первичных
томографических данных для определения распределения плотности в
сильнопоглощающих объектах цилиндрической формы (заготовки из углерод-
углеродных композиционных материалов диаметром 160 мм и высотой 200 мм,
предоставленные АО «ГРЦ Макеева»).
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
– проведение компьютерной томографии изделий из углерод-углеродных
композиционных материалов и обработка томографических данных путем
среднестатистического осреднения в заданных объемах локальных значений
измеренных условных единиц плотности;
– перевод значений условных единиц плотности в значения физической
плотности.
При прохождении спускаемого блока через атмосферу к цели блок
испытывает большую температурную нагрузку. Для тепловой защиты в
передней части блока устанавливается защитный конус из материала
способного выдержать температуру до 4000 ° C. Такими материалами являются
углерод-углеродный композиционные материалы УУКМ. Их отличием
являются:
– низкая теплопроводность, теплоемкость, плотность;
– при высоких температурах сохраняются высокие прочностные
характеристики (при температурах до 4000° C);
– высокая ударная вязкость и практическое отсутствие ползучести во
всех допустимых температурных интервалах.
При изготовлении наконечника к нему предъявляются очень жесткие
требования по однородности материала, поэтому, вопрос неразрушающего
контроля однородности заготовок из углерод-углеродистого композиционного
материала является актуальным. Анализ существующих методов контроля
показал, что для этих целей может быть использована только рентгеновская
компьютерная томография.
1. Обзор литературы
1.1 Рентгеновская компьютерная томография
1.1.1 История создания и развития рентгеновской компьютерной
томографии
В процессе проведения рентгенографического контроля объекта,
изображения внутреннего строения этого объекта наслаиваются друг на друга.
Этот факт представляется значительным недостатком. Для его преодоления
возникла идея проводить диагностику по нескольким рентгеновским снимкам,
которые выполняются под разными ракурсами. По такому набору данных с
применением специальной математической обработки можно оценить
распределение коэффициента ослабления рентгеновского излучения внутри
объекта. Коэффициент ослабления обычно пропорционален распределению
плотности вещества.
Компьютерная томография стала возможной в начале 60-х годов с
появлением современных вычислительных машин. Но лежащие в ее основе
отдельные идеи, восходят к началу прошлого века. Физик, А. Кормак,
выполнил первые эксперименты по применению томографии с реконструкцией.
Ученым был разработан метод на основе измерений пропускания излучения
для расчета поглощенной объектом дозы излучения. В 1972-1973 годах
инженер, общепризнанный изобретатель компьютерной томографии,
Г. Н. Хаунсфилд разработал сканер головного мозга – первую
томографическую систему. Сканер позволял получать изображения с размером
80х80 пикселей с разрешением 3 мм. Данные для получения одного
изображения измерялись примерно в течение 4-х с половиной минут. Такое
высокое время регистрации первых томографов было обусловлено их
конструкцией. В них синхронно передвигались вдоль рамы одна
остронаправленная рентгеновская трубка и один детектор. Измерения обычно
проводились при повороте рамы на угол в 1 градус, в 160-180 положениях
трубки [1].
Благодаря рентгеновской компьютерной томографии послойные методы
получения изображений получили широкое распространение. Компьютерная
томография в большинстве областей лучевой диагностики стала существенным
дополнением классической рентгенографии.