工業CT的冰箱容積指標的快速檢測

朱浩唯 李嘉 齊子貝

【摘要】容積是家電標準中一個常見的同時也是至關重要的性能指標，在冰箱中，其大小不僅關系著冰箱的儲存能力，同時也影響著其他諸如綜合耗電量、制冷能力、能效等級等性能指標。容積的測試比較繁雜，耗時長，本文計劃設計一套方法，通過工業CT對相關家電產品的內部腔體進行掃描，結合特定的算法，來完成其容積的快速檢測。

【關鍵詞】CT；容積；冰箱

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.049

【基金項目】上海市質量監督檢驗技術研究院科技項目（KY-2020-14-DJ）。

Rapid Detection of Refrigerator Volume Index in Industrial CT

ZHU Haowei1， LI Jia1， QI Zibei2

（1. Shanghai Institute of Quality Supervision and Inspection Technology， Shanghai 200233， China； 2. Shanghai Zhu Guangya Strategic Technology Research Institute， Shanghai 201306， China）

Abstract： Volume is a common and crucial performance indicator in household appliance standards. In refrigerators， its size not only affects the storage capacity of the refrigerator， but also affects other performance indicators such as comprehensive power consumption， cooling capacity， and energy efficiency level. The volume testing is quite complex and time-consuming. This article plans to design a set of methods to scan the internal cavities of related home appliance products through industrial CT， and combine specific algorithms to achieve rapid detection of their volume.

Key words： CT； volume； refrigerator

容積是家電標準中一個常見的同時也是至關重要的性能指標，在冰箱中，其大小不僅關系著冰箱的儲存能力，同時也影響著其他諸如綜合耗電量、冷能能力、能效等級等性能指標。而傳統冰箱容積的測試中還是以人工測試為主，由于涉及前期各部件尺寸的測量，以及后期整合計算。考慮到冰箱內部的結構比較復雜，冰箱容積測量通常需要消耗大量的人力及時間，而這種煩瑣的測試過程，一方面很容易會造成測試結果的偏差，另一方面經常會導致冰箱測試停滯不前無法進行到下一步，從而拉長了整個冰箱測試的周期。

基于CT圖像的三維測量技術在醫學、工業領域已有相關的應用案例。比如利用醫學CT體數據測量咽喉腫瘤的體積、肺部氣腫、肝臟體積、血管內腔直徑等。在工業領域，通過工業CT圖像數據分析工業產品內部孔隙占比、石油巖芯孔隙率、混凝土儲水量，都與掃描物體的體積測量相關。

本文結合電冰箱產品內腔體積測量的具體需求，引入先進的工業CT測量技術，研究具體的掃描、重建、測量方法，通過工業CT對冰箱內部腔體進行掃描，結合特定的算法，來完成其容積的快速檢測。

獲得CT斷層圖像，就是求取能夠反映斷層內部結構和組成的某種物理參量的二維分布。當射線I0穿過物質并與物質相互作用后，射線強度受到射線路徑上物質的吸收或散射而衰減I，衰減規律符合指數衰減定律。用衰減系數度量衰減程度，對非均勻物質，衰減系數為μ（x，E，Z，ρ），射線經過路徑長度為L，由衰減定律確定的I0，I和μ（x，y）的關系如下。

由投影得到物體斷面特定能量X射線衰減系數的分布，物質衰減系數分布∞物質的密度分布（斷面圖像），圖像重建采用的數學模型見圖1。

圖像重建本質上是一個求解方程組的問題。

基于CT圖像的容積測量技術是一種新型非接觸測量技術，它以圖像為信息傳遞的載體。CT圖像能夠真實再現掃描物體的三維結構，將掃描物體數字化、可視化、圖像化，便于對掃描物體進行逆向分析。

基于CT圖像的容積測量技術依賴空腔部位邊界的識別，進而對空腔部位的線、面進行擬合。邊界的識別需要在原始CT圖像中利用圖像分割和邊緣定位算法實現。

進一步，在數字圖像空間完成實物的距離、角度測量，完成容積的測算。另外，由于每個像素點具有唯一的三維坐標，對于曲線、曲面可以通過數學擬合的方法，建立顯式表達的數學函數，進行內腔容積的計算。而對于非標準幾何體，可以通過CT圖像經過尺寸校正之后的體素數量進行估算。

整體技術路線如圖2所示。

在搭建測試系統之前，首先要確定關鍵的技術參數以及測試方案，包括以下幾項。

2.1射線能量適用等級

采用工業CT進行檢測首先需要確定合適的射線能量等級，能量太低不能穿透而無法成像，能量太高成像的分辨率較差，圖像清晰度也受影響。本文采用450 kV的工業CT在不同能量下對小尺寸的冰箱進行檢測，確定好合適的能量之后，采用不同的采樣時間對數據進行采集。

2.2測試精度的選擇

常規工業CT在測量的應用上多用在高精度測量領域，分辨率最高可達數百納米，但高精度也意味著樣品更小且具備更高的經濟和時間成本。由于冰箱容積涉及的都是宏觀的尺寸，適當降低CT掃描的精度并不會影響最終的容積數據，因此在測試方案中適當地將CT掃描的精度降為0.1 mm，在不影響最終測試精度的同時也大大提升了整體的檢測效率。冰箱檢測示意圖如圖3、圖4。

本文在進行CT掃描重建圖像后，采用軟件的方式根據密度差異精確提取冰箱空腔部位的容積。在計算時主要根據GBT 8059—2016的要求對標準給定的幾個主要區域進行智能提取并分別計算容積。

獲取家電的CT掃描數據后，家電產品的整體結構通過三維數字化圖像的形式表達出來。通過圖像分割、邊緣識別，提取空腔部位的邊界輪廓，定位空腔部位所占據的圖像單元，進而在圖像域對家電容積進行測量，見圖5、圖6。

本文對容積從8 L到75 L的共8個冰箱樣品（包括車載冰箱）進行了CT掃描測試，掃描測試與人工測試結果的對比如表1、圖7所示。

從結果可以看到CT掃描測試結果與人工測試結果非常接近，整體精度控制在0.1 L的范圍內，出現偏差也可能是人工測試時的人工和設備誤差導致，但整體效果可以說非常理想，充分證明了CT掃描在冰箱統計測試中的可行性。

工業CT掃描已經是一種非常成熟的工業技術，目前已經廣泛應用于汽車、電子、新能源等行業中精密零部件的無損檢測，本文旨在探索工業CT掃描在家電尤其是冰箱容積檢測中的應用前景。通過多組工業CT掃描得到的檢測數據與人工測試數據的對比，可以看出，CT掃描測試結果與人工測試結果吻合度非常高，充分證明了工業CT掃描在冰箱容積檢測中的可行性。

【參考文獻】

[1]家用和類似用途制冷器具：GB/T 8059-2016[S].

[2]張朝宗，郭志平，張朋，等.工業CT技術和原理[M].北京：科學出版社，2009.

【作者簡介】

朱浩唯，男，1986年出生，工程師，碩士，研究方向為家用電器安規和性能檢測工作。

（編輯：李鈺雙）