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金属激光粉末床熔融成形中的缺陷及其原位表征研究进展

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铸造技术 2024年

作者：李杰万杰李金山王军西北工业大学凝固技术国家重点实验室

金属激光增材制造过程中熔池处于超高温度梯度、超快凝固速率、循环热载荷的极端非平衡凝固环境中,复杂的材料冶金、热力耦合行为容易导致孔隙、裂纹等缺陷的产生,影响构件的内部质量与力学性能。受限于材料的不透明性,传统的材料表征... 详细信息

金属激光增材制造过程中熔池处于超高温度梯度、超快凝固速率、循环热载荷的极端非平衡凝固环境中,复杂的材料冶金、热力耦合行为容易导致孔隙、裂纹等缺陷的产生,影响构件的内部质量与力学性能。受限于材料的不透明性,传统的材料表征方法难以实现金属激光增材制造过程中的实时信息捕捉。相比之下,同步辐射x射线成像具有高时空分辨率,可以实现金属激光增材制造过程中熔池动力学及缺陷衍化的原位表征。本文综述了同步辐射x射线成像在金属激光粉末床熔融增材制造领域的研究进展,总结了增材构件中常见的缺陷类型及其表征手段,详细介绍了增材制造过程中熔池动力学行为及缺陷衍化机制,最后对同步辐射x射线成像在增材制造领域的未来发展方向进行了展望。

关键词：增材制造缺陷原位表征同步辐射 x射线成像

金属激光粉末床熔融成形缺陷及其原位表征研究进展

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铸造技术 2024年第3期45卷 228-248页

作者：李杰万杰李金山王军西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072

金属激光增材制造过程中熔池处于超高温度梯度、超快凝固速率、循环热载荷的极端非平衡凝固环境中,复杂的材料冶金、热力耦合行为容易导致孔隙、裂纹等缺陷的产生,影响构件的内部质量与力学性能。受限于材料的不透明性,传统的材料表征方法难以实现金属激光增材制造过程中的实时信息捕捉。相比之下,同步辐射x射线成像具有高时空分辨率,可以实现金属激光增材制造过程中熔池动力学及缺陷衍化的原位表征。论文综述了同步辐射x射线成像在金属激光粉末床熔融增材制造领域的研究进展,总结了增材构件中常见的缺陷类型及其表征手段,详细介绍了增材制造过程中熔池动力学行为及缺陷衍化机制,最后对同步辐射x射线成像在增材制造领域的未来发展方向进行了展望。

关键词：增材制造缺陷原位表征同步辐射 x射线成像

基于梯度场和非局部均值的复杂工件图像增强算法

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测试技术学报 2024年第4期38卷 401-406页

作者：韩美蓉陈平潘晋孝李坤陈洪中北大学数学学院山西太原030051 中北大学信息探测与处理山西省重点实验室山西太原030051 中国电子科技集团公司第二研究所山西太原030024

由于高动态x射线成像系统与工件自身结构复杂性,复杂异形工件的射线图像往往呈现对比度低或特征信息不明确的问题。针对该问题,本文提出基于梯度场和非局部均值降噪的图像增强算法,提高视觉质量。首先,基于梯度场和局部方差构建对比度... 详细信息

由于高动态x射线成像系统与工件自身结构复杂性,复杂异形工件的射线图像往往呈现对比度低或特征信息不明确的问题。针对该问题,本文提出基于梯度场和非局部均值降噪的图像增强算法,提高视觉质量。首先,基于梯度场和局部方差构建对比度的自适应增强模型,提高射线图像的对比度;然后,利用非局部均值对图像进行去噪,特别地,本文构建了基于泊松分布的非局部均值算法进行图像去噪,从而得到增强的对比度场;最后,建立能量泛函并用梯度下降法求解来获得具有微小细节的更高质量的图像。实验部分对3个复杂异形工件的x射线图像进行图像增强和缺陷检测实验,结果证实了本文算法的有效性。

关键词： x射线成像图像增强梯度场泊松分布非局部均值

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MOFs与MOGs材料用于x射线探测及成像的研究

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MOFs与MOGs材料用于X射线探测及成像的研究

作者：张李琳烟台大学

学位级别：硕士

x射线波长介于紫外线与γ射线之间,具有强穿透能力。物质不同位置的组织结构密度和厚度存在差异,当x射线进入物体时,会产生差别吸收,因此x射线在医疗诊断、安全筛查、工业检查等多个领域有着广泛应用。随着人们对x射线成像和检测的需求... 详细信息

x射线波长介于紫外线与γ射线之间,具有强穿透能力。物质不同位置的组织结构密度和厚度存在差异,当x射线进入物体时,会产生差别吸收,因此x射线在医疗诊断、安全筛查、工业检查等多个领域有着广泛应用。随着人们对x射线成像和检测的需求不断增长,传统闪烁材料难以满足需求。因此,探索x射线阻滞能力强、光产额高、稳定性高、无毒环保的新型x射线闪烁材料具有重要的学术意义和实用价值。然而,目前并没有x射线探测材料能够同时满足这些要求。在过去的二十年里,MOFs和MOGs表现出优异的光物理性质、显著的发光稳定性、较短的荧光寿命等特质,有望成为理想的x射线探测材料。本论文首先概述了x射线探测技术的原理及性能要求,总结了近年来x射线探测材料的研究进展。在此基础上,我们使用带有AIE发光基团的有机配体和具有高原子序数的金属盐在溶剂热反应条件下合成MOFs、MOGs,探究两种材料各自的荧光特征,并对材料的x射线闪烁特性进行实验验证。此外,基于MOFs、MOGs材料进行复合薄膜的制备,从而实现对有机样品的高分辨x射线成像。具体研究结果如下:1.以氯化锆(ZrCl)和四[4-(4’-羧基苯基)苯基]乙烯(HETTC)为原料,通过溶剂热法制备出一例发光强度较高的锆基MOF材料,即PCN-94,在紫外线和x射线照射下均表现出较强的AIE效应,对x射线的检测限低至1.6μGy s。将Y-PCN-94嵌入到聚合物基质(PDMS)中,制备出一种具有优异成像性能的柔性复合闪烁膜,闪烁膜具有14.3 lp mm的x射线成像分辨率。2.相比于MOFs材料,MOGs具有更致密的网络结构。我们以1,1,2,2-四(4-羧基苯)乙烯(HTCPE)和硝酸锆(Zr(NO)·5HO)为原料,通过溶剂热反应获得一种高发光效率的MOG材料(YTU-1000)。由于AIE基团的引入,YTU-1000表现出了95.45%的高量子产率,对x射线的检测限低至44 n Gy s。基于YTU-1000优异的物理和化学稳定性,我们使用静电纺丝法将其制备成纳米复合薄膜,闪烁膜实现了20 lp mm的对x射线的空间成像分辨率,且该方法适用于大面积膜的开发。

关键词： MOFs材料 MOGs材料 x射线探测 x射线成像闪烁体柔性膜静电纺丝

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x射线光场成像技术研究

物理学报 2019年第2期68卷 96-101页

作者：戚俊成刘宾陈荣昌夏正德肖体乔中北大学信息与通信工程学院太原030051 中国科学院上海应用物理研究所上海201800

x射线三维成像技术是目前国内外x射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统x射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像... 详细信息

x射线三维成像技术是目前国内外x射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统x射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的x射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对x射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行x射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.

关键词： x射线成像光场成像深度切片三维重建

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线焦斑x射线源成像

物理学报 2016年第21期65卷 334-340页

作者：刘鑫易明皓郭金川深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室深圳518060

为解决普通x射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型x射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细... 详细信息

为解决普通x射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型x射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细节,为补偿该方向上图像的损失,利用旋转叠加的方法,重构出高分辨率图像.在频率域,分析了旋转叠加空间频率传递函数值的分布特性,其结果表明:相对单个图像,频率传递函数在频域的各个方向,传递函数特性有大幅度提高,从而可以传递图像高空间频率成分.基于普通x射线管,实现了该种射线源,并利用实验验证了该方法的有效性.

关键词： x射线 x射线成像图像重构

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基于新型闪烁体的x射线探测与成像技术研究

基于新型闪烁体的X射线探测与成像技术研究

作者：周昶重庆大学

学位级别：硕士

x射线成像技术可以探测物体内部结构并以图像形式直观显示出来,其凭借无损伤、非接触式探测的特点,目前在医学疾病诊断和工业无损检测等领域得到广泛的运用。x射线探测器是x射线成像系统的核心部件,也是影响成像性能的主要因素。当前主... 详细信息

x射线成像技术可以探测物体内部结构并以图像形式直观显示出来,其凭借无损伤、非接触式探测的特点,目前在医学疾病诊断和工业无损检测等领域得到广泛的运用。x射线探测器是x射线成像系统的核心部件,也是影响成像性能的主要因素。当前主流x射线探测技术选用的是闪烁体间接探测方式,即通过闪烁体将x射线转换成可见光,然后用光电传感器接收并将其转换成电信号。然而,当前商用的闪烁体器件大多存在制备工艺复杂、稳定性差、制备成本高等问题。近几年,钙钛矿材料在x射线辐射发光中表现出优异的性能,如光产额高、x射线衰减速度快等优点,在x射线检测方面展示出巨大的潜力。本论文的研究内容结合钙钛矿材料制备新型x射线闪烁体器件,研究闪烁体的x射线辐射特性,研制高分辨率的x射线探测系统,并进行成像实验研究。本论文的主要研究内容如下:(1)在研究x射线探测机理的基础上,理论分析了x射线DR(Digital Radiography)成像和CT(Computed Tomography)成像原理,以及图像重建算法,为后文开展基于钙钛矿闪烁体的x射线探测和成像研究奠定相应的理论基础。(2)通过常温溶液法制备了不同Bi掺杂浓度的CsZr Cl微晶,并对这些钙钛矿材料的特性进行分析,研究Bi:CsZr Cl的发光机理。设计了两种闪烁屏制备工艺,分别是基于光纤面板的闪烁屏制备工艺和柔性闪烁屏制备工艺。针对12%Bi:CsZr Cl柔性闪烁屏,分析其x射线特性,测得Bi:CsZr Cl闪烁体的辐射发光衰减时间为8.01 ns,最低检出剂量为469 n Gy/s,光产额为27 388 photons/Me V。(3)将Bi:CsZr Cl柔性闪烁屏与课题组研发的高分辨率面阵CCD探测器相结合,搭建了一个x射线间接探测成像系统,并使用搭建的x射线成像系统进行成像实验研究。首先详细阐述了从探测数据到投影图像的数据处理过程,并获得内部结构清晰的鸡爪和USB接口投影图像。其次对圆珠笔做计算机断层成像实验,成功获得圆珠笔的二维断层图像以及轮廓清晰的三维可视化图像,并计算出x射线探测器的分辨率极限为15.9 lp/mm。研究结果表明,本文制备的12%Bi:CsZr Cl柔性闪烁体作为一种新型x射线闪烁体,可应用于x射线探测与成像领域。

关键词： x射线成像闪烁体钙钛矿间接探测器 Bi3+:Cs2ZrCl6

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x射线光栅微分相衬成像视场分析

物理学报 2016年第5期65卷 355-360页

作者：杜杨刘鑫雷耀虎黄建衡赵志刚林丹樱郭金川李冀牛憨笨深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部、广东省)重点实验室深圳518060

x射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大.大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素.针对大视场成像... 详细信息

x射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大.大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素.针对大视场成像的客观需求,基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征,建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素,提出了实现大成像视场的有效途径,为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.

关键词： x射线成像光栅微分相衬成像成像视场

相位型波带板应用于大尺度x射线源成像的分析与模拟

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物理学报 2013年第1期62卷 286-292页

作者：陈晓虎王晓方张巍巍汪文慧中国科学技术大学近代物理系合肥230026

针对大尺度物体的keV-x射线高分辨成像,分析了相位型菲涅耳波带板(FPZP)对物平面1mm区域内点源的成像,确定像的空间分布具有不变性,提出了一种FPZP对扩展光源成像的计算方法.使用这一方法,模拟了放大倍数为10的典型实验条件下最外环宽0... 详细信息

针对大尺度物体的keV-x射线高分辨成像,分析了相位型菲涅耳波带板(FPZP)对物平面1mm区域内点源的成像,确定像的空间分布具有不变性,提出了一种FPZP对扩展光源成像的计算方法.使用这一方法,模拟了放大倍数为10的典型实验条件下最外环宽0.35μm的FPZP对扩展单色光源的成像.结果表明,随着扩展光源尺度的增加,像的对比度降低.FPZP的负1级和0级衍射是导致像的背景增强和对比度降低的主要因素,并相应导致成像对物方的空间分辨能力下降.对于强度空间分布为正弦调制、对比度为1的1mm尺度方形光源,像的对比度低于0.4,物方分辨能力为0.75μm.

关键词： x射线成像扩展光源菲涅耳波带板高级衍射