工业CT的冰箱容积指标的快速检测

朱浩唯 李嘉 齐子贝

【摘要】容积是家电标准中一个常见的同时也是至关重要的性能指标，在冰箱中，其大小不仅关系着冰箱的储存能力，同时也影响着其他诸如综合耗电量、制冷能力、能效等级等性能指标。容积的测试比较繁杂，耗时长，本文计划设计一套方法，通过工业CT对相关家电产品的内部腔体进行扫描，结合特定的算法，来完成其容积的快速检测。

【关键词】CT；容积；冰箱

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

【基金项目】上海市质量监督检验技术研究院科技项目（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

容积是家电标准中一个常见的同时也是至关重要的性能指标，在冰箱中，其大小不仅关系着冰箱的储存能力，同时也影响着其他諸如综合耗电量、冷能能力、能效等级等性能指标。而传统冰箱容积的测试中还是以人工测试为主，由于涉及前期各部件尺寸的测量，以及后期整合计算。考虑到冰箱内部的结构比较复杂，冰箱容积测量通常需要消耗大量的人力及时间，而这种烦琐的测试过程，一方面很容易会造成测试结果的偏差，另一方面经常会导致冰箱测试停滞不前无法进行到下一步，从而拉长了整个冰箱测试的周期。

基于CT图像的三维测量技术在医学、工业领域已有相关的应用案例。比如利用医学CT体数据测量咽喉肿瘤的体积、肺部气肿、肝脏体积、血管内腔直径等。在工业领域，通过工业CT图像数据分析工业产品内部孔隙占比、石油岩芯孔隙率、混凝土储水量，都与扫描物体的体积测量相关。

本文结合电冰箱产品内腔体积测量的具体需求，引入先进的工业CT测量技术，研究具体的扫描、重建、测量方法，通过工业CT对冰箱内部腔体进行扫描，结合特定的算法，来完成其容积的快速检测。

获得CT断层图像，就是求取能够反映断层内部结构和组成的某种物理参量的二维分布。当射线I0穿过物质并与物质相互作用后，射线强度受到射线路径上物质的吸收或散射而衰减I，衰减规律符合指数衰减定律。用衰减系数度量衰减程度，对非均匀物质，衰减系数为μ（x，E，Z，ρ），射线经过路径长度为L，由衰减定律确定的I0，I和μ（x，y）的关系如下。

由投影得到物体断面特定能量X射线衰减系数的分布，物质衰减系数分布∞物质的密度分布（断面图像），图像重建采用的数学模型见图1。

图像重建本质上是一个求解方程组的问题。

基于CT图像的容积测量技术是一种新型非接触测量技术，它以图像为信息传递的载体。CT图像能够真实再现扫描物体的三维结构，将扫描物体数字化、可视化、图像化，便于对扫描物体进行逆向分析。

基于CT图像的容积测量技术依赖空腔部位边界的识别，进而对空腔部位的线、面进行拟合。边界的识别需要在原始CT图像中利用图像分割和边缘定位算法实现。

进一步，在数字图像空间完成实物的距离、角度测量，完成容积的测算。另外，由于每个像素点具有唯一的三维坐标，对于曲线、曲面可以通过数学拟合的方法，建立显式表达的数学函数，进行内腔容积的计算。而对于非标准几何体，可以通过CT图像经过尺寸校正之后的体素数量进行估算。

整体技术路线如图2所示。

在搭建测试系统之前，首先要确定关键的技术参数以及测试方案，包括以下几项。

2.1射线能量适用等级

采用工业CT进行检测首先需要确定合适的射线能量等级，能量太低不能穿透而无法成像，能量太高成像的分辨率较差，图像清晰度也受影响。本文采用450 kV的工业CT在不同能量下对小尺寸的冰箱进行检测，确定好合适的能量之后，采用不同的采样时间对数据进行采集。

2.2测试精度的选择

常规工业CT在测量的应用上多用在高精度测量领域，分辨率最高可达数百纳米，但高精度也意味着样品更小且具备更高的经济和时间成本。由于冰箱容积涉及的都是宏观的尺寸，适当降低CT扫描的精度并不会影响最终的容积数据，因此在测试方案中适当地将CT扫描的精度降为0.1 mm，在不影响最终测试精度的同时也大大提升了整体的检测效率。冰箱检测示意图如图3、图4。

本文在进行CT扫描重建图像后，采用软件的方式根据密度差异精确提取冰箱空腔部位的容积。在计算时主要根据GBT 8059—2016的要求对标准给定的几个主要区域进行智能提取并分别计算容积。

获取家电的CT扫描数据后，家电产品的整体结构通过三维数字化图像的形式表达出来。通过图像分割、边缘识别，提取空腔部位的边界轮廓，定位空腔部位所占据的图像单元，进而在图像域对家电容积进行测量，见图5、图6。

本文對容积从8 L到75 L的共8个冰箱样品（包括车载冰箱）进行了CT扫描测试，扫描测试与人工测试结果的对比如表1、图7所示。

从结果可以看到CT扫描测试结果与人工测试结果非常接近，整体精度控制在0.1 L的范围内，出现偏差也可能是人工测试时的人工和设备误差导致，但整体效果可以说非常理想，充分证明了CT扫描在冰箱统计测试中的可行性。

工业CT扫描已经是一种非常成熟的工业技术，目前已经广泛应用于汽车、电子、新能源等行业中精密零部件的无损检测，本文旨在探索工业CT扫描在家电尤其是冰箱容积检测中的应用前景。通过多组工业CT扫描得到的检测数据与人工测试数据的对比，可以看出，CT扫描测试结果与人工测试结果吻合度非常高，充分证明了工业CT扫描在冰箱容积检测中的可行性。

【参考文献】

[1]家用和类似用途制冷器具：GB/T 8059-2016[S].

[2]张朝宗，郭志平，张朋，等.工业CT技术和原理[M].北京：科学出版社，2009.

【作者简介】

朱浩唯，男，1986年出生，工程师，硕士，研究方向为家用电器安规和性能检测工作。

（编辑：李钰双）