產業脈動｜X光電腦斷層掃描技術之實驗驗證與探討

前言

在全球製造業持續追求高精度與高品質的趨 勢下，計量與檢測技術的重要性愈發凸顯。面對 日益複雜的產品結構，尤其是內部幾何特徵，傳 統接觸式或光學量測系統往往能力有限，而X 光 電腦斷層掃描 (X-ray Computed Tomography, XCT) 因其非破壞性與高精度等特性，能完整獲取物件 內外部結構資訊，並可同步檢測材料內部之缺陷， 故已然成為精密計量的新興利器。然而，XCT 量 測原理與傳統光學影像截然不同，其複雜性源自 多項關鍵系統參數與演算法，因而確保XCT 量測 的準確性與可追溯性目前仍是一大挑戰。

國際上針對XCT 系統的驗證與校正， 已 有ISO/DIS 10360-11、VDI/VDE 2630 Part 1.3 及 ASME B89.4.23 等標準與指南作為依據。這些規 範提供了XCT 系統性能評估的基本框架，但由於 XCT 校正技術複雜且涉及各廠家之機密，國際設 備大廠通常僅提供客製化標準件，並委由代理商 協助完成校正。校正過程中，相關數據須回傳原 廠分析，並再回傳至設備進行調整，導致流程繁 複且無法即時監控系統量測的準確性。此外，國 外設備大廠通常不對外提供校正服務，這使得國 內XCT 設備開發者難以尋得合格校正單位，成為 國產化發展的瓶頸。另一方面，XCT 量測結果的 準確性受多種誤差因素影響，包括X 光光源特性、 偵測器性能、動態機械系統精度及數據處理演算 法等，若這些誤差未能妥善評估與修正，將可能 導致製程判斷錯誤，進而影響產品良率與品質。

本研究的核心目標在於發展符合國際規範的 XCT 參考標準件及其驗證與校正技術，並建立量 測評估方法，彌補國內XCT 設備校正追溯能力的 不足。文章將從XCT 系統的基本原理出發，深入 剖析影響量測準確性的關鍵性能參數與誤差來源， 介紹國際通用的驗證與校正技術，並展示在XCT 量測評估方面的成果。因此，透過提升XCT 量測 評估的準確性與可靠性，期望能有效支援產業製 程的精密控制與品質提升，促進國內相關產業的 技術進步與競爭力提升。

X 光電腦斷層掃描之驗證

1. X 光電腦斷層掃描之簡介

XCT 是一種利用X 光穿透物體並結合電腦 演算法，重建物體內部三維結構的非破壞性檢測 技術。XCT 的關鍵元件與軟體包含X 光源、X 光 偵測器、旋轉與定位機構以及高效的影像重建演 算法，X 光源發出穿透射線，經過被檢物體後， 再經由偵測器陣列捕捉衰減後的X 光強度分布， XCT 技術為透過收集物件於多個角度下之X 光束 穿透後的投影影像，即為旋轉樣品進行X 光影像 拍攝，而這些多個角度下之X 光束穿透後的投影 影像經過複雜的數學重建處理，生成物件內部之 斷層切片或三維模型，如圖1 [1] 所示。XCT 相較 於傳統2D X 光影像，最大的優勢在於其三維立體 成像能力，它能量測或檢測材料內部之缺陷、空 洞、裂紋與微結構等分布，提供更全面且準確的 檢測結果。然而隨著硬體與演算法技術的進步， XCT 的解析度與量測精度持續提升，能達到微 米甚至奈米級別，即可應用於精密機械加工、半 導體封裝、航空航太零件、生物組織分析及文化 遺產保護等領域，成為不可或缺的工具。然而， XCT 系統的精確量測亦面臨挑戰，包含X 光光源 的穩定性、偵測器的靈敏度、機械系統的定位誤 差，以及重建演算法的數值誤差等，都會影響最 終影像品質與量測準確度，因此，XCT 系統驗證 與量測評估成為提升XCT 性能的關鍵環節。總體 而言，X 光電腦斷層掃描以其非破壞性、高解析 度與三維成像優勢，在現代科學研究與工業製程 中扮演重要角色。未來隨著硬體進一步發展與人 工智慧等新興技術的融合，XCT 有望在更多領域 發揮更大效能與價值。

2. XCT 系統量測尺寸不確定度之評估方法

XCT 系統量測尺寸不確定度之評估方法中， 文獻[1]-[6] 中分析探討了XCT 系統量測尺寸不 確定度產生之因素，其魚骨圖如圖2 [3] 所示，且 XCT 量測數學描述表可彙整於表1 所示，透過不 同文獻一至五[1][2][4][5][6] 之分析可了解不同文 獻對於不確定度之評估方法可彙整為表2 所示，由此可了解各不同國際或學術單位對於XCT系統 不確定度評估方式。