CN113048924A - 一种利用外形测量数据校准ct测量数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用外形测量数据校准CT测量数据的方法，属于工业CT无损检测技术领域。针对工业CT测量误差来源复杂、溯源困难的问题，本方法根据外形测量器具种类较多且容易获得的实际情况，利用外形测量数据高精度、高可靠性的特点，通过测量零件相同部位几何尺寸获取CT的测量偏差，然后采用先测量再校准或先校准再测量的方式实现CT测量精度的提升。该方法不需要研制专用的标准件，不受零件材料、结构、尺寸等因素影响，适用性广，可有效提高CT测量结果的精度和可靠性。

Description

一种利用外形测量数据校准CT测量数据的方法
技术领域
本发明涉及一种利用外形测量数据校准CT测量数据的方法，属于工业CT无损检测领域。
背景技术
CT(Computed Tomography)即计算机断层成像技术，可以在不破坏检测物体的条件下，通过对其进行扫描并重建，得到清晰、直观的断层图像。CT技术以其优异的三维成像能力和内外部结构检测能力，正在从传统的无损检测领域，拓展到几何坐标测量领域。
工业CT进行几何测量一般包括基于灰度的测量和基于点云的测量两种方法，其中基于灰度的测量直接在断层图像上根据一定的灰度阈值进行测量计算，测量精度及一致性相对较低；基于点云的测量则需要先对断层图像进行图像分割，提取点云数据后再进行测量计算，测量精度及一致性相对较高。
影响点云精度最主要的因素是断层图像质量和图像分割算法。断层图像质量通常由工业 CT设备能力决定。图像分割算法有很多种类及不同实现，具体算法之间往往存在明显的分割差异，典型的就是在分割时可能出现系统性的过分割或欠分割的现象，从而导致最终几何测量结果出现整体偏大或偏小。
为了提高工业CT的测量精度和可靠性，目前常见的做法是设计具有一定几何结构的标准件，通过对标准件进行CT测量并将测量结果与标准件的实际尺寸进行比对，从而得到CT 测量的系统误差，并据此对测量结果进行校准。但该方法存在的主要问题有：
(1)标准件的材质、结构、尺寸、精度等没有统一的标准和规范。
(2)待测零件的材质、结构、尺寸等特性对CT成像质量及测量精度有很大影响，而标准件一般与待测零件之间都存在或多或少的差异，因此利用基于标准件得到的测量误差去校准实际零件的测量精度，其结果缺乏针对性，精度及可靠性也较低。
(3)基于标准件进行校准时一般只能测量标准件上已有的几何特征，而实际测量的零件特征可能会很复杂，基于标准件无法直接提供这类特征的几何测量误差。
综上所述，基于标准件进行工业CT校准的方法虽然可以在一定条件下得到CT测量的误差并校准，但是在实际测量校准时缺乏通用性，并且受到诸多限制，无法满足工业CT测量的高精度和高可靠性需求。
发明内容
针对工业CT测量误差来源复杂、溯源困难的问题，本发明提供了一种通用的利用外形测量数据校准CT测量数据的方法，利用外形测量数据高精度、高可靠性的优势，不仅可以可靠的校准CT测量结果，而且不受因CT测量系统参数不同而带来的影响。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
步骤1：选择标称测量精度高于待校准CT测量精度的外形测量器具，对待进行CT扫描的零件，在其扫描区域内测量不少于一个几何尺寸，几何尺寸的类型分为实体类和空腔类，分别记为Si和Ei，该测量不限定几何尺寸类型；
步骤2：对该零件进行CT扫描重建，得到断层图像；
步骤3：对断层图像进行图像分割，得到CT点云数据；
步骤4：根据CT点云数据，测量步骤1中对应部位的几何尺寸，记为Si c和Ei c；
步骤5：计算所有对应Si和Si c、Ei和Ei c的偏差绝对值，再计算偏差绝对值的均值A；
步骤6：根据CT测量的实际需求，利用均值A分两种情况进行CT测量校准：若只需要测量与形位无关的几何尺寸，则采用先测量再校准的方式；若需要测量与形位有关的几何尺寸或需要基于整体CT点云的测量，则采用先校准再测量的方式。
在上述步骤6中，采用先测量再校准的方式包括以下步骤：
(1)根据CT点云数据，测量所需要的几何尺寸，所得尺寸为原始尺寸；
(2)判定CT测量的校准修正量：任选一组对应的Si和Si c或者Ei和Ei c，若选定的是实体类尺寸，则Si-Si c为正时实体类尺寸修正量为+A，空腔类尺寸修正量为-A，Si-Si c为负时实体类尺寸修正量为-A，空腔类尺寸修正量为+A；若选定的是空腔类尺寸，则Ei-Ei c为正时实体类尺寸修正量为-A，空腔类尺寸修正量为+A，Ei-Ei c为负时实体类尺寸修正量为+A，空腔类尺寸修正量为-A；
(3)对所有原始尺寸，按实体类和空腔类分别进行校准修正，得到最终尺寸。
在上述步骤6中，采用先校准再测量的方式包括以下步骤：
(1)判定CT点云数据的校准修正量：任选一组对应的Si和Si c或者Ei和Ei c，若Si-Si c为正或Ei-Ei c为负，则CT点云数据的校准方式为沿局部法向向实体外膨胀，膨胀量为A；若Si-Si c为负或Ei-Ei c为正，则CT点云数据的校准方式为沿局部法向向实体内收缩，收缩量为A；
(2)对CT点云数据，按判定的校准方式及相应量进行校准修正；
(3)根据校准修正后的CT点云数据，测量所需要的几何尺寸，所得尺寸为最终尺寸。
本发明的有益效果是：本发明利用精度较高的外形测量器具校准CT测量数据，外形测量器具种类较多且容易获得，不需要研制专用的标准件，不受零件材料、结构、尺寸等因素影响，适用性广，可有效提高CT测量结果的精度和可靠性。
附图说明
附图1为本发明实施流程图。
具体实施方式
实施例1：对一钛合金3D打印零件，该零件具有外部圆柱特征，采用常规焦点工业CT 测量其一个内流道的直径，应用本发明提供的方法，执行以下步骤：
步骤1：选择标称测量精度为±0.02mm的游标卡尺，已知该精度高于所采用的常规焦点工业CT测量精度，对该钛合金3D打印零件，用游标卡尺测量其扫描区域内的一个外部圆柱直径，该几何尺寸的类型为实体类，记为S1；
步骤2：对该零件进行CT扫描重建，得到断层图像；
步骤3：对断层图像进行图像分割，得到CT点云数据；
步骤4：根据CT点云数据，测量步骤1中对应部位的几何尺寸，记为S1 c；
步骤5：计算S1和S1 c的偏差绝对值A；
步骤6：根据CT测量的实际需求，采用先测量再校准的方式进行CT测量校准，包括以下步骤：
(1)根据CT点云数据，测量指定的内流道的直径，所得尺寸为原始尺寸；
(2)判定CT测量的校准修正量：S1和S1 c属于实体类尺寸，且S1-S1 c为正，所测量的内流道直径属于空腔类尺寸，则修正量为-A；
(3)将内流道直径的原始尺寸-A，得到校准修正后的最终尺寸。
实施例2：对一高温合金精密铸造零件，该零件具有外部圆柱、圆孔、凸台特征，采用小焦点工业CT测量其内部9个圆孔的位置度，应用本发明提供的方法，执行以下步骤：
步骤1：选择标称测量精度为(3.7+L/100)μm的三坐标测量机，已知该精度高于所采用的小焦点工业CT测量精度，对该高温合金精密铸造零件，用三坐标测量机测量其扫描区域内的3个几何尺寸，包括一个圆柱直径S1，一个凸台厚度S2，一个圆孔直径E1，其中S1和S2为实体类尺寸，E1为空腔类尺寸；
步骤2：对该零件进行CT扫描重建，得到断层图像；
步骤3：对断层图像进行图像分割，得到CT点云数据；
步骤4：根据CT点云数据，测量步骤1中对应部位的几何尺寸，记为S1 c、S2 c、E1 c；
步骤5：计算所有对应Si和Si c、Ei和Ei c的偏差绝对值，再计算偏差绝对值的均值A；
步骤6：根据CT测量的实际需求，采用先校准再测量的方式进行CT测量校准，包括以下步骤：
(1)判定CT点云数据的校准修正量：选择E1和E1 c，经计算Ei-Ei c为正，则CT点云数据的校准方式为沿局部法向向实体内收缩，收缩量为A；
(2)对CT点云数据，按判定的校准方式及相应量进行校准修正；
(3)根据校准修正后的CT点云数据，测量该零件内部9个圆孔的位置度，所得尺寸为最终尺寸。

Claims (3)

1.一种利用外形测量数据校准CT测量数据的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：选择标称测量精度高于待校准CT测量精度的外形测量器具，对待进行CT扫描的零件，在其扫描区域内测量不少于一个几何尺寸，几何尺寸的类型分为实体类和空腔类，分别记为Si和Ei，该测量不限定几何尺寸类型；
步骤2：对该零件进行CT扫描重建，得到断层图像；
步骤3：对断层图像进行图像分割，得到CT点云数据；
步骤4：根据CT点云数据，测量步骤1中对应部位的几何尺寸，记为
Figure FDA0002972334480000011
和
Figure FDA0002972334480000012
步骤5：计算所有对应Si和
Figure FDA0002972334480000013
Ei和
Figure FDA0002972334480000014
的偏差绝对值，再计算偏差绝对值的均值A；
步骤6：根据CT测量的实际需求，利用均值A分两种情况进行CT测量校准：若只需要测量与形位无关的几何尺寸，则采用先测量再校准的方式；若需要测量与形位有关的几何尺寸或需要基于整体CT点云的测量，则采用先校准再测量的方式。
2.根据权利要求1所述的一种利用外形测量数据校准CT测量数据的方法，其特征在于：在所述步骤6中采用的先测量再校准的方式包括以下步骤：
(1)根据CT点云数据，测量所需要的几何尺寸，所得尺寸为原始尺寸；
(2)判定CT测量的校准修正量：任选一组对应的Si和
Figure FDA0002972334480000015
或者Ei和
Figure FDA0002972334480000016
若选定的是实体类尺寸，则
Figure FDA0002972334480000017
为正时实体类尺寸修正量为+A，空腔类尺寸修正量为-A，
Figure FDA0002972334480000018
为负时实体类尺寸修正量为-A，空腔类尺寸修正量为+A；若选定的是空腔类尺寸，则
Figure FDA0002972334480000019
为正时实体类尺寸修正量为-A，空腔类尺寸修正量为+A，
Figure FDA00029723344800000110
为负时实体类尺寸修正量为+A，空腔类尺寸修正量为-A；
(3)对所有原始尺寸，按实体类和空腔类分别进行校准修正，得到最终尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种利用外形测量数据校准CT测量数据的方法，其特征在于：在所述步骤6中采用的先校准再测量的方式包括以下步骤：
(1)判定CT点云数据的校准修正量：任选一组对应的Si和
Figure FDA00029723344800000111
或者Ei和
Figure FDA00029723344800000112
若
Figure FDA00029723344800000113
为正或
Figure FDA00029723344800000114
为负，则CT点云数据的校准方式为沿局部法向向实体外膨胀，膨胀量为A；若
Figure FDA00029723344800000115
为负或
Figure FDA00029723344800000116
为正，则CT点云数据的校准方式为沿局部法向向实体内收缩，收缩量为A；
(2)对CT点云数据，按判定的校准方式及相应量进行校准修正；
(3)根据校准修正后的CT点云数据，测量所需要的几何尺寸，所得尺寸为最终尺寸。
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