[發明專利]工業CT三維精密測量與校準方法

無效

• 申請號: 201310535100.X
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103558237A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 譚曄
• 申請（專利權）人: 譚曄
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

1.一種工業CT三維精密測量與校準方法，包括工業CT掃描參數優化和工業CT三維測量精密校準兩部分，其特征在于：

工業CT掃描參數優化方法為：

一、獲得待測工件，并對待測工件性質分析，分析其材料組成、最大穿透尺寸、綜合尺寸和精度要求；

二、將待測工件性質信息輸入到優化數據庫，然后分兩個體系來優化各項參數：

體系一：

（1）選擇待測工件的固定方法：

a、選取待測工件的固定材料：選取對X射線的吸收能力遠低于待測工件本身的材料作為固定材料，將待測工件完全粘貼于固定材料上方或者將待測工件完全埋入固定材料中進行掃描；

b、選取工件在選擇臺上的相對位置：使待測工件的主軸與旋轉臺表面保持15°至30°的夾角，當掃描圓柱形工件時，避免將工件要避免將工件置于旋轉軸中心；

（2）設定待測工件的放大系數：依據需要達到的測量精度確定需要的體素尺寸，體素尺寸=P/(SDD/SOD)，P為X射線平面探測器的正方形像素邊長；SOD為X射線發生器到轉動載物臺的距離；SDD為X射線發生器到X射線平面探測器的距離，工業CT的三維尺寸測量精度至少可以達到體素分辨率的三分之一，因而通過調整SOD來實現來實現需要達到的體素尺寸，從而滿足測量精度；

（3）計算所需二維圖像的數量：按照如下公式：

R=[(π/N)*(W/Sin(90-arctan(L/W)))]/(2*P*SOD/SDD)；

R為判定系數；N為二維圖像的數量；L、W分別為待測工件的長與寬；P為X射線探測屏的像素大小；SOD為X射線發生器到轉動載物臺的距離；SDD為X射線發生器到X射線平面探測器的距離；

其中，L與W由待測工件本身尺寸決定，P與SDD由硬件系統本身決定，SOD由所需測量精度要求決定，二維圖像數量N的選取，需滿足0.99<R<1的要求；

體系二：

（1）選擇金屬標靶材料：金屬標靶材料包括鉬、銅、鎢、銀四種，根據待測工件材料的性質選擇標靶材料；

（2）選擇過濾片材料：過濾片材料包括鋁、銅、鉛、銀四種，根據待測工件材料的性質選擇過濾片材料；

（3）依據材料確定最小穿透系數與X射線探測器靈敏度：

X射線探測器靈敏度設置方法為：當待測工件密度較低或者尺寸較小時，采用較低的靈敏度，從而保證所使用的電壓、電流不會造成X射線探測器的過度曝光；當待測工件密度較高或者尺寸較大時，采用較高的靈敏度，以提高總體的信噪比；

最小穿透系數確定方法為：首先旋轉待測工件，使其最大穿透長度垂直于X射線探測器，然后按如下方法計算最小穿透系數：最小穿透系數=最低灰度值/最高灰度值；

（4）以維持最小穿透系數，以及避免過度曝光為依據，首先確定曝光時間，然后從薄到厚、從小到大的邏輯順序依次設置：電流→電壓→過濾片厚度→電流→電壓→過濾片厚度→電流……→最終參數；

三、收集整理各項參數設置值用于實際CT掃描；

工業CT三維測量精密校準方法為：

一、對待測工件性質分析，分析其材料組成、綜合尺寸和結構特征；

二、校準工件標準化設計：

（1）體素校準工件：利用具有兩球心之間固定距離的工件作為校準工件進行體素尺寸校準；

（2）射線束硬化修正、內外邊界定義誤差校準工件：采用放置于中間的實心圓柱體與外圍的空心階梯狀圓柱體作為校準件，利用實心圓柱體對射線束硬化修正的設置參數進行修正，利用外圍的空心階梯狀圓柱計算內外結構的邊界定義誤差，利用階梯結構為為三維尺寸測量的不確定性計算提供數據支持；其中校準件的材料與待測工件的為相同材料；

三、將校準工件在與被測工件在機械設置參數相同條件下進行X射線掃描：

當掃描體素校準工件時，僅需要保證其放大系數與待測工件相同即可，即將其放置于載物臺的相同位置，并且放大軸的位置與掃描待測工件時相同；

當掃描射線束硬化修正、內外邊界定義誤差校準工件時，掃描所采用的X射線加速電壓、激發電流、過濾片材料與厚度、曝光時間以及放大系數均需要與掃描待測工件時完全一致；

四、將校準工件與被測工件在相同條件下三維建模：

對于體素校準工件的三維建模，僅需要確保球體的形狀公差，減少球體表面的各類噪音；

對于射線束硬化修正、內外邊界定義誤差校準工件的三維建模，必須采用與待測工件相同的邊界定義法則，以保證后期對邊界定義誤差分析的精確度；

五、通過對校準工件三維模型的測量，確定體素校正系數、射線束硬化修正參數以及內外邊界定義誤差：

（1）計算射線束硬化修正參數：通過縮小射線束硬化修正、內外邊界定義誤差校準工件中心圓柱體直徑的上下總體測量偏差來實現對修正公式Y=a(b+cX+dX²+eX³+fX⁴)中系數a～f的優化；

（2）計算體素修正參數：V2=V1*(b/a)，a為CT測量的球心距離；b為球心的實際距離；V1為校準前的體素尺寸；V2為更加精確的體素尺寸；

（3）測量并歸納內外三維尺寸的CT測量誤差：通過測量并歸納射線束硬化修正、內外邊界定義誤差校準工件的內外邊界測量誤差，對待測工件的CT測量誤差做出預判；

六、對待測工件的三維模型以及三維尺寸測量結果進行校準：

（1）利用射線束硬化修正參數對被測工件進行二次三維重建；

（2）利用體素修正參數校準實際體素尺寸；

（3）進行內外三維尺寸測量數據的深度校準。

2.根據權利要求1所述的工業CT三維精密測量與校準方法，其特征在于：所述體素校準工件由上下接觸排列的不銹鋼精密小球組成，每個小球的尺寸公差在±1微米以內，相鄰小球的球心距離理論上應該與單一小球的直徑相同。