[發明專利]基于X射線正弦圖的增材器件內部結構幾何參數測量方法

在審

• 申請號: 202110688533.3
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113420438A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 鄒晶;寧子博;韓振燁
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06N3/04;G06N3/08;G06T17/00;G06F113/10
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本發明的目的在于提供一種基于X射線正弦圖的增材器件內部結構幾何參數測量方法，該方法首先利用增材器件的CAD信息構建仿真模體獲取正弦圖，輸入基于U?Net結構的神經網絡和基于FNN結構的神經網絡進行訓練。然后對增材器件實物進行X射線掃描，無需重建，利用基于U?Net結構的神經網絡，提取出增材器件中感興趣結構的正弦圖。將此正弦圖進行裁剪和變換，減少計算量。最后使用基于FNN結構的神經網絡計算出感興趣結構的內部幾何參數，包括面內幾何參數如半徑、邊長、面積，空間幾何參數如壁厚、高、體積，結構間幾何參數如中心距離。該方法相對于通過重建三維結構獲取內部幾何參數信息的方法，可以避免重建帶來的偽影問題，還可以提高測量效率。

技術領域

本發明涉及增材制造的無損檢測技術領域，具體涉及一種基于X射線正弦圖的增材器件內部結構幾何參數測量方法。

背景技術

增材制造技術以其成型過程中自動化程度高、可制作復雜的模型或零件等優點，在航空航天、汽車制造、生物醫學等領域有著廣泛的應用。但是由于目前增材制造工藝水平的限制，增材器件最后成型的幾何參數于前期的CAD圖紙幾何參數存在一定的差異，這種差異會嚴重影響增材器件的強度和零件之間的匹配程度。所以增材器件的幾何參數測量顯得尤為重要。

XCT技術作為一種無損檢測方法，可以對增材器件內部結構進行幾何參數測量。目前，已有的測量方法是通過重建器件的三維結構，進一步實現幾何參數測量。重建過程不僅會增加時間成本，降低測量效率，同時也會引入偽影，影響最終測量結果的準確性。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于X射線正弦圖的增材器件內部幾何參數測量方法，該方法可以通過增材器件的正弦圖，從而測量得到增材器件的內部結構幾何參數，在減少測量時間的同時提高了測量的準確性。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于X射線正弦圖的增材器件內部結構幾何參數測量方法，包括以下步驟：

1、基于增材器件的三維CAD信息構建仿真模體，對仿真模體進行X射線掃描，獲取器件的整體正弦圖和感興趣結構的正弦圖。

2、對感興趣結構的正弦圖進行裁剪和變換：首先計算出正弦圖中每一行投影數據的加權平均數對應的坐標，然后再每一行中以此坐標為基準，左右各取部分像素，組成新的正弦圖，并將正弦圖重新排列成方陣。

3、對基于U-Net結構的神經網絡和基于FNN結構的神經網絡進行訓練。其中基于U-Net結構的神經網絡的訓練集為仿真模體整體結構的正弦圖、仿真模體感興趣結構的正弦圖以及該神經網絡輸出的正弦圖，基于FNN結構的神經網絡的訓練集為仿真模體感興趣結構的正弦圖、增材器件CAD圖紙中感興趣結構的幾何參數以及神經網絡輸出的正弦圖。

4、X射線掃描增材器件實物，將正弦圖輸入基于U-Net結構的神經網絡，得到感興趣結構的正弦圖。為了減少計算量，對感興趣結構的正弦圖進行裁剪和變換，得到新的正弦圖，經過基于FNN結構的神經網絡，計算出增材器件內部結構幾何參數信息。

可選地，步驟1中，仿真實驗所需的仿真模體是使用增材器件自帶的三維CAD信息直接構建，無需單獨設計。

可選地，步驟2中，按照以下公式計算出正弦圖中每一行投影數據的加權平均數對應的坐標：

其中：

x_c：正弦圖中每一行投影數據的加權平均數對應的坐標值

x：正弦圖中每一行數據對應的坐標值

p(x)：正弦圖每一行中每個坐標值對應的投影值

左右各取像素的個數用M表示，計算公式為：

其中：

n：經驗值，這里取值0.8