[发明专利]工业CT三维精密测量与校准方法

权利要求书

1.一种工业CT三维精密测量与校准方法，包括工业CT扫描参数优化和工业CT三维测量精密校准两部分，其特征在于：

工业CT扫描参数优化方法为：

一、获得待测工件，并对待测工件性质分析，分析其材料组成、最大穿透尺寸、综合尺寸和精度要求；

二、将待测工件性质信息输入到优化数据库，然后分两个体系来优化各项参数：

体系一：

（1）选择待测工件的固定方法：

a、选取待测工件的固定材料：选取对X射线的吸收能力远低于待测工件本身的材料作为固定材料，将待测工件完全粘贴于固定材料上方或者将待测工件完全埋入固定材料中进行扫描；

b、选取工件在选择台上的相对位置：使待测工件的主轴与旋转台表面保持15°至30°的夹角，当扫描圆柱形工件时，避免将工件要避免将工件置于旋转轴中心；

（2）设定待测工件的放大系数：依据需要达到的测量精度确定需要的体素尺寸，体素尺寸=P/(SDD/SOD)，P为X射线平面探测器的正方形像素边长；SOD为X射线发生器到转动载物台的距离；SDD为X射线发生器到X射线平面探测器的距离，工业CT的三维尺寸测量精度至少可以达到体素分辨率的三分之一，因而通过调整SOD来实现来实现需要达到的体素尺寸，从而满足测量精度；

（3）计算所需二维图像的数量：按照如下公式：

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

R为判定系数；N为二维图像的数量；L、W分别为待测工件的长与宽；P为X射线探测屏的像素大小；SOD为X射线发生器到转动载物台的距离；SDD为X射线发生器到X射线平面探测器的距离；

其中，L与W由待测工件本身尺寸决定，P与SDD由硬件系统本身决定，SOD由所需测量精度要求决定，二维图像数量N的选取，需满足0.99<R<1的要求；

体系二：

（1）选择金属标靶材料：金属标靶材料包括钼、铜、钨、银四种，根据待测工件材料的性质选择标靶材料；

（2）选择过滤片材料：过滤片材料包括铝、铜、铅、银四种，根据待测工件材料的性质选择过滤片材料；

（3）依据材料确定最小穿透系数与X射线探测器灵敏度：

X射线探测器灵敏度设置方法为：当待测工件密度较低或者尺寸较小时，采用较低的灵敏度，从而保证所使用的电压、电流不会造成X射线探测器的过度曝光；当待测工件密度较高或者尺寸较大时，采用较高的灵敏度，以提高总体的信噪比；

最小穿透系数确定方法为：首先旋转待测工件，使其最大穿透长度垂直于X射线探测器，然后按如下方法计算最小穿透系数：最小穿透系数=最低灰度值/最高灰度值；

（4）以维持最小穿透系数，以及避免过度曝光为依据，首先确定曝光时间，然后从薄到厚、从小到大的逻辑顺序依次设置：电流→电压→过滤片厚度→电流→电压→过滤片厚度→电流……→最终参数；

三、收集整理各项参数设置值用于实际CT扫描；

工业CT三维测量精密校准方法为：

一、对待测工件性质分析，分析其材料组成、综合尺寸和结构特征；

二、校准工件标准化设计：

（1）体素校准工件：利用具有两球心之间固定距离的工件作为校准工件进行体素尺寸校准；

（2）射线束硬化修正、内外边界定义误差校准工件：采用放置于中间的实心圆柱体与外围的空心阶梯状圆柱体作为校准件，利用实心圆柱体对射线束硬化修正的设置参数进行修正，利用外围的空心阶梯状圆柱计算内外结构的边界定义误差，利用阶梯结构为为三维尺寸测量的不确定性计算提供数据支持；其中校准件的材料与待测工件的为相同材料；

三、将校准工件在与被测工件在机械设置参数相同条件下进行X射线扫描：

当扫描体素校准工件时，仅需要保证其放大系数与待测工件相同即可，即将其放置于载物台的相同位置，并且放大轴的位置与扫描待测工件时相同；

当扫描射线束硬化修正、内外边界定义误差校准工件时，扫描所采用的X射线加速电压、激发电流、过滤片材料与厚度、曝光时间以及放大系数均需要与扫描待测工件时完全一致；

四、将校准工件与被测工件在相同条件下三维建模：

对于体素校准工件的三维建模，仅需要确保球体的形状公差，减少球体表面的各类噪音；

对于射线束硬化修正、内外边界定义误差校准工件的三维建模，必须采用与待测工件相同的边界定义法则，以保证后期对边界定义误差分析的精确度；

五、通过对校准工件三维模型的测量，确定体素校正系数、射线束硬化修正参数以及内外边界定义误差：

（1）计算射线束硬化修正参数：通过缩小射线束硬化修正、内外边界定义误差校准工件中心圆柱体直径的上下总体测量偏差来实现对修正公式Y=a(b+cX+dX²+eX³+fX⁴)中系数a～f的优化；

（2）计算体素修正参数：V2=V1*(b/a)，a为CT测量的球心距离；b为球心的实际距离；V1为校准前的体素尺寸；V2为更加精确的体素尺寸；

（3）测量并归纳内外三维尺寸的CT测量误差：通过测量并归纳射线束硬化修正、内外边界定义误差校准工件的内外边界测量误差，对待测工件的CT测量误差做出预判；

六、对待测工件的三维模型以及三维尺寸测量结果进行校准：

（1）利用射线束硬化修正参数对被测工件进行二次三维重建；

（2）利用体素修正参数校准实际体素尺寸；

（3）进行内外三维尺寸测量数据的深度校准。

2.根据权利要求1所述的工业CT三维精密测量与校准方法，其特征在于：所述体素校准工件由上下接触排列的不锈钢精密小球组成，每个小球的尺寸公差在±1微米以内，相邻小球的球心距离理论上应该与单一小球的直径相同。