[发明专利]一种基于重构模型螺旋线的结构尺寸测量方法

权利要求书

1.一种基于重构模型螺旋线的结构尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用CT扫描设备对微螺旋电感进行断层扫描以得到微螺旋电感的三维数据体；

步骤2，利用三维重构技术处理三维数据体，得到重构的网格模型，通过模型分割方法将网格模型分割成独立的结构；

步骤3，利用3-Subiteration细化算法，提取微螺旋电感重构几何模型的中轴线处各点坐标参数，利用最小二乘法拟合成中轴线，得到中轴线方程，对中轴线进行拟合得到扫描螺旋线，实现线圈直径及螺距的测量；

步骤4，在拟合得到的扫描螺旋线上等间距地取一些点，过这些点做垂直于扫描螺旋线的分割平面，分割平面与重构的几何模型截交形成的封闭多边形即为截面轮廓，通过对截面轮廓数据点进行拟合能够实现导线直径及圆度误差的测量；

具体的，提取截面轮廓的步骤为：

扫描螺旋线参数拟合：

设扫描螺旋线数学模型为：

利用提取的重构几何模型的中轴线对扫描螺旋线数学模型进行最小二乘拟合，即：

其中，k为螺距；中轴点T_i(x_i,y_i,z_i)i＝1,2,3，...,n；将扫描螺旋线向XOY平面做投影，得到投影圆，(x₀,y₀)为该圆的圆心坐标；

分割平面的确定：

Step1：给定扫描螺旋线上的分割点

Step2：确定分割点T_i处的分割平面的法矢为：

Step3：设分割点T_i处的分割平面的方程为：

Ax+By+Cz+D＝0

其中，A、B、C、D可以将分割点T_i的坐标数据及法矢带入上式中求出；

空间几何变换：

Step1：设分割点将分割点T_i平移到原点O处，平移矩阵为：

Step2：分割平面的法矢将分割平面的法矢T_i’绕X轴旋转到XOZ平面，绕X轴旋转的角度α为：

因此，分割平面法矢T_i'绕X轴旋转至XOZ平面的旋转矩阵R_X(α)为：

Step3：将变换到XOZ平面的分割平面法矢T_i’绕Y轴进行旋转，使法矢T_i’与Z轴正向重合，绕Y轴旋转的角度β为：

分割平面法矢T_i'绕Y轴旋转的旋转矩阵R_Y(β)为：

其中，

Step4：将包围盒中的三角网格做与上述相同的空间几何变换，以保证分割平面与重构的几何模型的相对位置关系不发生改变，最终，空间几何变换的总矩阵T_总为：

T_总＝T_平移·R_X(α)·R_Y(β)

截面轮廓的提取：

Step1：从三角网格T_ro’开始，根据翼边数据结构，查找与三角网格T_ro’三条边共边的一环翼边三角网格，保留与分割平面S_Plane'相交的三角网格(T_r1'、T_r2')，并对其标记；

Step2：对标记的一环翼边三角网格T_r1'、T_r2'进行共边三角网格查找，即得到二环翼边三角网格，同样保留与分割平面S_Plane'相交的三角网格(T_r3'、T_r4')，并对其标记；重复此过程，直至n环翼边三角形网格中包含初始三角网格T_r0'形成闭环，并形成标记的三角网格集合{T_r0'、T_r1'、T_r2'…}结束；

Step3：分别计算分割平面S_Plane'与标记的三角网格集合中每个三角网格的交点，设三角网格的三个顶点坐标为P_r1(x_r1,y_r1,z_r1)、P_r2(x_r2,y_r2,z_r2)、P_r3(x_r3,y_r3,z_r3)，判断z_r1×z_r2、z_r1×z_r3、z_r2×z_r3的值，若z_r1×z_r2＜0，则说明顶点P_r1、P_r2分别位于XOY平面(即分割平面S_Plane')的两侧，过顶点P_r1、P_r2的棱边与分割平面S_Plane'相交并求交点，同理求出其余棱边与分割平面S_Plane'的交点，所求得的交点集合即为几何变换后的轮廓点集合{P₁',P₂',P₃'…}，按顺序连接这些轮廓点即为微螺旋电感的截面轮廓；

步骤5，利用AVIZO软件对重构的微螺旋电感几何模型进行截取，即：将微螺旋电感重构几何模型的直通道分割成单独的部分，并提取直通道的中轴线，如果其直通道平行于YOZ平面，可借助于将直通道的中轴点向YOZ平面做投影，然后通过对投影点进行直线拟合，并求得中轴线拟合直线之间的距离，实现对微螺旋电感沿轴线方向的线圈长度参数的测量。