一种工业CT测量精度评估方法.pdfVIP

第25卷第8期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．25，No．8 2013年8月 HIGHPOWERLASERANDPARTICI，EBEAMS Aug．，2013 文章编号： 1001—4322(2013)08—2096—05 一种工业CT测量精度评估方法。 陈 思1’2， 陈 浩1’2， 李 敬2， 李寿涛1’2， 张小丽1’2， 雷德川1 (1．中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川绵阳621900；2．国家X射线数字化成像仪器中心。四川绵阳621000) 摘 要： 为了验证工业CT系统对检测件的测量精度，设计了一套评估方法，针对由国家X射线数字化 成像仪器中心自主研发的9MeV高能工业CT系统和450kV工业CT系统，设计制作了标准测量试块，以三 坐标测量机为辅助测量手段，对CT图像的线性尺寸、球面尺寸、角度尺寸、孔径尺寸和定位尺寸等进行对比测 量，得到不同尺寸类型的测量误差。在不考虑尺寸类型的影响下，分别对铝、不锈钢和尼龙三种材料做了CT 测量误差对比，结果表明，对于这三种材料来说，材料密度越大测量精度越高。实验结果表明，可验证工业CT 系统对不同类型尺寸测量的精度，工业CT系统可完成精度较高的尺寸测量工作，特别对复杂结构的内部尺寸 测量有一定的优势。 关键词：工业CT；尺寸测量；精度；评估 中图分类号：TP391．41 文献标志码： A doi：10．3788／HPLP2096 工业计算机层析扫描成像(32业CT)是放射学和计算机科学结合而产生的一门新的成像技术。已广泛应 用于航天、航空、汽车制造等领域‘卜3|。工业CT作为非接触式无损测量的重要手段之一，可在不损伤被测件的 状态下得到断层二维灰度图像，以图像的灰度来分辨断层面的内部结构，可进行缺陷检测、尺寸测量、壁厚分 析、装配一致性检测等。目前，还没有一种通用的方法或标准可以验证工业CT系统对尺寸测量的精度，不同 生产厂家和研究机构设计了不同的测量标准件对精度进行测量[4-93，此类研究大多针对某种尺寸类型，研究不 同测量条件对精度的影响，如X射线源大小、探测器摆放位置、扫描几何关系等，并没有系统地针对某型号CT 系统对不同尺寸类型的测量进行分析。本文旨在针对由国家X射线数字化成像仪器中心研制生产的9MeV 高能工业CT系统和450kV工业CT系统，结合三坐标机对尺寸测量的结果，设计一套验证工业CT尺寸测量 精度的实验方法，包括实验流程的确定、标准件的设计、实验结果的分析。按设计的实验方法进行操作，得出多 种尺寸及三种材料的测量精度。 1 CT测量技术原理简述 CT断层图像由灰度值不等的像素组成，材料对X射线的吸收率决定了灰度值的大小。这些像素没有单 位，不能直接参与测量，需要给像素赋予一个长度值，由边界包含的像素个数确定测量尺寸。 1．1 图像匹配 图像匹配指的是CT图像与设计CAD图像特征的配准，由于实际标准件存在加工误差，本文将三坐标测 量仪绘制的点云图像与CT图像相配准，使配准误差不超过0．1mm，此步骤由逆向处理软件Geomagic完成。 1．2 CT图像边缘检测 对CT断层图像进行边缘检测包括边缘检测、图像分割、轮廓提取、轮廓特征点采样、插值中间轮廓等方 法‘10-14]。采用不同算法对断层图像边缘提取质量影响较大，本次实验使用德国VolumeGraphics公司的数据 MAX 2．1，采用全局阈值分割的方法，根据图像对比度手动调节阂值提取轮廓， 分析与可视化软件VGStudio miD_之内。 保证测量误差在0．05 1．3测量数值确定算法 1．3．1确定像元尺寸 像元是构成CT断层图像的最小元素，像元尺寸 10一赢 (1) 7 *收稿日期：2012—12—07；修订日期：2013-04—1 基金项目：中国工程物理研究院应用电子学研究所自研课题(2011JFZY06) 作者简介：陈思(1983一)，女，硕士，助理