[发明专利]工业CT检测中小细节特征尺寸测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业CT检测中小细节特征尺寸测量方法。

背景技术

工业CT(industrial computerized tomography)是工业用计算机断层成像技术的简称，其能够清晰、准确、直观地展示被检测物体的内部结构、组成、材质及缺损状况，主要用于无损检测和无损评估，目前被工业CT技术广泛应用于汽车、材料、铁路、航天、航空、军工、国防等产业领域。

用于航空、航天、军工、国防的产品质量要求较高，如在焊缝加工时，采用电子束焊缝技术，焊接后，利用工业CT对电子束焊缝质量进行检测，检测时对焊缝质量的验收执行GJB1718A-2005《电子束焊接》。按照标准规定，Ⅰ级电子束焊缝中允许的最大缺陷尺寸是壁厚的1/3，且不允许存在未熔合、未焊透等缺陷。针对多数航天产品，其焊缝中允许存在的最大单个缺陷通常小于0.3mm。为此，研究解决小缺陷的工业CT定量检测问题,提高小缺陷的测量精度是摆在我们面前一项非常重要的任务。

在工业CT系统的尺寸测量研究方向，美国ARACOR、BIR等公司，国内重大真测、固鸿科技公司的工业CT都配有专门的尺寸测量软件，可以进行手工测量，也可以自动测量。自动测量的基本原理是基于CT图像像素的“半高宽”方法。这些软件属于通用工具，当缺陷大于有效射束宽度时，可以取得理想的测量效果。但当缺陷和有效射束宽度接近，或小于有效射束宽度时，尺寸测量在理论上存在较大的技术难度，必须针对具体产品，采用一些特定的测量方法。

近年来，与工业CT检测相关的专利有一些，如授权公告号为CN102023171A(申请号为201010543531.7)的中国发明专利《用CT值定量表征复合材料内部夹杂缺陷类型的无损伤检测方法》，公开号为CN104198505A(申请号为201410272503.4)的中国发明专利申请《聚乙烯管道热熔焊接质量的微焦点三维CT成像检测方法》，授权公告号为CN102590248A(申请号为201210065306.6)的中国发明专利《平移式微焦CT检测装置在线监测电子元件的方法》，其公开的内容均是涉及利用工业CT实现缺陷自动检测的方法并没有涉及工业CT图像尺寸测量方面的内容。

在CT图像尺寸测量方面，国外文献公开有基于亚像素边缘检测算法的工业CT图像高精度尺寸测量方法，该尺寸测量方法将目标轮廓的定位精度提高到像素内部，以突破经典边缘检测算法的精度受到图像分辨率的限制以及进而导致的对测量精度的限制，使在中低分辨率的图像上实现高精度的测量成为可能。但是现有的亚像素边缘检测算法在工业CT测量应用中对物体弱边缘检测存在局限，其可测的最小值与选择的模板大小、点扩散函数、图像噪声伪影等相关，因此对缺陷、裂缝等的检测存在局限，需要进一步改进。

国内的专家学者多将小缺陷的识别与定量检测研究重点投向了以图像处理为基础的小缺陷测量。基于图像处理的常用的工业CT图像尺寸测量方法主要有两种。第一种是先通过人工手动选取(鼠标勾划)目标区域然后进行参数计算。即首先人工手动选取(鼠标勾划)尺寸测量边界所占矩形区域的大小、方向和预提取图像边界的数量，沿垂直某一矩形边的方向自动产生与提取边界点数量相等的一组等距平行线，并将每一平行线穿过图像的像素灰度变化拟合成一条曲线。再根据拉普拉斯边界检测算法实现灰度图像特征边界的提取，计算目标尺寸。壁厚测量时，根据边界提取技术确定叶片内、外表面法线的方向，应用亚像素级边界定位技术，在该法线方向，定位壁厚的起始边界点和终止边界点。最后计算两个边界点坐标位置差，获得壁厚尺寸。虽然这种方法具有简单易行，灵活性较强和边界确定准确的优点，但在测量目标较小时鼠标定位会产生误差，无法准确描绘感兴趣目标。第二种是通过图像处理或模式识别方法获取测量目标然后进行参数计算。采用圆存在概率计算方法对工业CT图像中的圆进行自动检测，自动性强，在工业CT图像尺寸测量中，应用灵活。还可采用快速自动图像分割算法提取边界，在此边界上对工件CT图像的内部结构尺寸和缺陷尺寸进行测量。此方法通过断层图像，直接、自动、快速获取目标物体的几何信息，但在工程应用中存在识别度不高，测量精度低且目标灵活性差。

以上的各种测量方法都是基于工业CT扫描图像的图像处理方法，并没有考虑获得这幅CT图像时的各种扫描工艺数据。事实上，随扫描工艺的不同，CT图像质量有很大差别，尤其是对于细节特征(小缺陷)的形态、像素值等图像信息都有很大影响。因此只针对CT扫描图像而不考虑扫描工艺参数的细节特征(小缺陷)测量方法是片面的，误差偏大。

发明内容