CT辅助逆向工程中高精度三维点云数据获取技术研究

admin · 发表于 2022-9-2 14:14:56

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为了满足对复杂航空零件进行快速无损检测及质量控制的要求，研究了计算机断层成像（computed tomography，以下简称CT）辅助逆向工程中点云数据的获取技术，重点研究了CT辅助逆向工程中点云数据获取环节的误差来源，以及进一步提高点云数据精度的手段。首先针对复杂航空零件的检测要求，设计了三维锥束CT系统。根据检测零件的特点和检测精度要求进行了系统总体方案设计、工作流程设计、系统硬件的选型以及系统软件的设计。系统扫描轨迹选择单圆轨迹，重建算法采用相应的锥束FDK近似重建算法，并定量评价了近似重建对点云数据精度的影响。其次对X射线成像系统的物理过程进行了分析，建立了一套基于体素模型的仿真系统，对X射线成像系统中的散射和硬化现象进行了仿真，定量评价了这两种现象对点云数据精度的影响。针对射束硬化现象，仿真了不同厚度的滤波片与点云数据精度的关系；提出了一种基于卷积的后处理方法对锥束扫描中的散射射线强度进行估计，有效地提高了物体特征的对比度。再次对X射线成像系统的点扩展函数进行了分析，建立了X射线成像系统点扩展函数的数学模型，并对点扩展函数的两个组成部分——几何不清晰度和固有不清晰度分别进行了测量，讨论了不同形式的点扩展函数对点云数据精度的影响。提出采用基于小波的期望最大化算法对投影数据进行恢复，提高了边界位置的准确性。然后针对CT图像的特点，研究了点云数据提取方法。分析了FDK重建算法对CT图像中边缘的影响，建立了CT图像边缘的数学模型，设计了最优边缘提取算子来提高边缘定位的精度，减少伪边缘的数量。研究利用水平集算法提取点云数据，为了抑制CT断层图像中伪影的影响，采用灰度与梯度相结合的动力推动水平集函数的演化，并利用最优边缘提取算子将零水平集定位在实际边缘处。最后设计了一个标准件，从整体误差、尺寸误差、定位误差三个方面对CT辅助逆向工程中点云数据的测量精度进行了评价。研究表明，通过进一步提高CT成像质量和改进点云数据的提取方法，利用CT技术获得的点云数据可以准确地表征实物零件内外的结构信息，因此CT辅助逆向工程技术在复杂航空构件的无损检测、质量控制中极具应用前景。

CT辅助逆向工程中高精度三维点云数据获取技术研究

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